基于HFSS的滤波器设计流程.docx

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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Rogers4350,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=0.508mmL1=7.2mmW1=0.8mm

S2=0.6mmh1=0.018mmS1=0.14mm

W0=1.1mmW2=1.1mmL2=7.1mm

b=17mmL0=5mma=6mm

为例）HFSS13.0设计步骤（以

开始一

（一）建立工程File->New窗口中，选择菜单HFSS1.在InsertHFSSDesign

Project菜单中，选择从2.

（二）设计求解模式

1.选择菜单HFSS->SolutionType

2.在SolutionType窗口，选择DrivenModal,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->DesignProperties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，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=7.2mm，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。

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Rogers4350，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*L0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->PerfectE,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->GridPlane->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->LumpedPort，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->GridPlane->XZ，再点击菜单栏中Draw->Rectangle，在模型窗口任意创建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->LumpedPort，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->Analysissetup->Addsolutionsetup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->Analysissetup->Addfrequencysweep，选择sweeptype为fast，扫频从2GHz到10GHz，点击OK。

（三）检验参数

菜单HFSS->validationcheck

（四）求解

1、HFSS->AnalyzeAll

2、观察仿真是否收敛：

HFSS->Results->SolutionData，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）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maximumnumberof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->CreateModalSolution->Rectangular

。

plot

2.选择Category目录下的SParameter，按下Ctrl键同时选择Quantity目录下的S（1,1）和S（2,1），再点击NewRepot按钮。

仿真结果S参数中知道，目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->OptimetricsAnalysis->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->Analyzeall

3.HFSS->Results->CreateModalSolution->Rectangularplot，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）。

确定。

>Enter>添加：

拾取对象，点击贴片边框>图案填充>绘图）c（．