hfss详细滤波器设计.docx

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在论坛逛了也有些日子了,发现有好多初学者实际上是怀着愉悦的心情来论坛,希望可以在
这里初窥滤波器的神秘,希望有朝一日自己也可以成功的设计出一款性能不错的滤波器。下
面介绍的固然是一般的滤波器设计流程,但其拥有很强的代表性,大多数耦合谐振器滤波器都应依据下边的几个设计步骤,特别是对于初学者,这可以帮助大家理解最最最最基本的看法。自然了,对于好手来说,其实可以省略好多中间过程。
申明:本文是基于Jia-ShengHong的‘MicrostripFiltersforRFMicrowaveApplications’
中第八章、第九章所介绍内容。
1,第一,我们要对耦合矩阵有个感性的认识。大家在看论文时,其实可以看到都会给出一
个对应的耦合系数矩阵。用来综合耦合系数的软件好多,大家可以花点时间略微研究下就可以了。需要指出的是,以前有同学问我,为何我用软件综合出的耦合系数矩阵中的系数都那么大,好多在1左右,忧如无
法实现啊!原由是:综合出的矩阵是归一化的耦合矩阵,你需要乘以你设计的百分比带宽才能获取你所想要的真实的耦合系数。比方书中的式子
2,拥有了耦合系数矩阵,就需要确立所采纳的谐振器种类,整个滤波器的几何结构。此处
采纳一个四阶张口环交织耦合滤波器来做为实例,下边的耦合系数矩阵是我从一篇文章
copy过来的,不过作为一个辅助。(正、负不过是一个符号,一般来说,我们将正当视为磁
耦合,负视为电耦合,反之亦然)
其对应的几何结构以下所示,此中1和4是张口相对,为何呢,由于微带开路端电场比较
强,这么搁置1和4才能产生耦合系数矩阵中所需的电耦合。相同的原理,我们知道2和3之
间产生的是磁耦合,至于1和2、3和4为何这么放,它们之间是混杂耦合,建议大家去看书,解说起来麻烦点。
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3,那么,谐振器之间的几何尺寸怎么确立呢?再下一步,就是用HFSS来提取两两谐振器
之间的耦合系数与几何尺寸的关系了。只有确立了全部的几何尺寸,才能建立一个滤波器的初始模型。
要提取耦合系数,下边给出了计算公式
第一解析1和4之间的耦合系数提取。实现大家需要在HFSS里面建立以下图中的微带谐振器
模型,自然是要有空气盒的(由于HFSS中默认的地方全部是金属)。
别的需要特别主要的是,此处我给出的方法是基于HFSS本征模的,大家需要在HFSS菜
单“HFSS->solutiontype”中采纳“eigenmode”。
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下边跟大家介绍如何加Analysis,在addsolutionsetup后会弹出以下图。此刻逐一解析含义:
Minimumfrequency:最小频率,即它的值必定要小于谐振器的谐振频率。
Numberofmodes:模式数量,此处设为2,它意味着会仿真得出两个模式的频率,即计算
耦合系数需要的fp1和fp2.
再下边的两个选项嘛,用过HFSS的大家应该都很清楚了,可以模拟图中所示。
2*(re(Mode(1))+re(mode(2)))/(re(mode(1))+re(mode(2))
下边一步给大家演示如何在
HFSS受骗算出耦合系数,在
result
中选择->create
eigenmodeparameterreport
->Datatable。此时,会产生下边图中所示对话框,此时需要
注意,点击outputvariables
会产生最顶层的对话框,我们需要在此中对式

fp2进行定义。
我们将mode(1)的实部定义为fp1,详尽操作:在
name中输入fp1,选择mode(1)的
实部即re,而后点击insertintoexpression,在点击
add,就可以了。
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再下一步,当仿真完成后,你就可以在result中看到fp1和fp2的值了,同时也就可以获取
耦合系数了。自然了,你也可以在HFSS中定义耦合系数的计算公式,那你就可以直接在HFSS中看到耦合系数的数值了。
正如大家在paper中看到,好多人会给出耦合系数与几何尺寸的关系图,这也就需要大家改
变下几何尺寸,重新仿真下上边的model就可以了啊,其实很简单的。
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4,1和4谐振器我们采纳下边的方式进行激励
至于外面质量要素的计算,可以由下式获取,w0代表谐振频率,详尽的定义大家参照
Jia-shenghong书中的第八章,图12。
相同的,你可以依据不一样几何尺寸获取不一样的Qe,从而形成一个关系图。
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5,此时,我们需要依据上边所得的几组数据,来采纳每个几何参数的初始值。这就是为
什么我们要进行上边的步骤的原由。这样建立好的初始model,不出不测会获取一个不会很
差的性能,当你看到自己的付出有了回报,全部辛苦都是浮云。下边需要的就是优化了,一般来说,对于初学者,还是建议使用优化,固然比较笨、慢,但是总要有次序渐进的过程。
而对于好手们,一般都是自己手动去调理每个几何尺寸,由于他们知道哪些要点参数的功能。
下边简单介绍下如何使用HFSS的优化功能,第一你需要在建立model时,尽量使用变量
来表示每个几何尺寸,这样方便调理,也只有这样才能使用优化。
第一步,如图,点击designproperties,里面的优化菜单中勾中你想优化的变量,同时可以设计它的最小值和最大值。
第二步,右键optimetrics,里面addoptimization,弹出对话框,点击variables,里面勾中
全部变量如图。
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第三步,设置优化目标,以以下图,定义的是:。详尽大
家慢慢探究吧,大概的入门应该够了。
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图片:
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