1、HFSS13 微带滤波器教程本例设计一个带通滤波器，通过微带线结构实现，工作频率覆盖 5.4GHz-6.2GHz。选用基板材料为 Rogers 4350,其相对介电常数为 3.66，厚度为 h=0.508mm，金属覆铜厚度h1=0.018mm，表 1 模型初始尺寸设计步骤（以 HFSS13.0 为例）一 开始W1=0.8mm L1=7.2mm h=0.508mmh1=0.018mm S1=0.14mm S2=0.6mmL2=7.1mm W2=1.1mm W0=1.1mmL0=5mm a=6mm b=17mm（一）建立工程1.在 HFSS 窗口中，选择菜单 File-New2.从 Project
2、 菜单中，选择 Insert HFSS Design（二）设计求解模式1.选择菜单 HFSS-Solution Type2.在 Solution Type 窗口，选择 Driven Modal,点击 OK二 建立 3D 模型（一）定义单位并输入参数表1.选择菜单 Modeler-Units2.设置模型单位：mm，点击 OK3.选择菜单栏 HFSS-Design Properties 再弹出的窗口中，点ADD 添加参量，将上面模型的参数表中的变量全部添加进去，如下图：（二）创建金属板 R11.在菜单栏中点击 Draw-Box,创建 Box12.双击模型窗口左侧的 Box1，改名为 R1，再点击
3、Material后面按钮，选择 Edit，选择 Copper，点击确定。3.双击左侧 R1 的子目录 Createbox，修改金属板大小及厚度。Position 输入坐标（0mm,0mm,0mm） ，金属板长L1=7.2mm，宽 W1=0.8mm，厚 h1=0.018mm。点击确定。（三）创建金属板 R1_11.在菜单栏中点击 Draw-Box,创建 Box22.双击模型窗口左侧的 Box2，改名为 R1_1，再点击Material 后面按钮，选择 Edit，选择 Copper，点击确定。3.双击左侧 R1_1 的子目录 Createbox，修改金属板大小及厚度。Position 输入坐标（W
4、1+S1,0mm,0mm） ，S1=0.14mm，金属板长 L1=7.2mm，宽 W1=0.8mm，厚 h1=0.018mm。点击确定。（四）创建金属板 R21.在菜单栏中点击 Draw-Box,创建 Box32.双击模型窗口左侧的 Box3，改名为 R2，再点击 Material后面按钮，选择 Edit，选择 Copper，点击确定。3.双击左侧 R2 的子目录 Createbox，修改金属板大小及厚度。Position 输入坐标（W1+S1,L1,0mm） ，金属板长L2=7.1mm，宽 W2=1.1mm，厚 h1=0.018mm。点击确定。（五）创建金属板 R31.在菜单栏中点击 Dra
5、w-Box,创建 Box42.双击模型窗口左侧的 Box4，改名为 R3，再点击 Material后面按钮，选择 Edit，选择 Copper，点击确定。3.双击左侧 R3 的子目录 Createbox，修改金属板大小及厚度。Position 输入坐标（W1+W2+S1+S2 ,L1 ,0mm） ，S2=0.6mm，金属板长 2*L2=14.2mm，宽 W2=1.1mm，厚h1=0.018mm。点击确定。（六）创建金属板 R41.在菜单栏中点击 Draw-Box,创建 Box52.双击模型窗口左侧的 Box5，改名为 R4，再点击 Material后面按钮，选择 Edit，选择 Copper，
6、点击确定。3.双击左侧 R4 的子目录 Createbox，修改金属板大小及厚度。Position 输入坐标（W1+2*W2+S1+2*S2,L1+L2,0mm） ，金属板长 L2=7.1mm，宽 W2=1.1mm，厚 h1=0.018mm。点击确定。（七）创建金属板 R51.在菜单栏中点击 Draw-Box,创建 Box62.双击模型窗口左侧的 Box6，改名为 R5，再点击 Material后面按钮，选择 Edit，选择 Copper，点击确定。3.双击左侧 R5 的子目录 Createbox，修改金属板大小及厚度。Position 输入坐标（W1+3*W2+S1+2*S2,L1+2*L2
7、,0mm） ，金属板长 L1=7.2mm，宽 W1=0.8mm，厚 h1=0.018mm。点击确定。（八）创建金属板 R5_21.在菜单栏中点击 Draw-Box,创建 Box72.双击模型窗口左侧的 Box7，改名为 R5_2，再点击Material 后面按钮，选择 Edit，选择 Copper，点击确定。3.双击左侧 R5_2 的子目录 Createbox，修改金属板大小及厚度。Position 输入坐标（W1+3*W2+2*S1+2*S2, L1+2*L2, 0mm） ，金属板长 L1=7.2mm，宽 W1=0.8mm，厚h1=0.018mm。点击确定。（九）创建微带馈线 Feed11.
8、在菜单栏中点击 Draw-Box,创建 Box82.双击模型窗口左侧的 Box8，改名为 Feed1，再点击Material 后面按钮，选择 Edit，选择 Copper，点击确定。3.双击左侧 Feed1 的子目录 Createbox，修改微带馈线大小及厚度。Position 输入坐标（W1,0mm,0mm） ，微带馈线长L0=5.0mm，宽 W0=1.1mm，厚 h1=0.018mm。点击确定。（十）创建微带馈线 Feed21.在菜单栏中点击 Draw-Box,创建 Box92.双击模型窗口左侧的 Box9，改名为 Feed2，再点击Material 后面按钮，选择 Edit，选择 Cop
9、per，点击确定。3.双击左侧 Feed2 的子目录 Createbox，修改微带馈线大小。Position 输入坐标（W1+3*W2+2*S1+2*S2,2*L1+2*L2,0mm） ，微带馈线长L0=5.0mm，宽 W0=1.1mm，厚 h1=0.018mm。点击确定。（十一）创建介质板 Sub1.在菜单栏中点击 Draw-Box,创建 Box102.双击模型窗口左侧的 Box10，改名为 Sub，再点击Material 后面按钮，选择 Edit，选择 Rogers 4350，点击确定。3.双击左侧 Sub 的子目录 Createbox，修改基板大小。Position 输入坐标（-a ,-
10、L0 ,-h） ，a=6mm ，基板厚度h=0.508mm,基板长为 2*L1+2*L2+2*L0，宽为 b=17mm。点击确定。（十二）设置金属地面1.选中介质板 Sub，在菜单栏中点击 Edit-Select-Faces，然后点击选中介质板的下底面。2.在菜单栏中点击 HFSS-Boundaries-Assign-Perfect E,点击 OK。（十三）创建空气盒 Air1.在菜单栏中点击 Draw-Box，在模型窗口任意创建Box11。2.双击模型窗口左侧的 Box11,改名为 Air,点击确定。3.双击模型窗口左侧 Air 的子目录 Createbox,修改空气盒大小。空气盒边界距离滤
11、波器应该有四分之一波长，在此我们以频率 5GHz 计算，5GHz 空气中的波长为 60mm，则空气盒边界距离滤波器距离为 15mm，由于滤波器下面辐射较少，下面距离空气盒边界的距离可以小一些。设置空气盒位置及大小参数，如下图所示：Position 输入坐标（-a-10mm ,-L0-10mm ,-h-3mmm） ，空气盒长为2*L1+2*L2+2*L0+10mm*2，宽为 b+10mm*2，高为h+3mm+15mm。4.选中 Air 空气盒，设置为辐射边界条件。（十四）设置激励端口 Port11.在菜单栏中点击 Modeler-Grid Plane-XZ，再点击菜单栏中 Draw-Rectan
12、gle，在模型窗口任意创建 Rectangle1。2.双击模型窗口左侧的 Rectangle1,改名为 Port1，点击确定。3.双击模型窗口左侧 Port1 的子目录 Createrectangle，修改馈电口大小。Position 输入坐标（W1-W0 ,-L0 ,-h） ，馈电口高为 h=0.508mm，宽为 W0=1.1mm。点击确定。4. 选中 Port1,在菜单栏点击 HFSS-Excitation-Assign-Lumped Port，点击下一步，画积分线，积分线由地面金属层直线微带线中心，垂直于金属层，再点击下一步，选择Renormalize 选项，完成。（十五）设置激励端口
13、Port21.在菜单栏中点击 Moderler-Grid Plane-XZ，再点击菜单栏中 Draw-Rectangle，在模型窗口任意创建 Rectangle2。2.双击模型窗口左侧的 Rectangle2,改名为 Port2，点击确定。3.双击模型窗口左侧 Port2 的子目录 Createrectangle，修改馈电口大小。Position 输入坐标（W1+3*W2+2*S1+2*S2 ,2*L1+2*L2+L0 ,-h） ，馈电口高为 h，宽为 W0。点击确定。4. 选中 Port2,在菜单栏点击 HFSS-Excitation-Assign-Lumped Port，和 port1 的
14、设置相同，点击下一步，画积分线，再点击下一步，选择 Renormalize 选项，完成（十七）保存最终的模型如下图：三 求解，仿真（一）设置求解频率点击菜单中 HFSS-Analysis setup-Add solution setup，求解频率设为 5.5GHz，点击确定。（二）设置扫频点击菜单 HFSS-Analysis setup-Add frequency sweep，选择 sweep type 为 fast，扫频从 2GHz 到 10GHz，点击 OK。(三) 检验参数菜单 HFSS-validation check(四) 求解1、HFSS-Analyze All2、观察仿真是否收敛
15、：HFSS-Results-Solution Data，当曲线下降到水平暗红色线以下，表示结果已经收敛，仿真结果达到业界公认的一个精确度。3、由于 HFSS 对内存要求很高，对于内存小于 8G 的电脑很容易出现以下问题。此时可以（1）减小模型尺寸（比如空气盒的尺寸） ，以减小问题求解规模（2）减少 HFSS 网格划分迭代的次数。双击点击 setup1，将 maximum number of 设置为 10，或者更小值 6，以牺牲精确度的方法来进行仿真，适用于前期对仿真结果精确度要求不高的情况下。(五) 看结果1.选择 HFSS-Results-Create Modal Solution-Rect
16、angular plot。2.选择 Category 目录下的 S Parameter，按下 Ctrl 键同时选择 Quantity 目录下的 S(1,1)和 S(2,1)，再点击 New Repot 按钮。仿真结果 S 参数中知道，目前滤波器带宽不够宽，且频率偏高。(五) 扫参优化1.在菜单栏中点击 HFSS-Optimetrics Analysis-Add parametric，点击 Add，选择变量 S2，从 0.5mm 扫参到0.7mm，步进为 0.1mm，点击 Add，OK，确定。2.HFSS-Analyze all3. HFSS-Results-Create Modal Solut
17、ion-Rectangular plot，选择 S(1,1)和 S(2,1) 4.不断的反复的进行扫参 S1、S2 、L0、L1、L2 等参数，找出最优的结果。下图是一个比较好的结果【本例仅为示例，不再进一步优化】 。优化后的最终定型尺寸如下图所示：说明：本例仅做示例，优化的最终结果并不一定是最优结果。CAD 制图（a） 在菜单栏中点击 ModelerExport，保存为 dxf 文件，注意导出路径不能有中文。（b） 用 AutoCAD 打开 dxf 文件，完成制图。 （HFSS 导出时，只能导出 XOY 面视图，多层结构需多次导出） 。（c） 绘图图案填充添加：拾取对象，点击贴片边框 Enter确定。
