南昌大学HFSS工程应用仿真实验报告：1~8

《工程电磁场数值计算与仿真》实验报告

学院：信息工程系：电子信息工程 专业：通信工程 班级：通信133班

学号：6102213930 学生姓名：陈佳

日期： 2016.06.16

实验一交叉耦合滤波器设计与仿真

一、设计指标要求：

中心频率：910MHz 带宽：40MHz 带内反射：< 20dB

带外抑制：在MHz处>20dB

此滤波器通过三腔微带结构(环形谐振器)实现。选用介质板的相对介电常数为εr=1.8，厚度为h =1.27mm。腔体为半波长方腔结构，腔间耦合程度通过腔间距离来控制，使得滤波器谐振频率在910MHz。最终获得反射系数和参数系数曲线的仿真结果。

二、实验设备：

PC机、HFSS仿真软件。

三、设计原理：

具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上，非相邻腔之间可以相互耦合，即”交叉耦合”甚至可以采用源与负载也与谐振腔耦合，以及源与负载之间的耦合。

HFSS仿真实现对滤波器贴片和馈电的建模，然后介绍端口和边界的设置，最后生成了反射系数和传输系数曲线的仿真结果。滤波器采用三腔微带环形滤波器，其耦合矩阵为：

?0.303741.282050.43523???M??1.28205?0.213091.28205????0.435231.282050.30764?????

四、设计仿真步骤：

（1）建立新的工程

为了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options中将Duplicate boundaries with

geometry 复选框选中。 （2）设置求解类型

? 在菜单栏中点击HFSS>SolutionType>Driven Model>OK. （3）设置模型单位

? 在菜单栏中点击Modeler>Units>mm. （4）建立滤波器模型 ? 建立介质基片

1） 在菜单栏中点击Draw>Box或者在工具栏中点击按钮

。

2） 在软件操作界面右下角输入长方体起点坐标及X、Y、Z三个方向尺寸。输入坐标时，

可以用Tab键来切换。

3） 在属性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体命名为Substrate,透明度改为

0.85.

4） 点击Material后面的按钮，在材料设置窗口中点击AddMaterial按钮，添加介电常量为

10.8的介质，命名为sub. ? 创建Ring_1

1） 在菜单栏中点击Draw>Rectangle.

2） 同创建介质基片方法一样，输入坐标起点及尺寸，并将矩形修改名字为Ring_1. 3） 同理创建矩形Inner、Cut_1.

4） 在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,利用Ctrl键选择Ring_1、Inner和Cut_1. 5） 在菜单栏中点击Modeler>Boolean>Subtract,在Subtract窗口中设置：

BlankParts:Ring_1ToolParts:Inner、Cut_1

Clone tool objects before subtract复选框不选，点击OK结束。 ? 移动Ring_1

1） 在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,选中Ring_1

2） 在菜单栏中点击Edit>Arrange>Move,在坐标栏输入移动的向量。 ? 创建Ring_2

1） 在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,选中Ring_1

2） 在菜单栏中点击Edit>Duplicate>Mirror,在坐标栏输入镜像向量。 3） 在操作历史树中双击新建的矩形，在属性窗口中重命名为Ring_2 ? 创建Ring_3

1) 同创建矩形Ring_1方法，创建矩形Ring_3、Cut_2、Inner_2

2) 在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,利用Ctrl键选择Ring_3、Inner_2和Cut_2. 3) 在菜单栏中点击Modeler>Boolean>Subtract,在Subtract窗口中设置：

BlankParts:Ring_3ToolParts:Inner_2、Cut_2

Clone tool objects before subtract复选框不选，点击OK结束。 ? 同移动矩形Ring_1方法，移动矩形Ring_3. ? 创建Feedline_1 1） 创建矩形F_1、F_2

2） 在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,利用Ctrl键选择F_1、F_2.

3） 在菜单栏中点击Modeler>Boolean>Unite,完成矩形F_1、F_2的组合并在新组合的模型

F_1上双击，在属性窗口中重命名为Feedline_1.

? 同创建Ring_2方法，通过镜像Feedline_1得到Feedline_2

? 组合Ring_1、Ring_2、Ring_3、Feedline_1、Feedline_2并命名为Trace. （5）创建端口

? 创建port_1

1） 在菜单栏中点击Modeler>Grid Plane>XZ 2） 创建一个矩形并命名为port_1

3） 在菜单栏中点击HFSS>Excitations>Assign>Lumped Port,在Lumped Port窗口的General

标签中，将端口命名p1,点击Next.

4） 在Modes标签中的Integration Line中点击None,选择New Line,在坐标拦中输入起点和尺

寸，点击Next结束。

? 通过port_1镜像创建port_2 （6）创建Air

1） 在菜单栏中点击Draw>Box或者在工具栏中点击按钮2） 在坐标栏输入起点和坐标尺寸，并将长方体命名为Air. （7）设置边界条件

? 设置理想金属边界条件

1） 在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,选中Trace.

2） 在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Perfect E,在弹出的对话框中将其命名为

Perf_Trace,点击OK结束。

3） 在菜单栏中点击Edit>Select>Faces,设置为选择表面。然后点击By Name,选择Substrate

并选择其下表面。

4） 在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Perfect E,在弹出的对话框中将其命名为

Perf_Gound,点击OK结束。 ? 设置辐射边界条件

1） 在菜单栏中点击Edit>Select>Object,然后点击By Name,选择Air.

2） 在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Radiation,在弹出的对话框中点击OK结束。 （8）为该问题设置求解频率及扫描范围

? 设置求解频率

1） 在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup. 2） 在求解窗口中设置：

。

SolutionFrequency:910MHzMaximumNumberofPsaaes:20MaximumDeltaSperPass:0.02点击OK结束。 ? 设置扫频

1） 在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Setup. 2） 选择Setup1,点击OK结束。 3） 在扫频窗口中设置：

SweepType:FastFrequencySetupType:LinearCountStart:700MHzStop:1100MHzCount:5014） 将Save Field复选框选中点击OK结束。

（9）保存工程并命名为hfss_3couple,设计结果如下图：

图一、滤波器完整模型

? 点击菜单栏的

图标，检查设计步骤是否出错。如下图即为仿真设计正确。

图二、软件检错界面图

? 在菜单栏中点击HFSS>Analyze All,完成仿真设计计算，出现如下图状态：

图三、滤波器运算界面图

（10）后处理操作

? 点击菜单栏HFSS>Result>Create Modal Solution Data Report>Rectangle Plot. ? 在Trace窗口中设置：

Solution:Setup1:Sweep1Domain:Sweep

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