HFSS 与腔体滤波器设计
HFSS9.0与腔体滤波器设计
HFSS9.0介绍
?HFSS9.0提供了更为简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场求解器、拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器，能计算任意形状三维无源结构的s-参数和全波电磁场。
?提高研发效率的最佳选择
强大的绘图功能
与AutoCAD完全兼容，完全集成ACIS固态建模器。
无限的undo/redo
多个物体组合、相减、相交布尔运算
动态几何旋转
点击物体选择/隐藏
二维物体沿第三维扫描得到三维物体
宏记录/宏文本
锥螺旋、圆柱和立方体的参数化宏
可选的“实表面”几何体
在线关联帮助以加快新功能的应用。
?先进的材料库
综合的材料数据库包括了常用物质的介电常数、渗透率、电磁损耗正切。用户在仿真中可分析均匀材料、非均匀材料、各向异性材料、导电材料、阻性材料和半导体材料。对不可逆设备，标配的HFSS可直接分析具有均匀静磁偏的铁氧体问题，用户还可选用ANSOFT 3DFS选件以完成铁氧体静磁FEM的解算仿真。
?模型库
ANSOFT HFSS含有一宏大的库，用该库可参数化定义标准形状：
微带T行结
宽边耦合线
斜接弯和非斜接弯
半圆弯和非对称弯
圆螺旋和方螺旋
混合T接头
贴片天线
螺旋几何
?强大的宏
用户可登录到非常易读完整的作图和仿真的宏文件中。利用置于宏语言中的自动记录和重放功能，即可执行参数化仿真。在重放时宏即时提示几何尺寸，使用户能基于名义结构创建几何库，随后对名义结构进行仿真得出设计曲线、几何敏感性和最优化设计。
?强大的天线设计功能
计算天线参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽。绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比。
二分之一、四分之一、八分之一对称模型并自动计算远场方向图。
频率扫描技术
z强大的场后处理器
产生生动逼真的场型动画图，包括矢量图、等高线图、阴影等高线图。
任意表面，包括物体表面、任意剖面、3D物体表面和3D相等面的静态和动态图形。
动态矢量场、标量场或任何用场计算器推导出的量。
动态的表面动画可使图形能以旋转和移位的方式步进。新的图—3D云图上有一薄薄的彩色像素层，使你能非常清晰地观察场型特性，用户旋转几何时图形会实时更新。
?强大的场计算器
现有的场计算器具有复数算法、三角法功能，面积分和体积分，曲线的切线计算和任意曲面的法线计算。功能强大的计算器使用户可直接操纵场来计算功率耗散、存储能量和空腔Q值。与其他所有接口界面一样，后处理器中亦具有宏记录/文本及在线帮助。
?最优设计解决方案
ANSOFTHFSS支持强大的具有记录和重放功能的宏语言。这使得用户可将其设计过程自动化和完成包括参数化分析、优化、设计研究等的先进仿真。
Starting HFSS
项目管理三维作图区消息提示栏运算任务栏
快捷图标说明
滤波器单腔仿真
一般来说一个单腔由矩形腔，谐振杆螺杆组成。选择以坐标原点为起点在x-y 平面内拖动鼠标既产生一个矩形，再沿z轴正方向拖动即画出所需要的矩形腔。
长方体的长宽高
在command窗口中可以修
改长方体的起始点坐
标及其长宽高，也可
以将他们定义为变量。
在attribute中窗口中修
改物体的颜色，和透
明度。
画长方体结束，将跳
出以下属性窗口
注意：如果此时将他们定义为变量，那么在驱动模求解
时有可能无法定义端口
画谐振杆，选择画圆柱图标，选择捕捉面的中心，移动鼠标捕捉长方体底面中心，在平面内拖动鼠标成一圆，在z方向拖
动鼠标，即可画出圆柱
按同样的画圆柱的方法画出盘、调谐螺杆谐振杆内孔
现在我们只需要将谐
振杆和盘联合在一
起，再减去内孔就
可以了。
看看现在的项目管理树形栏，
在这里我们可以进行几合体
的操作、定义材料等。材料各个几何体
按住ctrl 选中代表
谐振杆和盘的两
个几何体，发现
几何体操作图标
变亮按下合并盘
和谐振杆结合为
一体；同理可以
再减去代表内孔
的圆柱体，树形
栏又发生变化，
此时的作图区域显示出的就是
一个单腔模型了。在树形栏里选择不同的项目点击右键可以看到以下菜单。
膨胀
塌陷
编辑
定义材料
边界条件
激励源
网格划分
场分布图
网格图
在HFSS下拉菜单中选
择solution type
分别表示驱动模、终端驱动、本征
模，此单腔模型没有端口，无激
励源，采用本征模求解
界条件为pefect E 并将各部件设
置为良导体。树型项目栏变为：
在HFSS下拉菜单中选择Analysis
Setup=>Add Solution Setup进行
求解条件设置
在跳出的Solution Setup 窗口
中进行设置让你可以将当前值设置为以后求解方法的默认值，或者将当前值恢复到HFSS 的标准设置
Defaults
默认包括标准端口的网格产生选择Ports
端口，如果
定义了一个
端口
包括初始网格划分和自适应分析的高级设定Advanced
高级
包括常规的求解设定
General
常规输入最小频率（小于单腔谐振频率）对每一种本征模求解设置, 定义求解结
果的本征模树目如果你输入5, 那么
将计算出最小频率以上的五个本征
模数.本征模求解可以获得达20个本
征解.
各项设置好后，可以在list中看到你所设定的模型、边界、激励源、网格设定，求解设定，并在其中对其进行编辑。可以点击
validate来验证设置的各项是否有误。
金属同轴腔滤波器设计要点
金属同轴腔滤波器设计 摘要 近年来，随着移动通信、导航技术和电子对抗的快速发展，对现有微波元器件的需求和性能的改进都提出了很高的要求。同轴腔体带通滤波器作为微波带通滤波器中应用最广的一种滤波器，具有功率容量大、插入损耗低、寄生通带远等特点,在现代无线通信、数字电视广播、卫星导航、遥测遥感和雷达等系统中得到了广泛的应用。 本文对同轴腔体带通滤波器做了详细的分析，分析讨论了同轴谐振腔的电磁特性，主要包括谐振频率、谐振腔的耦合结构和外部品质因数等。利用响应函数得到腔体之间的耦合系数。应用三维全波仿真软件,分析了腔体结构参数与耦合系数和耦合窗的关系。最后论文给出了同轴腔滤波器设计实例，测试结果性能良好，符合设计指标要求。 关键词：微波滤波器带通滤波器同轴谐振腔全波仿真分析 1
ABSTRACT With the rapid development of mobile communication system, the quality of microwave components is becoming more and more important. As a microwave band-pass filter, coaxial cavity filter is widely applied in modern wireless communication and radar systems, for its high power capacity, low insertion loss and far spurious pass-band. Based on the research of coaxial filter, the electromagnetic properties of coaxial cavity resonator are proposed in the paper, including resonant frequency, coupling structure and external Q of the cavities. The coupling coefficient of filter can be getting by utilizing response function. The width of coupling windows and in-put/out-put coupling lines are acquired by full wave simulation and optimization. At last, a coaxial cavity filter is designed and measured, which has perfect performances and is satisfied with the technical specifications. Key Words: microwave filter band-pass filter coaxial resonator full wave simulation
基于HFSS带通滤波器设计文献综述
2012 届本科毕业设计（论文）文献综述 题目基于HFSS的带通滤波器设计 学院物理与电子工程学院 年级08 专业电子信息工程 班级 2 学号160408220 姓名刘建 指导教师施阳职称
基于HFSS 带通滤波器设计文献综述 1引言 我们知道，当一定复杂程度的信号通过几乎任何电子系统时，它都需要经过某种滤波电路进行滤波。一般在一个实际应用的电子系统中，因输入信号往往因受干扰等原因而带有其它一些不需要的频率信号，就必须使用滤波电路将它衰减到足够小的程度。滤波电路是一种可通过或阻止某种频率信号的电路，其功能就是让指定频段的信号能顺利地通过，而对其它频段的信号起到衰减作用。它分为两种：无源和有源滤波电路。无源滤波电路是由无源器件(电阻、电容和电感)组成，性能较差有源滤波电路是由集成运算放大器和RC 等网络构成，具有几个主要优点：体积小，重量轻；电路的输入和输出之间具有良好的隔离；除了起滤波作用外，还可放大输入信号，且容易调节放大倍数等。BPF 主要用来截取突出有用频段的信号，削弱其余频段的信号或干扰和噪声，以提高信噪比。 2 设计原理 2.1 带通滤波器工作原理及HFSS 简介 带通滤波器中作原理 一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度dB 来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦—开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。在频带较低的剪切频率1f 和较高的剪切频率2f 之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是2f 和1f 之间的差值。 HFSS 简介 HFSS 是ANSOF T 公司开发的一个基于物理原型的EDA 设计软件. 使用HFSS 建立结构模进行3D 全波场分析,可以计算.①基本电磁场数值解和开边界问题,近远场辐射问题; ②端口特征阻抗和传输常数; ③ S 参数和相应端口阻抗的归一化S 参数; ④结构的本征模或谐振解.依靠其对电磁场精确分析的性能,使用户能够方便快速地建立产品虚拟样机.
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。选用基板材料为Rogers 4350,其相对介电常数为，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（以为例） 一开始 （一）建立工程 1.在HFSS窗口中，选择菜单File->New 2.从Project菜单中，选择Insert HFSS Design （二）设计求解模式 1.选择菜单HFSS->Solution Type 2.在Solution Type窗口，选择Driven Modal,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->Design Properties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=，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，
HFSS微带低通滤波器的设计
微带低通滤波器的设计 一、题目 低通滤波器的设计 技术参数：截止f = 2.2GHz；f=4GHz时，通过小于30db；特性阻抗Z0=50 Ohm。波纹系数0.2db 材料参数：相对介电常数9.0，厚度h=0.8，Zl=10 0hm，Zh=100 0hm。仿真软件：HFSS 二、设计过程 1、参数确定：设计一个微带低通滤波器，其技术参数为f < 2.2GHz；通带插入损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm 。 2、设计方法：用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的宽度及长度。 3、设计过程： （1）确定原型滤波器：选择切比雪夫滤波器，?s = fs/fc = 1.82，?s -1 = 0.82及Lr = 0.2dB，Ls >= 30，查表得N=5，原型滤波器的归一化元件参数值如下： g1 = g5 = 1.3394，g2 = g4 = 1.3370，g3 = 2.1660，gL= 1.0000。 该滤波器的电路图如下图所示：
（2）计算各元件的真实值(没用)：终端特性阻抗为Z0=50?，则有 C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*2.2*10^9*50) = 1.938 pF， C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*2.2*10^9*50) = 3.134 pF， L2 = L4 = Z0*g2/(2*pi*f0) = 50*1.3370/(2*3.1416*2.2*10^9) = 4.836 nH。 （3）计算微带低通滤波器的实际物理尺寸： 低阻抗（电容）为Zl = 10?，高阻抗（电感）为Zh = 100?。 电长度的计算Le：p357的8.86a和8.86b两个公式。 Le1=g1*Zl*57.3/R0=1.3394*10*57.3/50=15.35° Le2=g2*R0*57.3/Zh=1.337*50*57.3/100=38.3° Le3=24.8° L e4=38.3° Le5=15.35°
HFSS 与腔体滤波器设计
HFSS9.0与腔体滤波器设计
HFSS9.0介绍 ?HFSS9.0提供了更为简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场求解器、拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器，能计算任意形状三维无源结构的s-参数和全波电磁场。 ?提高研发效率的最佳选择 强大的绘图功能 与AutoCAD完全兼容，完全集成ACIS固态建模器。 无限的undo/redo 多个物体组合、相减、相交布尔运算 动态几何旋转 点击物体选择/隐藏 二维物体沿第三维扫描得到三维物体 宏记录/宏文本 锥螺旋、圆柱和立方体的参数化宏 可选的“实表面”几何体 在线关联帮助以加快新功能的应用。
?先进的材料库 综合的材料数据库包括了常用物质的介电常数、渗透率、电磁损耗正切。用户在仿真中可分析均匀材料、非均匀材料、各向异性材料、导电材料、阻性材料和半导体材料。对不可逆设备，标配的HFSS可直接分析具有均匀静磁偏的铁氧体问题，用户还可选用ANSOFT 3DFS选件以完成铁氧体静磁FEM的解算仿真。 ?模型库 ANSOFT HFSS含有一宏大的库，用该库可参数化定义标准形状： 微带T行结 宽边耦合线 斜接弯和非斜接弯 半圆弯和非对称弯 圆螺旋和方螺旋 混合T接头 贴片天线 螺旋几何
?强大的宏 用户可登录到非常易读完整的作图和仿真的宏文件中。利用置于宏语言中的自动记录和重放功能，即可执行参数化仿真。在重放时宏即时提示几何尺寸，使用户能基于名义结构创建几何库，随后对名义结构进行仿真得出设计曲线、几何敏感性和最优化设计。 ?强大的天线设计功能 计算天线参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽。绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比。 二分之一、四分之一、八分之一对称模型并自动计算远场方向图。 频率扫描技术
基于HFSS的滤波器设计流程
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。选用基板材料为Rogers 4350,其相对介电常数为，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（以为例） 一开始 （一）建立工程 1.在HFSS窗口中，选择菜单File->New 2.从Project菜单中，选择Insert HFSS Design （二）设计求解模式 1.选择菜单HFSS->Solution Type 2.在Solution Type窗口，选择Driven Modal,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->Design Properties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=，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。
带通滤波器的仿真设计
电子科技大学学院电子工程系 学生实验报告 课程名称HFSS电磁仿真实验实验名称实验一-带通滤波器的仿真 班级，分组14无线技术实验时间 2017年03月07日，学号指导教师袁海军 报告容 一、实验目的 （1）加深对滤波器理论方面的理解，提高用程序实现相关信号处理的能力； （2）掌握HFSS实现带通滤波器混频的方法和步骤； （3）掌握用HFSS实现带通滤波器的设计方法和过程，为以后的设计打下良好的基础。 二、实验原理和电路说明 带通滤波器是指能通过某一频率围的频率分量、但将其他围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。 这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生. 三、实验容和数据记录 为了方便创建模型，在Tools>Options>HFSSOptions中将Duplicate boundaries with geometry 复选框选中，这样可以使得在复制模型的同时，所设置的边界也一同复制。 2）设置求解类型 将求解类型设置为激励求解类型： （1）在菜单栏中点击HFSS>SolutionType。 （2）如图5-1-7所示，在弹出的SolutionType窗口中： (a)选择DrivenModal。 (b)点击OK按钮。
图5-1-7设置求解类型 图5-1-9建立介质基片 （a）在菜单栏中点击Draw>Box或者在工具栏中点击按钮，这时可以在（b）在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标，即 按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键来切换。 （c）输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸，即 dX：40，dY：70，dZ：-1.27 按回车键结束坐标输入。 （d）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字修改为（e）点击Material对应的按钮，在弹出的材料设置窗口中点击 数为10.8的介质，将其命名为sub。
hfss详细的滤波器设计
在论坛逛了也有些日子了，发现有很多初学者其实是怀着兴奋的心情来论坛，希望可以在这里初窥滤波器的奥秘，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。下面介绍的虽然是普通的滤波器设计流程，但其具有很强的代表性，大多数耦合谐振器滤波器都应遵循下面的几个设计步骤，尤其是对于初学者，这可以帮助大家理解最最最最基本的概念。当然了，对于高手来说，其实可以省略很多中间过程。 声明：本文是基于Jia-Sheng Hong 的‘Microstrip Filters for RF Microwave Applications’中第八章、第九章所介绍内容。 1，首先，我们要对耦合矩阵有个感性的了解。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很多，大家可以花点时间稍微研究下就可以了。需要指出的是，曾经有同学问我，为什么我用软件综合出的耦合系数矩阵中的系数都那么大，很多在1左右，好像无 法实现啊！原因是：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得到你所想要的真实的耦合系数。例如书中的式子 2，拥有了耦合系数矩阵，就需要确定所采用的谐振器类型，整个滤波器的几何结构。此处采用一个四阶开口环交叉耦合滤波器来做为实例，下面的耦合系数矩阵是我从一篇文章copy过来的，只是作为一个辅助。（正、负仅仅是一个符号，一般来说，我们将正值视为磁耦合，负视为电耦合，反之亦然） 其对应的几何结构如下所示，其中1和4是开口相对，为什么呢，因为微带开路端电场比较强，这么放置1和4才能产生耦合系数矩阵中所需的电耦合。同样的原理，我们知道2和3之间产生的是磁耦合，至于1和2、3和4为什么这么放，它们之间是混合耦合，建议大家去看书，解释起来麻烦点。