交叉耦合帶通濾波器概要

1、大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)班級學(xué)生姓名課程名稱微波技術(shù)與天線設(shè)計名稱交叉耦合帶通濾 波器設(shè)計周數(shù)1.5周指導(dǎo)教師設(shè)計任務(wù)主要設(shè)計參數(shù)設(shè)一個交叉耦合帶通濾波器。設(shè)計目標如下：中心所：2.4GHz;W： 100MHz帶內(nèi)反射：20dB;帶外抑制：在2.27GHz處20dB設(shè)計內(nèi)容設(shè)計要求.設(shè)計目的1）熟悉微波元器件。2）學(xué)習及掌握濾波器的原理。3）學(xué)會調(diào)試微波帶通濾波器，并測試它的主要指標。4）掌握微波帶通濾波器的原理和方法。.設(shè)計內(nèi)容1）設(shè)計帶通濾波器的參數(shù) 2）測試帶通濾波器的工作頻率主要參考資 料王蒙，孫梅.微帶線實現(xiàn)環(huán)形交叉耦合帶通濾波器的設(shè)計.李明祥 HFSS天線設(shè)計李春宇基于LTCC技術(shù)的

2、微波濾波器設(shè)計西安電子科技大學(xué)夏銘，陳曉光.交叉耦合技術(shù)及LC濾波器設(shè)計分析.鮑立芬，唐宗熙，杜勇.Ku波段微帶交叉耦合帶通濾波器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計.學(xué)生提交歸檔文件按題目要求進行設(shè)計，寫出設(shè)計報告。注：1.課程設(shè)計完成后，學(xué)生提交的歸檔文件應(yīng)按照：封面一任務(wù)書一說明書一圖紙的順 序進行裝訂上交（大張圖紙不必裝訂）2.可根據(jù)實際內(nèi)容需要續(xù)表，但應(yīng)保持原格式不變。指導(dǎo)教師簽名：日期：1 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 前言1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 一、背景知識2 H

3、YPERLINK l bookmark8 o Current Document 1、濾波器的發(fā)展2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2、微波濾波器的應(yīng)用 2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 3、交叉耦合濾波器提出與發(fā)展 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 二、交叉耦合帶通濾波器設(shè)計原理 4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1、交叉耦合濾波器的設(shè)計思路 4 HYPERLINK l bookm

4、ark18 o Current Document 2、新型耦合開環(huán)結(jié)構(gòu) 5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3、交叉耦合濾波器的設(shè)計 6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 三、仿真步驟9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 1、建立新工程9 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 2、設(shè)置求解類型9 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 3.設(shè)置模型單位10

5、 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 4、建立濾波器模型 10 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 5、創(chuàng)建端口 19 HYPERLINK l bookmark87 o Current Document 6、創(chuàng)建 Air 20 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 7、設(shè)置邊界條件20 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 8、為該問題設(shè)置求解頻率及掃頻范圍 22 HYPERLINK l bookmark1

6、13 o Current Document 9、優(yōu)化仿真23 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 10、保存工程24 HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 11、后處理操作 25 HYPERLINK l bookmark126 o Current Document 四、設(shè)計總結(jié)25 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 參考文獻27前言微波濾波器是微波系統(tǒng)中重要元件之一，它用來分離或者組合各種不同頻率 信號的重要元件。在微波中繼通信、衛(wèi)信通信、雷達技

7、術(shù)、電子對抗及微波測量 中，具有廣泛的應(yīng)用。眾所周知，濾波器的設(shè)計在低頻電路中是用集總參數(shù)元件 （電感L和電容C） 構(gòu)成的諧振回路來實現(xiàn)。但當頻率高達 300Mhz以上時，低頻下的集總參數(shù)的 LC諧振回路已不再適用了。這一方面由于當回路的線性尺寸和電磁波的波長可 以比擬時，輻射相當顯著，諧振回路的品質(zhì)因數(shù)大大下降，因而必須采用分布參 數(shù)的微波濾波器。 任何一個微波系統(tǒng)都是由各種各樣的微波器件、有源電路和 傳輸線等組成的。微波元件種類很多。按傳輸線類型可分為波導(dǎo)式、同軸式和微 帶式等；按功能可分為連接元件、終端元件、匹配元件、衰減元件、相移元件、 分路元件、波型變換元件、濾波元件等；按變換性質(zhì)可

8、分為互易元件、非互易元 件和非線性元件等。本文正是根據(jù)微波濾波器的特性設(shè)計一種微帶交叉耦合帶通濾波器，要求其小型化、頻段規(guī)則性高、邊緣陡峭，可用于小型化天線系統(tǒng)。摘要：交叉耦合濾波器具有高選擇性、低插入損耗、寬阻帶、高的帶外截止特性等， 已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代微波通信系統(tǒng)中，本文擬采用高品質(zhì)諧振腔交叉耦合的形式 實現(xiàn)該帶通濾波器，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，通帶陡度較高，適合小型化設(shè)計，性能較高 的天線或雷達雙工器等電路使用。關(guān)鍵詞：交叉耦合濾波器、微帶線、設(shè)計、 HFSS一、背景知識1、濾波器的發(fā)展凡是有能力進行信號處理的裝置都可以稱為濾波器。在近代電信設(shè)備和各 類控制系統(tǒng)中，濾波器應(yīng)用極為廣泛；在所有的電子

9、部件中，使用最多，技術(shù)最 為復(fù)雜的要算濾波器了。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣， 所以，對濾波器的 研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。我國廣泛使用濾波器是 50年代后期的事，當時 主要用于話路濾波和報路濾波。 經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產(chǎn) 和應(yīng)用等方面已納入國際發(fā)展步伐， 但由于缺少專門研制機構(gòu)，集成工藝和材料 工業(yè)跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國際發(fā)展有一段距離。我國現(xiàn)有濾波器的種類和所覆蓋的頻率已基本上滿足現(xiàn)有各種電信設(shè)備。從整體而言，我國有源濾波器發(fā)展比無源濾波器緩慢， 尚未大量生產(chǎn)和應(yīng)用。從下面的生 產(chǎn)應(yīng)用比例可以看出我國各類濾波器的應(yīng)用情況：LC濾波器占50%;

10、晶體濾波器占20%;機械濾波器占15%;陶瓷和聲表面濾波器各占1%;其余各類濾波器 共占13%。從這些應(yīng)用比例來看，我國電子產(chǎn)品要想實現(xiàn)大規(guī)模集成， 濾波器集 成化仍然是個重要課題。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對濾波器的性能要求越來越高， 功能也越來越多，并且要求它們向集成方向發(fā)展。我國濾波器研制和生產(chǎn)與上述 要求相差甚遠，為縮短這個差距，電子工程和科技人員負有重大的歷史責任。2、微波濾波器的應(yīng)用微波濾波器，它的基礎(chǔ)是諧振電路，只要能構(gòu)成諧振的電路組合就可以實 現(xiàn)濾波器功能。微波濾波器利用集總參數(shù)即各種射頻/微波傳輸線形成的諧振器， 理論上濾波器是無耗元件。由于微波的特殊性 ，微波電路所采用的元件在結(jié)

11、構(gòu) 上和普通電路所用的元件是截然不同的。元件結(jié)構(gòu)上的這種差異引起了微波濾波 器的特殊性，當然作為濾波器，它和其他濾波器具有許多共性。微波濾波器的指標形象的描述了微波濾波器的頻率響應(yīng)特性。其指標有：工作頻率；擦損帶寬；帶內(nèi)紋波；帶外抑制；承受功率；插入相移和時延頻率特性。微 波濾波器搭建起來很簡單，但理解起來比較復(fù)雜。它們在系統(tǒng)中完成一個基本的 功能：阻止某些信號，通過其它信號。但可以用許多不同的方式實現(xiàn)這種功能， 而且有許多不同的副作用，例如系統(tǒng)幅度和相位響應(yīng)失真等?，F(xiàn)代微波通信系統(tǒng)，特別是在衛(wèi)星或是移動通信系統(tǒng)中需要高性能的窄帶 濾波器，要求它們具有低的插入損耗，好的頻率選擇性以及在通帶內(nèi)的

12、線性相位 特性等?，F(xiàn)代濾波器一般通過兩種結(jié)構(gòu)形式來實現(xiàn)；一種是單通路的直接耦合結(jié)構(gòu)濾波器；另一種是多通路的交叉耦合結(jié)構(gòu)濾波器。在傳統(tǒng)的切比雪夫函數(shù)基礎(chǔ) 上衍生出來的廣義切比雪夫濾波函數(shù)都可以用來綜合這兩種濾波器。選擇性高、低插入損耗的小型化微波帶通濾波器的研制一直受人矚目。由于其非常好的濾波器特性而被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、雷達等微波通信系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的微帶發(fā)夾諧振器濾波器的寄生通帶都在 N*f處（f為通帶中心頻率，N為1,2,3）， 因此在通帶和第一寄生通帶之間的阻帶特性很差。正因如此，它的應(yīng)用才越來越 受到限制，已不能很好的滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)的發(fā)展要求?，F(xiàn)代通信不僅要求高選 擇性，電路的小型化也至關(guān)重

13、要。于是，人們引進了交叉耦合技術(shù)來提高濾波器 的特性，進而減小其尺寸。交叉耦合濾波器的傳輸零點在通帶附近，而不是在無窮遠處，所以可以用更少的諧振器來實現(xiàn)高的截止特性和寬阻帶特性。其結(jié)構(gòu)更加緊湊，尺寸也小于傳統(tǒng)的濾波器。由于交叉耦合濾波器的高選擇性、 低插入損 耗、寬阻帶、高的帶外截止特性等，它已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代微波通信系統(tǒng)中。3、交叉耦合濾波器提出與發(fā)展交叉耦合多路結(jié)構(gòu)濾波器的思想首先是由美國人J.R.Pierce在1948提出的，在當時的技術(shù)條件下，這種思路由于比較復(fù)雜在當時并沒有廣泛地采用。直到 1963-1966年，E.C.Johnson和R.M.Kurzrok第一次設(shè)計出交叉耦合三腔，

14、四腔諧 振器濾波器，利用腔間的交又耦合成功的實現(xiàn)了有限頻率衰減極點，他們同時強調(diào)只有負的交叉耦合系數(shù)才能獲得衰減極點，正的耦合系數(shù)只會惡化濾波器通帶 邊緣特性。上世紀60年代后期，衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展又帶動了交叉耦合結(jié)構(gòu)逐步走向成熟，因為通信衛(wèi)星要求通道濾波器不僅具有更好的平坦時延（自均衡濾波器）特性，而且有更加緊湊的結(jié)構(gòu)，在這些方面交叉耦合結(jié)構(gòu)具有得天獨厚的優(yōu)勢。1969 以前的設(shè)計的濾波器只能側(cè)重于幅度響應(yīng)或線性相位響應(yīng)中一項，而1969年J.D.Rhodes設(shè)計的濾波器實現(xiàn)了幅度和相位同時綜合，同時他還在電路優(yōu)化設(shè)計方面提出在不改變?yōu)V波函數(shù)特性的條件下耦合矩陣旋轉(zhuǎn)變換(化簡)方法，通過耦

15、合矩陣的旋轉(zhuǎn)變換，消除一些多余的交叉耦合，可以大大地簡化濾波器的結(jié)構(gòu)。 上世紀70年代Atia和William采用雙模高Q值波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計具有橢圓函數(shù)響應(yīng) 的時延均衡濾波器波導(dǎo)濾波器，使這種設(shè)計方法最終成為設(shè)計衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器濾波器 (多工器)的設(shè)計標準。1980年和1982年Cameron在網(wǎng)絡(luò)濾波函數(shù)方面做出很大 貢獻，他在原來切比雪夫函數(shù)的基礎(chǔ)上推廣廣義切比雪夫函數(shù)，使廣義切比雪夫函數(shù)大量的應(yīng)用到交叉耦合多路濾波網(wǎng)絡(luò)的綜合當中。在 1998年Atia提出 (analytical grandient-based optimization technique；丸路優(yōu)化技術(shù)，這是與耦合矩陣 的相似變換

16、效果相同的技術(shù)，通過設(shè)計合適的代價函數(shù)，經(jīng)過有限次優(yōu)化過程， 可以將不需要的耦合矩陣元素優(yōu)化為零，從而得到可實現(xiàn)的電路網(wǎng)絡(luò)的耦合矩 陣，隨后S.Amari利用這種技術(shù)做了大量的實際工作。交叉耦合結(jié)構(gòu)在微帶濾波器中的應(yīng)用是在上世紀末期才發(fā)展起來的，具有 代表性的是J.S.Hong和M.J.Lancanster設(shè)計的開環(huán)諧振器濾波器和發(fā)卡線濾波 器，與波導(dǎo)濾波器相比，微帶濾波器比較難于實現(xiàn)非對稱響應(yīng)的濾波器，在所有已發(fā)表的論文當中，只有在1998年J.S.Hong的論文中實現(xiàn)了非對稱響應(yīng)三階濾 波器，其他所有的微帶結(jié)構(gòu)濾波器均為對稱響應(yīng)。二、交叉耦合帶通濾波器設(shè)計原理1、交叉耦合濾波器的設(shè)計思路在

17、微波設(shè)計綜合的過程中一般分為4個階段：(1)給定指標要求對于一個二端口濾波器網(wǎng)絡(luò)有：截止頻率、通帶損耗、阻帶邊頻、 阻帶衰減以及輸入輸出阻抗等主要技術(shù)指標。(2)選定逼近函數(shù)設(shè)計濾波器要選定其低通原型濾波器，常用的包括巴特沃斯函 數(shù)、切比雪夫函數(shù)、橢圓函數(shù)和高斯多項式，根據(jù)選定的逼近函數(shù)確定諧振腔的 數(shù)目。(3)確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選定了微波濾波器的類型，通過計算或查圖表可得出系統(tǒng)的尺 寸、參數(shù)和拓撲結(jié)構(gòu)，確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖或電路圖。(4)微波仿真實現(xiàn)通過微波設(shè)計軟件進行仿真設(shè)計得到結(jié)論驗證設(shè)計，根據(jù)結(jié)果驗證是否滿足給定指標要求，進行分析誤差，最后工藝實現(xiàn)。2、新型耦合開環(huán)結(jié)構(gòu)下面是一種基于交叉耦合與傳輸

18、零點理論的耦合器并將給出一種新型耦合開環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。圖2所示為濾波器的結(jié)構(gòu)，代表各環(huán)之間的距離；圖 3為電 場耦合單元；圖4為磁場耦合單元；圖5為交叉耦合單元。sl2s34圖1:凹槽式耦合環(huán)圖s23圖2 :凹槽結(jié)構(gòu)交叉耦合帶通濾波器圖圖3:電場耦合單元圖4:磁場耦合單元圖5:交叉耦合單元現(xiàn)在導(dǎo)出一組簡便的的數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式，將大大簡化交叉耦合結(jié)構(gòu)濾波器的設(shè)計過程，得到各個環(huán)之間的間距，其中當=-20 dB時有：&悶）=1 221 47- 0.355 4 3/2 + TOC o 1-5 h z 0 183 37121 -0 044 7012J + 0 004 2512* OptionsHFSS

19、 Options中講 Duplicate Boundarieswith geometry復(fù)選框選中，這樣可以使得在復(fù)制模型的是，所設(shè)置的邊界也一同復(fù)制H FSS O|3tioriv圖8:建立新工程2、設(shè)置求解類型將求解類型設(shè)置為激勵求解類型：(1)在菜單欄中點擊 HFSSSolution Type(2)在彈出的Solution Type窗口中(a)選擇 Driven Modal。(b)點擊OK按鈕。12Solution Type: filterl - HFSSDesignl0 Driven M odajDriven Terminalr EigenmodeTransienl廠 Network A

20、nalysisOKCancel圖9:設(shè)置求解類型3.設(shè)置模型單位(1)在菜單欄中點擊 3D ModelerUnits 0(2)在設(shè)置單位窗口中選擇：mm。圖10：設(shè)置模型單位4、建立濾波器模型(1)首先建立介質(zhì)基片(a)在菜單欄點擊DrawBox,這樣可以在3D窗口中創(chuàng)建長方體模型。(b)輸入長方體的起始坐標：X: -20, Y: -35, Z: 0;按回車鍵結(jié)束輸入。(c)輸入長方體 X, Y, Z三個方向的尺寸，即dX: 40, dY: 70, dZ: -1.27;按回 車鍵結(jié)束輸入。(d)在特性(Property)窗口中選擇 Attribute標簽，將該名字修改為 Substrate13

21、(e)點擊Material對應(yīng)的按鈕，在彈出的材料設(shè)置窗口中點擊Add Material按鈕,添加介電常數(shù)為10.8的介質(zhì)，將其命名為suboProperties: filterl - HFSSDesignl - ModelerCoiw 5dNameValueUni tEvaluated V.Descrip t i onComm andCre ateEoxCoordinate.GlobalFoeltion-20 ,-35 ,0mm-2clmm 皆-35.,40mm40mmiYSist70巾津TQmmZSica-E27-1.27確定 I 取消圖11:創(chuàng)建長方體模型Select Definitio

22、ntls 1 M tter i ol Filters |Search Pu-iviieters5earch Ctriilni胃Librviei5 how Frojactdef ini ti(R SLqw41Libr 虹 i aarch by JioiTiei* by 口訪曲r I,y PrtupsrtI41Relative FernittivilyjjliunfiLgca.1i Rectangle,(b)在坐標輸入欄中輸入起始點的坐標:創(chuàng)建矩形模型。X: 0, Y: 0, Z:0接回車鍵。(c)在坐標輸入欄中輸入長、寬：dX：10, dY: -l, dZ: 0 接回車鍵。圖14：創(chuàng)建矩形模(d

23、)在特性(Property)窗口中選擇 Attribute標簽，將該名字修改為 Ring_1。15(e)在菜單欄中點擊DrawRectangle創(chuàng)建矩形模型。在坐標輸入欄中輸入起始點的坐標：X: 1.4, Y: -1.4, Z: 0接回車鍵。(g)在坐標輸入欄中輸入長、寬：dX: 7.2, dY: -(l-2.8), dZ: 0接回車鍵。(h)在特性(Property)窗口中選擇 Attribute標簽，將該名字修改為Inner。圖15(i)同樣地，建立矩形 Cut_1,輸入的坐標為：X: (10-12)/2, Y: -l, Z: 0; dX:12, dY: 1.4, dZ: 0.按回車鍵結(jié)束

24、。圖16:創(chuàng)建矩形Cut 116(j)用Ring_1將Inner和Cut_1減去，使之成為一個開口的矩形環(huán)。在菜單欄中點擊 EditSelectBy Name,在彈出的窗 口 中利用 Ctrl 鍵選擇 Ring_1、Inner CU Cut_1。(k)在菜單欄中點擊3D ModelerBooleanSubtract,在Subtract窗口中作如下設(shè)置：Blank Parts :Ring_1, Tool Parts : Inner,Cut_1;Clone tool objects before subtract復(fù)選框不選。點擊OK結(jié)束設(shè)置。(3)移動 Ring_1(a)將Ring_1沿Y軸作微小

25、的移動。在菜單欄中點擊EditSelectBy Name在彈出的窗口中選擇 Ring_1。(b)在菜單欄中點擊EditArrangeMove,在坐標輸入欄中輸入移動的向量，即 X: 0, Y: 0, Z: 0; dX: 0, dY: -0.9, dZ: 0 接回車鍵結(jié)束輸入。圖17：移動Ring_1(4)創(chuàng)建 Ring_2由戶訪9_2與Ring_1沿X軸對稱，因此可以用對稱復(fù)制操作創(chuàng)建Ring_2。在菜單欄中點擊EditSelectBy Name,在彈出的窗口中選擇 Ring_1。(b)在菜單欄中點擊 EditDuplicateMirror ,輸入向量，即 X： 0, Y： 0, Z： 0；R

26、ing_20dX： 0, dY: 1, dZ: 0;接回車鍵結(jié)束。(c)在操作歷史樹中雙擊新建的矩形，在特性窗口中重新將其命名為17Du pl icateBodyMirror由Ring圖18:創(chuàng)建Ring_2(5)創(chuàng)建 Ring_3(a)在菜單欄中點擊DrawRectangle。(b)在右下角的坐標輸入起始點坐標，即 X： 0, Y： l/2, Z： 0接回車鍵結(jié)束輸入。(c)輸入矩形邊長，即dX： -10, dY: -l, dZ： 0接回車鍵結(jié)束輸入。(d)在特性(Property)窗口中選擇Attribute標簽，將該矩形的名字修改為 Ring_3。 (e)在菜單欄中點擊DrawRecta

27、ngle。在右下角的坐標輸入欄中輸入起始點位置坐標，即 X: -1.4, Y: -(l-2.8)/2, Z: 0接回車鍵結(jié)束輸入。(g)輸入矩形邊長dX: -7.2, dY: l-2.8, Z: 0接回車鍵結(jié)束輸入。(h)在特性(Property)窗口中選擇Attribute標簽，將該矩形的名字修改為Inner_2。 (i)同樣的，建立夕巨形Cut_2,輸入的坐標分別為X: -1.4, Y: -0.7, Z: 0; dX: 1.4, dY: 1.4, dZ: 0接回車鍵結(jié)束輸入。在菜單鍵欄中點擊EditSelectBy Name,在彈出的窗口中利用Ctrl鍵選擇Ring_3、Inner_2 和

28、 Cut_2。(k)用 曰門9_3將Inner_2和Cut_2減去，使之成為一個開口的矩形環(huán)。在菜單欄 中點擊 3D ModelerBooleanSubtract在 Subtract窗口中做以下設(shè)置：Blank Parts： Ring_3;Tool Parts： Inner_2,Cut_2;Clone tool objects before subtract 選框不選；點擊OK按鈕。18圖19:輸入起始點位置坐標Ring_3：-O Great eRecta ng Iej - 口 CoverLinesg-tfi Subtract國夕nner_2由占1 Cut_2圖20:矩形環(huán)(6)移動 Ring

29、_3移動Ring_3,使之與Ring_1和Ring_2有0.5mm的縫隙。(a)在菜單欄中點擊 EditSelectBy Name,在彈出的窗口中選擇 Ring_3。(b)在菜單欄中點擊EditArrangeMove ,在坐標輸入欄中輸入移動的向量，即X :0, Y: 0, Z: 0; dX: -0.5, dY: 0, dZ: 0 接回車鍵結(jié)束輸入。(7)創(chuàng)建 Feedline_1創(chuàng)建濾波器的饋線結(jié)構(gòu)，該饋線由特性阻抗不同的兩段微帶傳輸線組成。(a)在菜單欄中點擊DrawRectangle。(b)在右下角的坐標輸入欄中輸入 X: 10.4, Y: -0.87, Z: 0; dX : 0.4,

30、dY : -l, dZ: 0接回車鍵結(jié)束。(c)創(chuàng)建矩形后，在彈出的特性(Property)窗口中選擇Attribute標簽，將名字修19 改為F_10(d)在菜單欄中點擊DrawRectangle。(e)在右下角的坐標輸入欄中輸入 X: 10.4, Y: -35, Z: 0; dX : 0.98, dY : 34.1-1, dZ: 0接回車鍵結(jié)束。(f)創(chuàng)建矩形后，在彈出的特性(Property)窗口中選擇Attribute標簽，將名字修 改為F_2。(g)在菜單鍵欄中點擊EditSelectBy Name,在彈出的窗口中利用 Ctrl鍵選擇F_1 和 F_20(h)在菜單欄中點擊3D Mo

31、delerBooleanUnit,在歷史操作樹中，雙擊新組合的模型F_1,在特性窗口中將其命名為 Feedline_10圖21 :輸入起始點位置坐標I I F_l I , Z_ Cr e at eRe c t angl e：mi C overLinsz-2 Unite白,夕F_2I I Great eRec tangle CoverLineE圖22:歷史操作樹20(8)創(chuàng)建 Feedline_2同樣的，F(xiàn)eedline_2與Feedline_1沿X軸對稱，因此也可以通過對稱復(fù)制操作來 創(chuàng)建。(a)在菜單欄中點擊 EditSelectBy Name陰I出的窗口中選擇 Feedline_1。(b)

32、在菜單欄中點擊 EditDuplicateMirror ,輸入向量，即 X： 0, Y： 0, Z： 0； dX: 0, dY: 1, dZ: 0接回車鍵結(jié)束輸入。(c)在操作歷史樹中雙擊新建的饋線，在特性窗口中將其重新命名為 Feedline_20臼夕 Feedline_2日耳 DuplicateBodyMirror白Q萍日匚同I BJMIB r h LJ Create Rectang Ie；O CoverLinesE 必 Unitei白少F_1 II： 口 Create Rectang Ie IIi 目 CoverLines ,日 DuplicateMirror圖 22: Feedline

33、_2(9)組合 Ring_1、Ring_2、Ring_3、Feedline_1 和 Feedline_2(a)在菜單鍵欄中點擊EditSelectBy Name,在彈出的窗口中利用 Ctrl鍵選擇Ring_1、Ring_2、Ring_3、Feedline_1 和 Feedline_2(b)在菜單欄中點擊 3D ModelerBooleanUnit。(c)在歷史操作樹中，雙擊新組合的模型，在特性窗口中將其命名為Trace。S-O trace,_： CreateRectangleO CoverLines ana %E G 汨 ng|由夕F_1;- DuplicateMirror0- Unite由&

34、Ring單&Ring_3由夕Ring_2白夕 Feedline_2-jJ DuplicateBodyMi rror 由trace圖23:歷史操作樹215、創(chuàng)建端口微帶濾波器采用集總端口激勵，因此需要首先創(chuàng)建供設(shè)置端口用的矩形，該矩形連接了饋線與地板。(1)創(chuàng)建 port_1(a)在菜單欄中點擊 3D ModelerGrid PlaneXZ。(b)在菜單欄中點擊 DrawRectangle,在坐標輸入欄中輸入如下坐標：X： 10.4,Y: -35, Z: 0; dX: 1.101, dY: 0, dZ: -1.27 接回車鍵結(jié)束輸入。(c)將其命名為port_1 o(d)在菜單欄中點擊 Edit

35、SelectBy Name。在彈出的窗口中選擇 port_1。(e)在菜單欄點擊 HFSSExcitationsAssignLumped Port,在 Lumped Port 窗口的 General標簽中，將該端口命名為 P1,然后點擊Next。(f)在Modes標簽的Integration Line中點擊None,選擇New Line ,在坐標欄中輸 入以下坐標：X: 10.4, Y: -35, Z: -1.27; dX: 0, dY: 0, dZ: 1.27 接回車鍵 結(jié)束輸入。點擊Next直至結(jié)束。(2)倉I建 port_2(a)在菜單欄中點擊 EditSelectBy Name,在彈出

36、的窗口中選擇 Port_1。Port_2與 port_1也以X軸對稱，因此可以利用對稱復(fù)制創(chuàng)建。(b)在菜單欄中點擊 EditDuplicateMirror,輸入即 X:0,Y:0,Z:0;dX:0,dY:1,dZ:0。按 回車鍵結(jié)束。(c)在操作歷史書中雙擊新建的端口，在特性窗口中將其重新命名為 port_20由于 在建立工程的第一步就設(shè)置了復(fù)制邊界選項，因此在復(fù)制創(chuàng)建port_2之后，端口上設(shè)置的激勵也一同復(fù)制了。0- LJ Lumped Port:E O Port_l|- LJ CreateRectangle 二口 CoverLines；白匚I Port_2- -O CreateRect

37、angle 0 CoverLines圖24226、創(chuàng)建Air(a)在菜單欄中點擊DrawBox或者在工具欄中點擊按鈕。(b)在右下角的坐標輸入欄中輸入長方體的起始位置坐標，即 X: -70, Y: -90,Z: -50接回車鍵結(jié)束輸入。(c)輸入長方體的 X、Y、Z三個方向的尺寸，即 dX: 140, dY: 180, dZ: 100 接回車鍵結(jié)束輸入。(d)在特性(Property)窗口中選擇Attribute標簽，將該長方體的名字修改為 Air。.Anh hrn HreawR j 勢修修二 bolmed 情 X - MtaddwflHv E 電+ x . |fl I 3 * EQ | Jk

38、 33 0 幽 C a S 4 e n 口 - f| 等 1舉討國營序 口口小“府|口口 小工目 因凸口口賴國|日 .小 叵3 叵 E | b H MJ盧。| 一 1 | H| , 河二 E g 3 |日L I南竿，金笥酒精SabdE , nb ： * tubsl， 3： MM 日拙0 Crm Shwta D Lved 陽 w FwtKxE圖25:濾波器模型圖B 13 tr“* Cccrdrulv y-m7、設(shè)置邊界條件邊界條件包括理想金屬邊界條件你和輻射邊界條件。濾波器的導(dǎo)帶部分、介質(zhì)基 片下底面地板要設(shè)置為理想金屬邊界。設(shè)置輻射邊界是為了截斷求解區(qū)域。(1)設(shè)置理想金屬邊界條件。(a)在菜

39、單欄中點擊 EditSelectBy Name,在彈出的窗口中選擇 Trace(b)在菜單欄中點擊HFSSBoundariesAssignPerfect E在彈出的對話框中將其 命名為Perf_Trac0點擊OK按鈕。(c)在菜單欄中點擊EditSelectFaces這是應(yīng)經(jīng)將鼠標所選設(shè)置為選擇模型的表 面了。然后點擊By Name，選才？ Substrate,選擇其下地面，選擇的時候在 3D窗 口中進行觀察，確保選擇導(dǎo)下底面。23(d)在菜單欄中點擊 HFSSBoundariesAssignPerfect E,在彈出的對話窗中將其 命名為Perf_Ground,點擊OK按鈕。圖26：設(shè)置理想

40、金屬邊界條件(2)設(shè)置輻射邊界條件(a)在菜單欄中點擊 HFSSBoundariesObject然后點擊By Name ,選擇Air。(b)在菜單欄中點擊HFSSBoundariesAssignRadiation，在彈出的對話框中點擊 OK結(jié)束。圖27:設(shè)置輻射邊界條件248、為該問題設(shè)置求解頻率及掃頻范圍(1)設(shè)置求解頻率(a)在菜單欄中點擊 HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup(b)在求解設(shè)置窗口中作如下設(shè)置：Solution Frequency: 2.4GHz ； MaximumNumbers of Passes 6; Maximum Delta S

41、per Pass 0.02；點擊 OK 按鈕。(2)設(shè)置掃頻(a)在菜單欄中點擊 HFSSAnalysis Setup Add Sweep。(b)選擇 Setup1,點擊 OK。(c)在掃頻設(shè)置窗口中作如下設(shè)置： Sweep Type： Fast; Frequency Setup Type : Linear Count;Start: 2GHz; Stop： 2.8GMHz ; Count:501。(d)將Save Field復(fù)選框選中，點擊 OK按鈕。圖28：設(shè)置求解頻率259、優(yōu)化仿真經(jīng)過計算，影響中心頻率和帶寬的決定因素是矩形的長度，所以在優(yōu)化方案中, 對變量l進行優(yōu)化XYPM2毋占ni鼻

42、.- Efeul?9 P圖29:頻率特性從圖中可以看出，l在5mm6mm兩條曲線較接近設(shè)計要求，在這個范圍內(nèi)再進 行優(yōu)化仿真。 jto 220.一加250才加 2 sis時陽明|rmdls 亙IrfQd-apzPHi ?口 ?*!l20 HFfrS例Zuw Hc|p”才口-儂 EIlLv idTikiWl. WSIm.lh.1 Q. .-r&l；lMgtiF trm 4:ut tKTfrp K jL4ilsli ta rn & vmt e idStMaLaLi rn Jrld by ultt . ;* tnciH-a 441:ut tMwp buFdnial EMCJ.4-U4C rif BI

43、VUlhLi4Ci H. EXSLa.* m *it1九“ eL-” 總?cè)訦J1# 六月耨 酬誹 FU- LK-d McL.EE 尸 4 上午 AH El. ML- .U JZL. 0 SI O上午 Ttrt ST.曰“、4 ncri Ivi r正的I.T上耳 六月2f,海1琲ffut tMna luiuaik 49：5v：n 1b午 rnfi E m圖32:優(yōu)化仿真3（插入損耗）在2.35GHz至ij 2.45GHz的頻率范圍內(nèi)衰減小于 3dB, 2.35GHz左側(cè)衰減不是很理想，較緩慢，2.45GHz右側(cè)衰減非常快，效果很理想，總體看衰減基本大于10dB,符合設(shè)計要求。（回波損耗）在2.3

44、9GHz到2.44GHz的頻率范圍內(nèi)衰減大于-10dB,效果不是很理想，其他范圍內(nèi)，衰減小于-10dB,效果可以。10、保存工程在菜單欄中點擊FileSave As,在彈出的窗口中將該工程的命名為 hfss_3couple, 并選擇路徑保存。2711、后處理操作在仿真計算結(jié)束后，查看濾波器的 S參數(shù)。(1)點擊菜單欄 HFSSResultCreate Report(2)在創(chuàng)建報告窗口中做以下設(shè)置：Report Type： Modal S Parameters Display Type： Rectangle點擊OK按鈕。(3)在 Trace窗口中作如下設(shè)置：Solution： Setup! Sweep1; Domain : Sweep點 擊 Y 標簽，選擇：Category： S parameter； Quantity: S(p1, p1)、S (p2, p1)； Function： dB,然后點擊 Add Trace最后點擊Done按鈕完成設(shè)置。圖33:查看濾波器的參數(shù)四、設(shè)計總結(jié)