hfss詳細的濾波器設計

1、在論壇逛了也有些日子了，發(fā)現(xiàn)有很多初學者其實是懷著興奮的心情來論壇，希望可以在這里初窺濾波器的奧秘，希望有朝一日自己也可以成功的設計出一款性能不錯的濾波器。下面介紹的雖然是普通的濾波器設計流程，但其具有很強的代表性，大多數(shù)耦合諧振器濾波器都應遵循下面的幾個設計步驟，尤其是對于初學者，這可以幫助大家理解最最最最基本的概念。當然了，對于高手來說，其實可以省略很多中間過程。 +T"kx< #CW70H 聲明：本文是基于Jia-Sheng Hong 的 Microstrip Filters for RF Microwave Applications中第八章、第九章所介紹內(nèi)容。 tURI

2、Dj%#p -lpklQ 1，首先，我們要對耦合矩陣有個感性的了解。大家在看論文時，其實可以看到都會給出一個對應的耦合系數(shù)矩陣。用來綜合耦合系數(shù)的軟件很多，大家可以花點時間稍微研究下就可以了。需要指出的是，曾經(jīng)有同學問我，為什么我用軟件綜合出的耦合系數(shù)矩陣中的系數(shù)都那么大，很多在1左右，好像無 HtQ->(2 法實現(xiàn)啊！原因是：綜合出的矩陣是歸一化的耦合矩陣，你需要乘以你設計的百分比帶寬才能得到你所想要的真實的耦合系數(shù)。例如書中的式子 LJc w-> mJiF-=u prlB9,3|C vXIj0: 2，擁有了耦合系數(shù)矩陣，就需要確定所采用的諧振器類型，整個濾波器的幾何結(jié)構(gòu)。此處采

3、用一個四階開口環(huán)交叉耦合濾波器來做為實例，下面的耦合系數(shù)矩陣是我從一篇文章copy過來的，只是作為一個輔助。（正、負僅僅是一個符號，一般來說，我們將正值視為磁耦合，負視為電耦合，反之亦然） ojs&Wr0Z XsS00TLG (a y( T55l-.> 其對應的幾何結(jié)構(gòu)如下所示，其中1和4是開口相對，為什么呢，因為微帶開路端電場比較強，這么放置1和4才能產(chǎn)生耦合系數(shù)矩陣中所需的電耦合。同樣的原理，我們知道2和3之間產(chǎn)生的是磁耦合，至于1和2、3和4為什么這么放，它們之間是混合耦合，建議大家去看書，解釋起來麻煩點。 c5;YKON ?9H7Twi+T 3，那么，諧振器之間的幾何尺寸

4、怎么確定呢？再下一步，就是用HFSS來提取兩兩諧振器之間的耦合系數(shù)與幾何尺寸的關系了。只有確定了所有的幾何尺寸，才能建立一個濾波器的初始模型。 yZ0;Tr*J 要提取耦合系數(shù)，下面給出了計算公式 cXu<vjFM AA>5h<NM 首先分析1和4之間的耦合系數(shù)提取。實現(xiàn)大家需要在HFSS里面建立下圖中的微帶諧振器模型，當然是要有空氣盒的（因為HFSS中默認的地方全是金屬）。 rJA)O+Mq( <e/O"6='Z 另外需要特別主要的是，此處我給出的方法是基于HFSS本征模的，大家需要在HFSS菜單“HFSS> solution type”中選取

5、“eigenmode”。 y;qT_)# ;2L=WR% 下面跟大家介紹如何加Analysis，在add solution setup后會彈出下圖?，F(xiàn)在逐個分析含義： pxI*vgfN7 Minimum frequency： 最小頻率，即它的值一定要小于諧振器的諧振頻率。 A&#P Number of modes：模式數(shù)目，此處設為2，它意味著會仿真得出兩個模式的頻率，即計算耦合系數(shù)需要的fp1和fp2. x-tA _: 再下面的兩個選項嘛，用過HFSS的大家應該都很清楚了，可以仿照圖中所示。 ;Jx yj>4g$:z 2*(re(Mode(1)+re(mode(2)/(re(m

6、ode(1)+re(mode(2) UwEij 下面一步給大家演示如何在HFSS中計算出耦合系數(shù)，在result中選擇>create eigenmode parameter report>Data table。此時，會產(chǎn)生下面圖中所示對話框，此時需要注意，點擊output variables會產(chǎn)生最頂層的對話框，我們需要在其中對式8.72中的fp1和fp2進行定義。 PED#Uv 我們將mode（1）的實部定義為fp1，具體操作：在name中輸入fp1，選擇mode（1）的實部即re，然后點擊insert into expression，在點擊add，就可以了。 PU -7h+$

7、R1$z8$ 再下一步，當仿真完成后，你就可以在result中看到fp1和fp2的值了，同時也就可以得到耦合系數(shù)了。當然了，你也可以在HFSS中定義耦合系數(shù)的計算公式，那你就可以直接在HFSS中看到耦合系數(shù)的數(shù)值了。 (_nkscf PY>j?otD 正如大家在paper中看到，許多人會給出耦合系數(shù)與幾何尺寸的關系圖，這也就需要大家改變下幾何尺寸，重新仿真下上面的model就可以了啊，其實很容易的。 /OxF5 bN2 !. 0W?6yo UI!EIZ* 4，1和4諧振器我們采用下面的方式進行激勵 K ;uH, JT_#>', 至于外部品質(zhì)因素的計算，可以由下式得到，w0代

8、表諧振頻率，具體的定義大家參考Jia-sheng hong書中的第八章，圖12。 hOwVm;: aqyXxJS8 同樣的，你可以根據(jù)不同幾何尺寸得到不同的Qe，從而形成一個關系圖。 |f aXl3| G7),!Qol #K4wO!d IzL yn 5， 此時，我們需要根據(jù)上面所得的幾組數(shù)據(jù)，來選取每個幾何參數(shù)的初始值。這就是為什么我們要進行上面的步驟的原因。這樣建立好的初始model，不出意外會得到一個不會很差的性能，當你看到自己的付出有了回報，一切辛苦都是浮云。下面需要的就是優(yōu)化了，一般來說，對于初學者，還是建議使用優(yōu)化，雖然比較笨、慢，但是總要有循序漸進的過程。而對于高手們，一般都是自己

9、手動去調(diào)節(jié)每個幾何尺寸，因為他們知道哪些關鍵參數(shù)的功能。 TI*uNS;- 下面簡單介紹下如何使用HFSS的優(yōu)化功能，首先你需要在建立model時，盡量使用變量來表示每個幾何尺寸，這樣方便調(diào)節(jié)，也只有這樣才能使用優(yōu)化。 Y)!5Z.K 第一步，如圖，點擊design properties，里面的優(yōu)化菜單中勾中你想優(yōu)化的變量，同時可以設計它的最小值和最大值。 XGO_n x ,m:MI/ )p 第二步，右鍵optimetrics，里面add optimization，彈出對話框，點擊variables，里面勾中所有變量如圖。 gx9H=c>/ my*/MCO 第三步，設置優(yōu)化目標，如下圖，定義的是：在1GHz處的S11的幅度要小于0.05。具體大家慢慢摸索吧，大概的入門應該夠了。 bx5X8D #|gt(pC 圖片:15.jpgJj(O2Eq$ the equivalent circui