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，表1模型初始尺寸设计步骤（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InsertHFSSDesign（二）设计求解模式W1=0.8mmL1=7.2mmh=0.508mmh1=0.018mmS1=0.14mmS2=0.6mmL2=7.1mmW2=1.1mmW0=1.1mmL0=5mma=6mmb=17mm1.选择菜单HFSS-SolutionType2.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-Units2.设置模型单位：mm，点击OK3.选择菜单栏HFSS-DesignProperties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）创建金属板R11.在菜单栏中点击Draw-Box,创建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）创建金属板R1_11.在菜单栏中点击Draw-Box,创建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）创建金属板R21.在菜单栏中点击Draw-Box,创建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）创建金属板R31.在菜单栏中点击Draw-Box,创建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）创建金属板R41.在菜单栏中点击Draw-Box,创建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）创建金属板R51.在菜单栏中点击Draw-Box,创建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）创建金属板R5_21.在菜单栏中点击Draw-Box,创建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）创建微带馈线Feed11.在菜单栏中点击Draw-Box,创建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）创建微带馈线Feed21.在菜单栏中点击Draw-Box,创建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）创建介质板Sub1.在菜单栏中点击Draw-Box,创建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-PerfectE,点击OK。（十三）创建空气盒Air1.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Port11.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：三求解，仿真（一）设置求解频率点击菜单中HFSS-Analysissetup-Addsolutionsetup，求解频率设为5.5GHz，点击确定。（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-AnalyzeAll2、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的电脑很容易出现以下问题。此时可以（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-Rectangularplot。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-Addparametric，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-Analyzeall3.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）。（c）绘图图案填充添加：拾取对象，点击贴片边框Enter确定。