1、基于HFSS的滤波器设计流程滤波器设计流程: 1.确定设计指标要求 2.查阅资料,确定形状 3.建模,仿真 4.优化结果 5.版图,加工,测试 本例设计一个带通滤波器,通过微带线结构实现,工作频率覆盖5.4GHz-6.2GHz。选用基板材料为Rogers 4350,其相对介电常数为3.66,厚度为h=0.508mm,金属覆铜厚度h1=0.018mm, 模型初始尺寸1 表h=0.508mm L1=7.2mm W1=0.8mm S2=0.6mm h1=0.018mm S1=0.14mm W0=1.1mm W2=1.1mm L2=7.1mm b=17mm L0=5mm a=6mm 为例)HFSS13
2、.0设计步骤(以 开始一 (一)建立工程File-New 窗口中,选择菜单HFSS1.在Insert HFSS Design Project菜单中,选择从2. (二)设计求解模式1.选择菜单HFSS-Solution Type 2.在Solution Type窗口,选择Driven Modal,点击OK 二 建立3D模型 (一)定义单位并输入参数表 1.选择菜单Modeler-Units 2.设置模型单位:mm,点击OK 3.选择菜单栏 HFSS-Design Properties再弹出的窗口中,点添加参量,将上面模型的参数表中的变量全部添加进ADD去,如下图: (二)创建金属板R1 1.在菜
3、单栏中点击Draw-Box,创建Box1 2.双击模型窗口左侧的Box1,改名为R1,再点击Material后面按钮,选择Edit,选择Copper,点击确定。 3.双击左侧R1的子目录Createbox,修改金属板大小及厚度。Position输入坐标(0mm,0mm,0mm),金属板长L1=7.2mm,宽W1=0.8mm,厚h1=0.018mm。点击确定。 (三)创建金属板R1_1 1.在菜单栏中点击Draw-Box,创建Box2 2.双击模型窗口左侧的Box2,改名为R1_1,再点击Material后面按钮,选择Edit,选择Copper,点击确定。 3.双击左侧R1_1的子目录Creat
4、ebox,修改金属板大小及厚度。Position输入坐标(W1+S1,0mm,0mm),S1=0.14mm,金属板长L1=7.2mm,宽W1=0.8mm,厚h1=0.018mm。点击确定。 (四)创建金属板R2 1.在菜单栏中点击Draw-Box,创建Box3 2.双击模型窗口左侧的Box3,改名为R2,再点击Material后面按钮,选择Edit,选择Copper,点击确定。 3.双击左侧R2的子目录Createbox,修改金属板大小及厚度。Position输入坐标(W1+S1,L1,0mm),金属板长L2=7.1mm,宽W2=1.1mm,厚h1=0.018mm。点击确定。 (五)创建金属板
5、R3 1.在菜单栏中点击Draw-Box,创建Box4 2.双击模型窗口左侧的Box4,改名为R3,再点击Material后面按钮,选择Edit,选择Copper,点击确定。 3.双击左侧R3的子目录Createbox,修改金属板大小及厚度。Position输入坐标(W1+W2+S1+S2 ,L1 ,0mm),S2=0.6mm,金属板长2*L2=14.2mm,宽W2=1.1mm,厚h1=0.018mm。 点击确定。 (六)创建金属板R4 1.在菜单栏中点击Draw-Box,创建Box5 2.双击模型窗口左侧的Box5,改名为R4,再点击Material后面按钮,选择Edit,选择Copper,
6、点击确定。 3.双击左侧R4的子目录Createbox,修改金属板大小及厚度。Position输入坐标(W1+2*W2+S1+2*S2,L1+L2,0mm),金属板长L2=7.1mm,宽W2=1.1mm,厚h1=0.018mm。点击确定。 R5 (七)创建金属板1.在菜单栏中点击Draw-Box,创建Box6 2.双击模型窗口左侧的Box6,改名为R5,再点击Material后面按钮,选择Edit,选择Copper,点击确定。 3.双击左侧R5的子目录Createbox,修改金属板大小及厚度。Position输入坐标(W1+3*W2+S1+2*S2,L1+2*L2,0mm),金属板长L1=7.
7、2mm,宽W1=0.8mm,厚h1=0.018mm。点击确定。 (八)创建金属板R5_2 1.在菜单栏中点击Draw-Box,创建Box7 2.双击模型窗口左侧的Box7,改名为R5_2,再点击Material后面按钮,选择Edit,选择Copper,点击确定。 3.双击左侧R5_2的子目录Createbox,修改金属板大小及厚度。Position输入坐标(W1+3*W2+2*S1+2*S2, L1+2*L2, 0mm),金属板长L1=7.2mm,宽W1=0.8mm,厚h1=0.018mm。 点击确定。 (九)创建微带馈线Feed1 1.在菜单栏中点击Draw-Box,创建Box8 2.双击模
8、型窗口左侧的Box8,改名为Feed1,再点击Material后面按钮,选择Edit,选择Copper,点击确定。 3.双击左侧Feed1的子目录Createbox,修改微带馈线大小及厚度。Position输入坐标(W1,0mm,0mm),微带馈线长L0=5.0mm,宽W0=1.1mm,厚h1=0.018mm。点击确定。 Feed2 (十)创建微带馈线1.在菜单栏中点击Draw-Box,创建Box9 2.双击模型窗口左侧的Box9,改名为Feed2,再点击Material后面按钮,选择Edit,选择Copper,点击确定。 3.双击左侧Feed2的子目录Createbox,修改微带馈线大小。P
9、osition输入坐标(W1+3*W2+2*S1+2*S2,2*L1+2*L2,0mm),微带馈线长L0=5.0mm,宽W0=1.1mm,厚h1=0.018mm。点击确定。 (十一)创建介质板Sub 1.在菜单栏中点击Draw-Box,创建Box10 2.双击模型窗口左侧的Box10,改名为Sub,再点击Material后面按钮,选择Edit,选择Rogers 4350,点击确定。 3.双击左侧Sub的子目录Createbox,修改基板大小。Position输入坐标(-a ,-L0 ,-h),a=6mm,基板厚度h=0.508mm,基板 。点击确定。b=17mm,宽为2*L1+2*L2+2*L
10、0长为 (十二)设置金属地面 1.选中介质板Sub,在菜单栏中点击Edit-Select-Faces,然后点击选中介质板的下底面。 2.在菜单栏中点击HFSS-Boundaries-Assign-Perfect E,点击OK。 (十三)创建空气盒Air 1.在菜单栏中点击Draw-Box,在模型窗口任意创建Box11。 2.双击模型窗口左侧的Box11,改名为Air,点击确定。 3.双击模型窗口左侧Air的子目录Createbox,修改空气盒大小。空气盒边界距离滤波器应该有四分之一波长,在此我们以频率5GHz计算,5GHz空气中的波长为60mm,则空气盒边界距离滤波器距离为15mm,由于滤波器
11、下面辐射较少,下面距离空气盒边界的距离可以小一些。设置空气盒位置及大小参数,如下图所示:Position输入坐标(-a-10mm ,-L0-10mm ,-h-3mmm),空气盒长为2*L1+2*L2+2*L0+10mm*2,宽为b+10mm*2,高为 。h+3mm+15mm 4.选中Air空气盒,设置为辐射边界条件。 (十四)设置激励端口Port1 1.在菜单栏中点击Modeler-Grid Plane-XZ,再点击菜单栏中Draw-Rectangle,在模型窗口任意创建Rectangle1。 2.双击模型窗口左侧的Rectangle1,改名为Port1,点击确定。 3.双击模型窗口左侧Por
12、t1的子目录Createrectangle,修改馈电口大小。Position输入坐标(W1-W0 ,-L0 ,-h),馈电口高为h=0.508mm,宽为W0=1.1mm。点击确定。 4. 选中Port1,在菜单栏点击HFSS-Excitation-Assign-Lumped Port,点击下一步,画积分线,积分线由地面金属层直线微带线中心,垂直于金属层,再点击下一步,选择Renormalize选项,完成。 (十五)设置激励端口Port21.在菜单栏中点击Moderler-Grid Plane-XZ,再点击菜单栏中Draw-Rectangle,在模型窗口任意创建Rectangle2。 2.双击模
13、型窗口左侧的Rectangle2,改名为Port2,点击确定。 3.双击模型窗口左侧Port2的子目录Createrectangle,修改馈电口大小。Position输入坐标(W1+3*W2+2*S1+2*S2 ,2*L1+2*L2+L0 ,-h),馈电口高为h,宽为W0。点击确定。 4. 选中Port2,在菜单栏点击 HFSS-Excitation-Assign-Lumped Port,和port1的设置相同,点击下一步,画积分线,再点击下一步,选择Renormalize选项,完成 (十七)保存 最终的模型如下图: 求解,仿真三 (一)设置求解频率,求解HFSS-Analysis setup
14、-Add solution setup点击菜单中 ,点击确定。频率设为5.5GHz (二)设置扫频 点击菜单HFSS-Analysis setup-Add frequency sweep,选择sweep type为fast,扫频从2GHz到10GHz,点击OK。 (三) 检验参数 菜单HFSS-validation check (四) 求解 1、HFSS-Analyze All 2、观察仿真是否收敛:HFSS-Results-Solution Data,当曲线下降到水平暗红色线以下,表示结果已经收敛,仿真结果 达到业界公认的一个精确度。 3、由于HFSS对内存要求很高,对于内存小于8G的电脑很
15、)减小模型尺寸(比如空1容易出现以下问题。此时可以(气盒的尺寸),以减小问题求解规模(2)减少HFSS网格划分迭代的次数。双击点击setup1,将maximum number of 设置为10,或者更小值6,以牺牲精确度的方法来进行仿真,适用于前期对仿真结果精确度要求不高的情况下。 (五) 看结果 1.选择 HFSS-Results-Create Modal Solution-Rectangular 。plot 2.选择Category目录下的S Parameter,按下Ctrl键同时选择Quantity目录下的S(1,1)和S(2,1),再点击New Repot按钮。仿真结果S参数中知道,目
16、前滤波器带宽不够宽,且频率偏高。 (五) 扫参优化 1.在菜单栏中点击HFSS-Optimetrics Analysis-Add parametric,点击Add,选择变量S2,从0.5mm扫参到0.7mm,步进为0.1mm,点击Add,OK,确定。 2.HFSS-Analyze all 3. HFSS-Results-Create Modal Solution-Rectangular plot,选择S(1,1)和S(2,1) 4.不断的反复的进行扫参S1、S2、L0、L1、L2等参数,找出最优的结果。下图是一个比较好的结果【本例仅为示例,不再进一步优化】。 优化后的最终定型尺寸如下图所示: 说明:本例仅做示例,优化的最终结果并不一定是最优结果。 CAD制图 (a) 在菜单栏中点击ModelerExport,保存为dxf文件,注意导出路径不能有中文。 (b) 用AutoCAD打开dxf文件,完成制图。(HFSS导出时,只能导出XOY面视图,多层结构需多次导出)。 确定。Enter添加:拾取对象,点击贴片边框图案填充绘图 )c(
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