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HFSS和Designer协同仿真设计实例-Iris波导滤波器设计

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Iris 滤波器经常被用作窄带滤波器的设计。一个带宽很窄的滤波器要求的求解精度是很高的,因为每次自适应求解后滤波器的工作频带都会微微地向高频处漂移,加之S12 曲线的斜率十分陡峭,因此通常需要较多的求解次数才能收敛。然而,当将 Iris 波导滤波器拆分成单元后,每个单元的频响都不会呈现出带通的特性,就不存在收敛难的问题了。在这种设计上应用场路结合的解决方案十分划算。

详细的设计步骤可总结如下:

1) 在 HFSS 中进行的基本单元建模和仿真

如下图 2 (a)所示为一个典型的 Iris 波导滤波器。根据这样的外形,我们可以轻易地将它分解为图2(b) 和(c) 两种基本单元。基本单元(b)表示的是滤波器的IRIS 部件; 对于电特性来说,(b) 应该只包含IRIS 隔膜部分,但是由于高次模的问题在建模的时候不能这样处理,我们必须包含两段连续的波导。通过 HFSS 中waveport 的deembed 功能可将S 参数的参考平面推到 IRIS 隔膜的根部。

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图2(a)

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图2(b): De-embed            图2(c) 

波导采用 WR-90 标准波导,波导截面的长和宽分别为a 和b,侧边的倒角采用 HFSS 中的Fillet 功能:选中需要倒角的边(一次可同时选中多条边),3D Modeler > Fillet。IRIS 具体尺寸如下:

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接下来,我们将对这两种基本单元建模并求解。首先,波导结构的求解可使用Driven Model求解类型;

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如图 2(b)所示,波导插入膜片处采用的倒园角的工艺。在这些倒角处可配合相应的手动网格剖分。选定波导结构,右键选择Assign Mesh Operation中的Surface Approximation,指定Normal deviation5 度(90 度的角共切18个面)。

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波导器件的求解设置可参照以下步骤:

i. 插入一个新的求解设置,以这个波导滤波器为例,如果需扫频频带为 8~12GHz 的话,选择12GHz 为求解频率;

ii. 为了避免与后面在 Ansoft Designer 中的仿真产生累积误差,在 HFSS 中 需设置较高的求解精度:Maximum Number Of Passes(最大迭代次数)= 20;Maximum Delta S(S 参数矢量差的最坏值)= 0.01;Maximum Refinement Per Pass (每次迭代最多增加的网格量占上一次网格量的百分数)= 30 ;Minimum Number Of Passes(最小迭代次数)= 3 ;Port Field Accuracy (端口求解精度)= 0.1% 。

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扫频设置:

i. 考虑到后面要使用与Ansoft Designer 的协同仿真,每个求解设置下必须只包含一个扫频设置(在HFSS 单独使用时,扫频设置的数目不受限制),并且扫频设置使用默认名称Sweep1

ii. 对于波导结构来说推荐使用快速扫频;只有当仿真的频段达到波导的截止频率时,才推荐使用插值扫频; 取消Save Fields前面的勾选可减少硬盘空间的需求;

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