基于HFSS的滤波器设计流程样本.doc
资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。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, 经过微带线结构实现, 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, 表1 模型初始尺寸W1=0.8mmL1=7.2mmh=0.508mmh1=0.018mmS1=0.14mmS2=0.6mmL2=7.1mmW2=1.1mmW0=1.1mmL0=5mma=6mmb=17mm设计步骤( 以HFSS13.0为例) 一 开始( 一) 建立工程1.在HFSS窗口中, 选择菜单File->New2.从Project菜单中, 选择Insert HFSS Design( 二) 设计求解模式1.选择菜单HFSS->Solution Type2.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->Units2.设置模型单位: mm, 点击OK3.选择菜单栏 HFSS->Design Properties再弹出的窗口中, 点ADD添加参量, 将上面模型的参数表中的变量全部添加进去, 如下图: ( 二) 创立金属板R11.在菜单栏中点击Draw->Box,创立Box12.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) 创立金属板R1_11.在菜单栏中点击Draw->Box,创立Box22.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Createbox, 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) 创立金属板R21.在菜单栏中点击Draw->Box,创立Box32.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) 创立金属板R31.在菜单栏中点击Draw->Box,创立Box42.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) 创立金属板R41.在菜单栏中点击Draw->Box,创立Box52.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, 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。( 七) 创立金属板R51.在菜单栏中点击Draw->Box,创立Box62.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=7.2mm, 宽W1=0.8mm, 厚h1=0.018mm。点击确定。( 八) 创立金属板R5_21.在菜单栏中点击Draw->Box,创立Box72.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) 创立微带馈线Feed11.在菜单栏中点击Draw->Box,创立Box82.双击模型窗口左侧的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。( 十) 创立微带馈线Feed21.在菜单栏中点击Draw->Box,创立Box92.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。Position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) 创立介质板Sub1.在菜单栏中点击Draw->Box,创立Box102.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,基板长为2*L1+2*L2+2*L0, 宽为b=17mm。点击确定。( 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) 创立空气盒Air1.在菜单栏中点击Draw->Box, 在模型窗口任意创立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, 由于滤波器下面辐射较少, 下面距离空气盒边界的距离能够小一些。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Port11.在菜单栏中点击Modeler->Grid Plane->XZ, 再点击菜单栏中Draw->Rectangle, 在模型窗口任意创立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Port1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, 在模型窗口任意创立Rectangle2。2.双击模型窗口左侧的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: 三 求解, 仿真( 一) 设置求解频率点击菜单中HFSS->Analysis setup->Add solution setup, 求解频率设为5.5GHz, 点击确定。( 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 All2、 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的电脑很容易出现以下问题。此时能够( 1) 减小模型尺寸( 比如空气盒的尺寸) , 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, 当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 all3. HFSS->Results->Create Modal Solution->Rectangular plot, 选择S(1,1)和S(2,1) 4.不断的重复的进行扫参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Modeler>Export, 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) 。（c） 绘图>图案填充>添加: 拾取对象, 点击贴片边框>Enter>确定。
