南昌大学HFSS工程应用仿真实验报告：1~8(2)

点击Y标签，选择Category: S parameter; Quantity: S(P1 P1)、S(P2 P1)；Function: dB,点击New Report按钮完成，仿真结果如下：

图四、滤波器的S参数曲线

以上为反射系数与传输系数曲线，观察结果图可发现，中心频率在910MHz,带宽为：890~930MHz,最大的S21出现在893.6MHz,值为-19.577dB,在842MHz的带外频点处，带外抑制大于20dB,可见设计结果是满足指标要求的。

五、实验心得：

本实验是HFSS设计仿真的第一个实验，刚上手软件，使用技巧、实验原理都不太清晰。故需按照实验书的操作步骤一步步来，仔细输入各种参数各种设置。且由于实验书的一些印刷错误或书籍与软件版本不统一的问题，一些设置出现与目标设计不符合的结果，故实验中还需要一定的英文基础，明白英文的意思然后仔细对比每一步操作后的设计结果，找到正确的下一步操作方法。这个实验我做了很久，完成所有操作后，运行结果出不来，请教老师后才发现少了HFSS>Analyze All这一步操作。这一步是书上没有给出的，所以只能一直卡在这并且反复的重新操作了很多遍，不过也因此更加熟练了操作步骤，以及更加深入的掌握了交叉耦合滤波器的工作原理及所能达到的效果，对于仿真设计中，矩形、端口边界条件等的设计注意事项及技巧也更加熟练，为后续的实验打下基础。

实验二 源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真

一、设计指标要求：

中心频率：3.3GHz 相对带宽：0.02MHz 带内回波损耗：20dB 阻带最小衰减：25dB

此滤波器通过微带结构实现，选用材料为氧化铝陶瓷的介质板，其相对介电常数为εr=9.8，厚度为h =0.5mm。该设计与仿真采用两腔谐振器，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：

交叉耦合滤波器在非相邻谐振腔之间引入交叉耦合，以得到有限频率交叉零点，提高滤波器的选择特性。一般来讲，一个N腔交叉耦合滤波器最多只能实现N-2个传输零点。对于给定的一种含有N个谐振器的滤波器，如果在源与负载之间也引入耦合，则可以实现N个传输零点。

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。采用两腔耦合谐振器，并引入源与负载之间的耦合，其耦合矩阵为：

1.35570?0.04??0??1.355702.10270?M???02.102701.3557???1.35570????0.040?

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，将材料设置为Al2_O3_ceramic,点击Color后面的Edit按钮，将颜色设置为绿色，点击OK结束。 ? 创建Ring_1

1）在菜单栏中点击Draw>Regular Polygon.

2）同创建介质基片方法一样，输入坐标起点及尺寸，然后在弹出的Segment Number窗口中将多边形边数改为6，并将矩形修改名字为Ring_1. 3）同理创建正多边形Inner.

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

BlankParts:Ring_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。

3） 同实验一方法创建矩形Cut_1,然后同时选中Ring_1、Cut_1,在菜单栏中点击

Modeler>Boolean>Subtract,在Subtract窗口中设置：

ToolParts:InnerBlankParts:Ring_1

Clone tool objects before subtract复选框不选，点击OK结束。 ? 通过Ring_1镜像创建Ring_2 ? 创建Feedline_1

1） 在菜单栏中点击Draw>Line.

2） 在右下角的坐标栏中输入11段线段坐标并在属性（Property）窗口中选择Attribute标签，

将该名字修改为Feedline_1.

3） 通过Feedline_1镜像创建Feedline_2

? 组合Ring_1、Ring_2、Feedline_1、Feedline_2并重命名为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按钮直到结束。 ? 通过port_1镜像创建port_2

ToolParts:Cut_1（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:3.3GHzMaximumNumberofPsaaes:15MaximumDeltaSperPass: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:2.6GHzStop:4.5GHzCount:5014） 将Save Field复选框选中点击OK结束。

（9）保存工程并命名为hfss_2couple,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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