带通滤波器的仿真.docx

1、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-

2、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ToolsOptionsHFSSOptions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HFSSSolutionType。（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

3、中点击3DModelerUnits。（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DrawBox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，Y：-35，Z：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：按回车键结束坐标输入。（d）在特性（Property）窗口中

4、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，添加介电常数为的介质，将其命名为sub。 （2）建立Ring-1。（a）在菜单栏中点击DrawRectangle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：，Y：，Z：按回车键结束输入。（c）输入矩形边长，即dX：10，dY：-25，dZ：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DrawRectangle。（f

5、）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即X：，Y：，Z：按回车键结束输入。（g）输入矩形边长，即dX：，dY：，dZ：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：，Y：-25，Z：dX：，dY：，dZ：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EditSelectByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Ring1、Inner和Cut1。 （k）在菜单栏中点击3DModelerBoolean

6、Subtract，在Subtract窗口中分别做如下设置：BlankParts:Ring-1ToolParts:Inner，Cut-1Clonetoolobjectsbeforesubtract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EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Ring-1。（b）在菜单栏中点击EditArrangeMove，在坐标输入栏中输入移动的向量，即X：，Y：，Z：dX：，dY：，dZ：按回车键结束输入。（4）创建Ring2

7、。 （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EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Ring-1。（b）在菜单栏中点击EditDuplicateMirror，输入向量，即X：，Y：，Z：dX：，dY：，dZ：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DrawRectangle。（b）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即X：，Y：，Z：按回车键结束输

8、入。（c）输入矩形边长，即dX：-10，dY：+25，dZ：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DrawRectangle。（f）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即X：，Y：，Z：按回车键结束输入。（g）输入矩形边长，即dX：，dY：，dZ：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:,Y:,Z:dX:,dY:,dZ: （j）在菜单栏中点击EditSel

9、ectByName，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3DModelerBooleanSubtract，在Subtract窗口中做如下设置：BlankParts:Ring-3ToolParts:Inner-2，Cut-2Clonetoolobjectsbeforesubtract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有的缝隙。（a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Rin

10、g-3。（b）在菜单栏中点击EditArrangeMove，在坐标输入栏中输入移动的向量，即X：，Y：，Z：dX：，dY：25，dZ：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Ring3 （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DrawRectangle。（b）在右下角的坐标输入栏中输入如下点的坐标：X：，Y：，Z：dX：，dY：25，dZ：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Dra

11、wRectangle。（e）在右下角的坐标输入栏中输入如下点的坐标：X：，Y：，Z：dX：1，dY：，dZ：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EditSelectByName，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3DModelerBooleanUnite，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Feedlin

12、e-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EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Feedline-1。（b）在菜单栏中点击EditDuplicateMirror，输入向量，即X：，Y：，Z：dX：，dY：，dZ：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、Feedlin

13、e-1和Feedline-2组合成一个模型。（a）在菜单栏中点击EditSelectByName，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3DModelerBooleanUnite。（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3DModelerGridPlaneXZ。（b）在菜单栏中点击DrawRectangle，在坐标输入栏中输入如下坐标

14、：X：，Y：-35，Z：dX：，dY：，dZ：按回车键结束输入。 （c）将其命名为port-1。（d）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择port-1。（e）在菜单栏中点击HFSSExcitationsAssignLumpedPort，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：，Y：-35，Z：dX：，dY：，dZ：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

15、中点击EditSelectByName，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EditDuplicateMirror，输入向量，即X：，Y：，Z：dX：，dY：，dZ：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DrawBox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

16、：-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EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Trace。（b）在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignPer

17、fectE，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EditSelectFaces，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HFSSBoundariesAssignPerfectE，在弹出的对话框中将其命名为PerfGround，点击OK按钮。 （2）设置辐射边界条件。（a）在菜单栏中点击EditSelectObjects，然后点击ByName，选择Air。（b）在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignRad

18、iation，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频范围 （1）设置求解频率。（a）在菜单栏中点击HFSSAnalysis SetupAddSolution Setup。（b）在求解设置窗口中做如下设置：Solution Frequency:910MHzMaximum Number of Passes:15Maximum Delta S per Pass: （c）点击OK按钮。 （2）设置扫频。（a）在菜单栏中点击HFSSAnalysis SetupAdd Sweep。（b）选择Setup1，点击OK。（c）在扫频设置窗口中做如下设置：Sweep Type:FastFr

19、equency SetupType:Linear CountStart:700MHzStop:1100MHzCount: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FileSave 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HFSSResultCreate Report。（2）在创建报告窗口中做如下设置：Report Type:Modal S ParametersDisplay Type:Rectangle点击OK按钮。 （3）在Trace窗口

20、中做如下设置：Solution:Setup1:Sweep1Domain: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。成绩教师签名 批改时间年 月 日