HFSS仿真教程-专业低通的仿真

低通仿真方法介绍深圳国人通信有限公司射频研发中心谭远洋2011年在第一节的单腔仿真学习中我们得到了一个单腔的两个谐振频率。其中f1=0.90344GHz，f2=4.6452GHz计算值f2为仿真的高次模。实际测试时发现在仿真的高次模f2=4.64GHz之前约200-300MHz处出现谐波，即在4.3GHz处出现谐波。我们来结合客户的规格书中的要求：客户规格要求在3400-5855MHz处抑制60dB，而单腔仿真结论是在4300MHz处出现谐波，显然光靠滤波器无法达到要求。这就是为什么引入低通的原因。即设计一个低通，使得在880-960MHz的插损尽可能小，而在4.3GHz处的抑制达到60dB以上。设计过程分为两个大步骤完成：第一步：电路仿真，使用工具AnsoftDesigner；第二步：电磁仿真，使用工具AnsoftHFSS。为了更清晰的说明低通的仿真过程，我用一个五级的低通来进行演示。（1）运行AnsoftDesigner软件第一步：电路仿真（2）点击插入电路设计“InsertCircuitDesign”图标，见右图（3）在出现的Layout对话框中点击“None”，出现一个新的电路模型图标。（4）点击特性窗口下方的“Component”按钮，在出现的器件中选择同轴电缆模型“CoaxialCable---COAXP：CoaxialCable，PhysicalModel”第一步：电路仿真（5）双击该器件，拖至电路模型窗口，设置基本参数，将电缆内径参数DI设置为变量R0，在出现的变量窗口中设置R0的值为3mm。同样的方法设置电缆的外径DO为变量R3=7mm，电缆内填充的介质的介电常数为1（空气），线缆的长度P设为7mm。第一步：电路仿真（6）同样的方法插入一第二个同轴电缆，设置参数为：内径：DI=R1=6.4mm（变量）外径：DO=R3填充：ER=2.1（热缩套管）长度：P=L1=1mm（变量）第一步：电路仿真（8）在器件库中选择阻抗变化模型“COAXSTEP：CoaxialCableStep”，设置参数：DI1=R0DI2=R1DO1=R3DO2=R3第一步：电路仿真（9）用同样的方法插入第三至第七个同轴电缆模型，其中参数设置见下表，在两个器件之间插入阻抗变换模型。[1][2][3][4][5][6][7]同轴电缆序号内径外径填充介电常数长度备注说明DIDOERP1R0R316mm两端50欧姆阻抗2R1R32.1L1低通的第一级3R2R31L2低通的第二级4R1R32.1L3低通的第三级5R2R31L4低通的第四级6R1R32.1L5低通的第五级7R0R316mm两端50欧姆阻抗（9）点击界面端口图标“Interfaceport”，在电路模型两端加上端口。第一步：电路仿真（10）右击工程窗口中的“Analysis”图标，选择“Addsolutionsetup”，在出现的对话框中选择“Next”按钮，再在出现的对话框中点击“Add”按钮。第一步：电路仿真（11）在弹出的窗口中按照下图输入参数，点击“Add”按钮后再点击“OK”按钮。在返回的窗口中点击“完成”。第一步：电路仿真（12）点击“Analyze”按钮。约需几秒钟完成仿真。右击工程窗口的“Result”图标，选择“CreateReport”。在弹出的窗口中点击“OK”第一步：电路仿真（13）在弹出的窗口中选中“S11”和“S21”，点击“AddTrace”，点击“Done”完成设置。第一步：电路仿真（13）在工程窗口中双击左下图中显示的图标，显示仿真结果。第一步：电路仿真（14-1）设置优化右击工程窗口的“Circuit”选项，选择“DesignPropterties”,在出现的对话框中点击”LocalVariables”并选中“Optimizaion”。并按照下图进行设置。第一步：电路仿真（14-2）设置优化右击工程窗口的“Optimetrics”选项，选择“Add”-“Optimizaion…”。在弹出的对话框中点击“Add”按钮，再点击“Calculation”按钮。第一步：电路仿真（14-3）设置优化在弹出的对话框中选择“S11”和“dB”，点击“InsertQuantityIntoExpression”按钮，再在“name”栏输入变量名字“mm1”。同样的方法输入变量“mm2”为“dB(S21).第一步：电路仿真（14-4）设置优化[1][2][3][4][5][6][7][8]第一步：电路仿真（15）开始优化右击工程窗口中的“OptimizationSetup1”---“Analysis”，开始进行优化第一步：电路仿真（15）优化完成优化完成后，得到低通的响应如下图，在图左方的紫色线条方框内的数值就是第一步电气仿真需要得到的结果。第一步：电路仿真第二步：电磁仿真1.利用电路仿真的结果建立电磁仿真低通模型（1）熟悉电路仿真结果R0-低通两端50欧姆传输线内径R0-低通孔直径R2-低通高阻抗线直径R1-低通低阻抗线直径L1-低通第一节的长度L2-低通第二节的长度L3-低通第三节的长度L4-低通第四节的长度L5-低通第五节的长度第二步：电磁仿真（2）在HFSS中建立低通模型，按照下表的参数设置建立圆柱体1-7，再将七个圆柱体联合成一个模型“Cylinder1”。设置其材料为“PEC”AxisRadiusHeight说明Cylinder10，0，0R07mm低通两端50欧姆传输线Cylinder20，0，0R1L1低通第一节Cylinder30，0，L1R2L2低通第二节Cylinder40，0，L2R1L3低通第三节Cylinder50，0，L3R2L4低通第四节Cylinder60，0，L4R1L5低通第五节Cylinder70，0，L5R07mm低通两端50欧姆传输线第二步：电磁仿真（3）建立热缩套管模型，按照下表的参数设置建立圆柱体8-9，再用圆柱体8减去9.设置其材料为“PolyflonCuFlon(tm)”AxisRadiusHeight说明Cylinder80，0，-7R37mm*2+L1+l2+L3+L4+L5热缩套管外径Cylinder90，0，-7R17mm*2+L1+l2+L3+L4+L5热缩套管内径第二步：电磁仿真（4）建立热缩套管模型，按照下表的参数设置建立圆柱体8和9，再用圆柱体8减去9.设置其材料为“PolyflonCuFlon(tm)”，设置其透明度为0.8AxisRadiusHeight说明Cylinder80，0，-7R37mm*2+L1+l2+L3+L4+L5热缩套管外径Cylinder90，0，-7R17mm*2+L1+l2+L3+L4+L5热缩套管内径第二步：电磁仿真（5）建立低通孔，按照下表的参数设置建立圆柱体10，设置其材料为“Vacuum，设置其透明度为0.8。AxisRadiusHeight说明Cylinder100，0，-7R37mm*2+L1+l2+L3+L4+L5低通孔直径第二步：电磁仿真（6）设置端口激励点击对象类型图标选择-面“Face”，右击圆柱体10的一个端面，选择“AssignExcitation”-“WavePort”，在出现的对话框中选择按钮“下一步”-“下一步”-“完成”。采用相同的方法设置另一个端面为端口激励。（7-1）设置计算条件在工程管理窗口“ProjectManage”中右击“Analysis”选项，选择“Addsolutionsetup”，按照下图进行设置。计算频率迭代步数收敛精度（7-2）设置计算条件-设置扫频在工程管理窗口“ProjectManage”中右击“Analysis”的“Setup1”图标，选择“AddSweep”，在出现的对话框中按照下图进行设置。快速扫描起始频率，终止频率，扫描间隔（8）开始计算在工程管理窗口“ProjectManage”中右击“Analysis”的“Sweep1”图标，选择“Analysis”，开始进行计算。（9-1）查看计算结果在工程管理窗口“ProjectManage”中右击“Results”图标，出现对话框“CreateReport”，选择“OK”。出现对话框“Traces”，按照右下图进行设置。（9-2）查看计算结果在工程管理窗口“ProjectManage”中双击图标“XYPlot1”，即可查看S11和S21的响应如下图。采用类似的方法我们可以查看低通在5-12GHz频段的响应右下图所示。结束