带通滤波器的仿真.doc

带通滤波器的仿真
电子科技大学中山学院电子工程系
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
姓名，学号

指导教师
袁海军
报 告 内 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范围内的频率分量、但将其他范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、实验内容和数据记录
　　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
3）设置模型单位
（1）在菜单栏中点击3DModeler>Units。
（2）在弹出的如图5-1-8所示的窗口中设置模型单位，在此可选择：mm。

图5-1-8设置单位
4）建立滤波器模型
（1）首先建立介质基片，建立后的模型如图5-1-9所示。

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3D窗口中创建长方体模型。
　　（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X：-20，Y35，Z：0.0
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Substrate。
　　（e）点击Material对应的按钮，在弹出的材料设置窗口中点击AddMaterial按钮，添加介电常数为10.8的介质，将其命名为sub。
（2）建立Ring-1。
　　（a）在菜单栏中点击Draw>Rectangle以创建矩形模型。
　　（b）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即
　　　X：0.0，Y：0.0，Z：0.0
按回车键结束输入。
　　（c）输入矩形边长，即
　　　dX：10，dY：-25，dZ：0.0
按回车键结束输入。
（d）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该矩形的名字修改为Ring-1。
　　（e）在菜单栏中点击Draw>Rectangle。
　　（f）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即
　　　X：1.4，Y：-1.4，Z：0.0
按回车键结束输入。
　　（g）输入矩形边长，即
　　　　dX：7.2，dY：-22.2，dZ：0.0
按回车键结束输入。
（h在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该矩形的名字修改为Inner。
　　（i）同样地，建立矩形Cut-1，输入的坐标分别为：
　　X：4.0，Y：-25，Z：0.0
　　dX：2.0，dY：1.4，dZ：0.0
按回车键结束输入。
　　（j）用Ring-1将Inner和Cut-1减去，使之成为一个开口的矩形环。在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Ring－1、Inner和Cut－1。
（k）在菜单栏中点击3DModeler>Boolean>Subtract，在Subtract窗口中分别做如下设置：
　　BlankParts:Ring-1
　　ToolParts:Inner，Cut-1
　　Clonetoolobjectsbeforesubtract复选框不选
点击OK按钮结束设置。相减之后的模型如图5-1-10所示。

图5-1-10建立Ring-1
（3）移动Ring-1。
　　（a）将Ring-1沿Y轴作微小的移动。在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中选择Ring-1。
　　（b）在菜单栏中点击Edit>Arrange>Move，在坐标输入栏中输入移动的向量，即
X：0.0，Y：0.0，Z：0.0
dX：0.0，dY：-0.9，dZ：0.0
按回车键结束输入。
　　（4）创建Ring＿2。
（a）Ring-2与Ring-1沿X轴对称，因此可以用对称复制操作创建Ring-2。在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中选择Ring-1。
　　（b）在菜单栏中点击Edit>Duplicate>Mirror，输入向量，即
X：0.0，Y：0.0，Z：0.0
dX：0.0，dY：1.0，dZ：0.0
按回车键结束输入。
　　（c）在操作历史树中双击新建的矩形，在特性窗口中重新将其命名为Ring-2。建立的Ring-2模型如图5-1-11所示。

图5-1-11建立Ring-2
（5创建Ring-3。
　　（a）在菜单栏中点击Draw>Rectangle。
　　（b）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即
　　X：0.0，Y：-12.5，Z：0.0
按回车键结束输入。
　　（c）输入矩形边长，即
　　　　dX：-10，dY：+25，dZ：0.0
按回车键结束输入。
　　（d）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该矩形的名字修改为Ring-3。
（e）在菜单栏中点击Draw>Rectangle。
　　（f）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即　X：-1.4，Y：-11.1，Z：0.0
按回车键结束输入。
　　（g）输入矩形边长，即
　　　　dX：-7.2，dY：22.2，dZ：0.0
按回车键结束输入。
（h）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该矩形的名字修改为Inner-2。
(i)同样地.建立矩形Cut-2,输入的坐标分别为
X:-1.4,Y:-0.7,Z:0.0
dX:1.4,dY:1.4,dZ:0.0
（j）在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Ring-3、Inner-2和Cut-2。
　　（k）用Ring-3将Inner-2和Cut-2减去，使之成为一个开口的矩形环。在菜单栏中点击3DModeler>Boolean>Subtract，在Subtract窗口中做如下设置：
BlankParts:Ring-3
ToolParts:Inner-2，Cut-2
Clonetoolobjectsbeforesubtract复选框不选
点击OK按钮。
（6）移动Ring-3。
　　移动Ring-3，使之与Ring-1和Ring-2有0.5mm的缝隙。
　　（a）在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中选择Ring-3。
　　（b）在菜单栏中点击Edit>Arrange>Move，在坐标输入栏中输入移动的向量，即
X：0.0，Y：0.0，Z：0.0
dX：-0.5，dY：25，dZ：0.0
按回车键结束输入。建立的模型如图5-1-12所示。

图5-1-12　建立Ring＿3
（7）创建Feedline-1。
　　创建滤波器的馈线结构，该馈线由特性阻抗不同的两段微带传输线组成。
　　（a）在菜单栏中点击Draw>Rectangle。
　　（b）在右下角的坐标输入栏中输入如下点的坐标：
X：10.4，Y：-25.9，Z：0.0
dX：0.4，dY：25，dZ：0.0
按回车键结束输入。
　　（c）创建矩形后，在弹出的特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为F-1。
（d）在菜单栏中点击Draw>Rectangle。
　　（e）在右下角的坐标输入栏中输入如下点的坐标：
X：10.4，Y：-25.9，Z：0.0
dX：1，dY：-9.1，dZ：0.0
按回车键结束输入。
　　（f）在弹出的特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为F-2。
　　（g）在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择F-1和F-2。
　　（h）在菜单栏中点击3DModeler>Boolean>Unite，在如图5-1-13所示的历史操作树中，双击新组合的模型F-1，在特性窗口中将其重新命名为Feedline-1。

图5-1-13历史操作树
（8）创建Feedline-2。
　　同样地，Feedline-2与Feedline-1沿X轴对称，因此也可以通过对称复制操作来创建。
　　（a）在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中选择Feedline-1。
　　（b）在菜单栏中点击Edit>Duplicate>Mirror，输入向量，即 
X：0.0，Y：0.0，Z：0.0
dX：0.0，dY：1.0，dZ：0.0
按回车键结束输入。
　　（c）在操作历史树中双击新建的馈线，在特性窗口中将其重新命名为Feedline-2。创建后的模型如图5-1-14所示。

图5-1-14建立Feeline
（9）组合Ring-1、Ring-2、Ring-3、Feedline-1和Feedline-2。
将上述各步骤中创建的Ring-1、Ring-2、Ring-3、Feedline-1和Feedline-2组合成一个模型。
　　（a）在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中选择Ring-1、Ring-2、Ring-3、Feedline-1和Feedline-2。
　　（b）在菜单栏中点击3DModeler>Boolean>Unite。
　　（c）在操作历史树中双击组合模型，在特性窗口中将其重新命名为Trace。
5）创建端口
　　微带滤波器采用集总端口激励，因此需要首先创建供设置端口用的矩形，该矩形连接了馈线与地板。
　　（1）创建port-1。
　　（a）在菜单栏中点击3DModeler>GridPlane>XZ。
　　（b）在菜单栏中点击Draw>Rectangle，在坐标输入栏中输入如下坐标：
　　X：10.4，Y：-35，Z：0.0
　　dX：1.0，dY：0.0，dZ：-1.27
按回车键结束输入。
（c）将其命名为port-1。
　　（d）在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中选择port-1。
　　（e）在菜单栏中点击HFSS>Excitations>Assign>LumpedPort，在LumpedPort窗口的General标签中，将该端口命名为p1，然后点击Next。
　　（f）在Modes标签的IntegrationLine中点击None，选择NewLine，在坐标栏中输入如下坐标：
X：10.9，Y：-35，Z：-1.27
dX：0.0，dY：0.0，dZ：1.27
按回车键结束输入。接着点击Next按钮直到结束。
（2）创建port-2。
　　（a）在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中选择port-1。port-2与port-1也以X轴对称，因此可以利用对称复制操作创建。
　　（b）在菜单栏中点击Edit>Duplicate>Mirror，输入向量，即
X：0.0，Y：0.0，Z：0.0
dX：0.0，dY：1.0，dZ：0.0
按回车键结束输入。
　　（c）在操作历史树中双击新建的端口，在特性窗口中将其重新命名为port-2。由于在建立工程的第一步已经设置了复制边界选项，因此在复制创建port-2之后，端口上设置的激励也一同复制了。
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）在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标，即
　　X：-70，Y：-90，Z：-50
按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键来切换。
　　（3）输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸，即
　　　　dX：140，dY：180，dZ：100
按回车键结束输入。
　　（4）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字修改为Air。
7）设置边界条件
　　边界条件包括理想金属边界条件和辐射边界条件。滤波器的导带部分、介质基片下底面地板要设置为理想金属边界。设置辐射边界是为了截断求解区域。
　　（1）设置理想金属边界条件。
　　（a）在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中选择Trace。
　　（b）在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>PerfectE，在弹出的对话框中将其命名为Perf-Trace，点击OK按钮。
（c）在菜单栏中点击Edit>Select>Faces，这时已经将鼠标所选设置为选择模型的表面了。然后点击ByName，选择Substrate，选择其下底面，选择的时候在3D窗口中进行观察，确保选择到下底面。
　　（d）在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>PerfectE，在弹出的对话框中将其命名为Perf＿Ground，点击OK按钮。
（2）设置辐射边界条件。
　　（a）在菜单栏中点击Edit>Select>Objects，然后点击ByName，选择Air。
　　（b）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与扫频范围
　　（1）设置求解频率。
　　（a）在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>AddSolution Setup。
　　（b）在求解设置窗口中做如下设置：
Solution Frequency:910MHz
Maximum Number of Passes:15
Maximum Delta S per Pass:0.02 　
（c）点击OK按钮。
（2）设置扫频。
（a）在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Sweep。
（b）选择Setup1，点击OK。
（c）在扫频设置窗口中做如下设置：
Sweep Type:Fast
Frequency SetupType:Linear Count
Start:700MHz
Stop:1100MHz
Count:501
（d）将Save Field复选框选中，点击OK按钮。
9）保存工程
　　在菜单栏中点击 As，在弹出的窗口中将该工程命名为hfss-3couple，并选择路径保存。
10）后处理操作
　　在仿真计算结束后，查看滤波器的S参数。
　　（1）点击菜单栏HFSS>Result>Create Report。
　　（2）在创建报告窗口中做如下设置：
　　Report Type:Modal S Parameters
　　Display Type:Rectangle
点击OK按钮。
（3）在Trace窗口中做如下设置：
　　Solution:Setup1:Sweep1
　　Domain:Sweep
　　点击Y标签，选择：Category:Sparameter；Quantity:S(p1，p1)、S(p2，p1)；Function:dB，然后点击Add Trace按钮。
最后点击Done按钮完成设置。反射系数和传输系数曲线如图5-1-15所示。

四、结论与心得
第一次使用HFSS软件难免会出一些错误，但只要细心检查都能都一个一个的解决，比如在这次的实验中在给模型取名的时候不可以用下划线（_）还有起点坐标要看清，否则就会导致错误的结果，在模型的删减中应当注意哪个减哪个，最后在添加场的时候要注意哪个面，还有激励。最后就得到最终的结果，本次实验让我熟悉了HFSS软件的基本操作，还有简单的设计流程，希望下次能更好。

成绩

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年 月 日

16 / 16