HFSS仿真工程实例 (微波器件)ppt课件.ppt

第5章工程实例,5.1 微波无源元件 5.2 微波天线设计 5.3 信号完整性设计 5.4 电磁兼容问题研究,5.1微波无源元件,5.1.1滤波器的基本响应滤波器响应的一般形式可以写为,（5-1-1）,其中，为波纹常数，Fn为一个滤波器网络的响应函数，为归一化频率。由上式可知，滤波器网络的插入损耗可写为,（5-1-2）,对于一个无源、无耗的二端口网络，有|S11|2+|S21|2=1，则滤波器网络的回波损耗为,（5-1-3）,滤波器的相位响应为,（5-1-4）,由此可得该网络的群延时响应为,（5-1-5）,1.Butterworth响应1930年，Butterworth提出了一类响应函数：,（5-1-6）,将该式代入(5-1-2)式，可得Butterworth函数的响应曲线如图5-1-1所示。由于在=0处的函数值、一阶导数、二阶导数直至2n-1阶导数均为零，因此Butterworth响应也称为最平坦响应。该响应在复平面上的复极点为,（5-1-7）,图5-1-1Butterworth响应曲线,图5-1-2Butterworth响应的极点分布,Butterworth响应中参数n的选择非常重要。n表示所要综合的集总元件的数目，可以由带外最小衰减LAs(=s)决定:,（5-1-8）,其中，INT表示取内的整数部分。,2.Chebyshev响应Chebyshev逼近函数是微波工程中最常用的一类函数。其响应函数为,（5-1-9）,其中，Tn()是n阶第一类Chebyshev多项式：,（5-1-10）,Chebyshev响应曲线如图5-1-3所示。可以证明，Chebyshev多项式具有最优特性，即对任何n阶多项式，Chebyshev多项式的斜率最陡。其物理意义是：Chebyshev增益函数带外下降最快。元件的最大数目n为,（5-1-11）,其中，=10LAr/10-1表示带内波纹系数。该响应在复平面上的复极点为,（5-1-12）,（5-1-13）,图5-1-3Chebyshev响应曲线,极点在复平面内的分布如图5-1-4所示。,图5-1-4Chebyshev响应的极点分布,3.EllipticFunction响应EllipticFunction(椭圆函数)响应在通带和阻带都具有等波纹特性，其响应函数为,（5-1-14）,其中，n为奇数时，,（5-1-15）,n为偶数时，,（5-1-16）,图5-1-5椭圆函数响应曲线,椭圆函数滤波器的设计步骤如下：(1)由给定的带内损耗波纹指标给出波纹系数：,（5-1-17）,(2)由通带带宽给出模数k的值：,（5-1-18）,(3)由k的余模数k1的值修正带外衰减LAs的值（一般要比原来给出的高），由带外衰减给出模式k1的值：,（5-1-19）,其中，LAs是阻带的衰减要求。,(4)计算滤波器的节数n：,（5-1-20）,其中，K是以k为模数的第一类完全椭圆积分;K是以k的余模数为模数的第一类完全椭圆积分;K1是以k1为模数的第一类完全椭圆积分;K1是以k1的余模数为模数的第一类完全椭圆积分。滤波器的节数选用大于n的整数，为n+1。,(5)低通原型中归一化频率零点的值：,n为奇数,（5-1-21）,对应极点的值为,（5-1-22）,偶数阶椭圆函数由于其自身的特点，无法接对称负载，因此在接对称负载时，一般都把滤波器阶数加上1而变成奇数阶。n为偶数阶的Jacobi椭圆函数的应用不是很普遍。,5.1.2交叉耦合滤波器设计具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上，非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源与负载也向多腔耦合，以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如图5-1-6所示。在等效电路模型中，e1表示激励电压源，R1、R2分别为电源内阻和负载电阻，ik（k=1,2,3,N）表示各谐振腔的回路电流，Mij表示第i个谐振腔与第k个谐振腔之间的互耦合系数(i,j=1,2,N，且ij)。在这里取0=1，即各谐振回路的电感L和电容C均取单位值。Mkk（k=1,2,3,N）表示各谐振腔的自耦合系数。,图5-1-6N腔交叉耦合滤波器等效电路图,这个电路的回路方程可以写为,或者写成矩阵方程的形式：,（5-1-24）,其中，,（5-1-25）,一般来讲，频率都归一成1，即0=1,则,（5-1-26）,在式（5-1-24）中，E为电压矩阵，I为电流矩阵，Z为阻抗矩阵，,（5-1-27）,U0是NN阶单位矩阵。M是耦合矩阵，它是一个NN阶方阵，形式如下：,（5-1-28）,其中对角线上的元素代表每一个谐振腔回路的自耦合，表示每一个谐振腔的谐振频率fi与中心频率f0之间的偏差。（在同步调谐滤波器中，认为它们的值都取零）。R矩阵是NN阶方阵，除R(1,1)=R1，R (N,N)=R2为非零量以外，其它元素值都等于零。那么，这个电路的传输函数可以写为,（5-1-29）,其中，D(cofZ1N)表示Z矩阵第一行、第N列元素的代数余子式，D(Z)表示Z矩阵的行列式。相应地,通带增益频响特性为,（5-1-30）,1.三阶椭圆函数修正得到的准椭圆函数三阶标准椭圆函数滤波器的低通增益函数为,（5-1-31）,其中，,（5-1-32）,分子分母相差仅为二阶，所以做修正为,（5-1-33）,其中，,（5-1-34）,在上面所述的准椭圆函数的构造方法中，必须对等波纹系数进行适当的修正，以得到修正后的等波纹系数1。修正波纹系数的方法有下面两种。(1)取Fn导数为零的点，得到(-1,1)内各点的最大值，则,（5-1-35）,(2)令标准椭圆函数与修正后的准椭圆函数在边带上的衰减相等，从而求得修正后的波纹系数：,其中，0是标准椭圆函数中的等波纹系数，是修正后的准椭圆函数的等波纹系数。,（5-1-36）,2.四阶椭圆函数修正得到的准椭圆函数偶数阶椭圆函数低通原型无法实现，在工程中并不常用，但可以将其修正为准椭圆函数。四阶标准椭圆函数滤波器的低通增益函数为,（5-1-37）,其中，,（5-1-38）,分子分母为同阶多项式，所以做修正为,（5-1-39）,其中，,（5-1-40）,此时，带内最大值、最小值仍分别为1和-1，等波纹系数无需修正。将两种构造准椭圆函数的方法进行比较可以发现，增加因子的方法构造的准椭圆函数带外特性比较好，而减少有限零点的准椭圆函数带内特性较好。,3.工程实例设计目标如下：中心频率：910MHz带宽：40MHz带内反射：20dB采用三腔微带环形谐振器，其耦合矩阵为,（5-1-41）,1）建立新的工程为了方便创建模型，在ToolsOptionsHFSSOptions中将Duplicateboundarieswithgeometry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：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：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DrawRectangle。（f）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。（g）输入矩形边长，即dX：2.1362，dY：0.0，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：0.0dX：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3DModelerBooleanSubtract，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Ring1,（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：0.0，Y：0.0，Z：0.0dX：0.0，dY：-0.9，dZ：0.0按回车键结束输入。（4）创建Ring2。,（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：0.0，Y：0.0，Z：0.0dX：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Ring2,（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：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DrawRectangle。（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。,（j）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Ring-3、JPInner-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0.5mm的缝隙。（a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Ring-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：0.0，Y：0.0，Z：0.0dX：-0.5，dY：0.0，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：10.4，Y：-25.9，Z：0.0dX：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DrawRectangle。（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：0.0dX：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：0.0，Y：0.0，Z：0.0dX：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：X：10.4，Y：-35，Z：0.0dX：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：10.9，Y：-35，Z：-1.27dX：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：0.0，Y：0.0，Z：0.0dX：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：-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HFSSBoundariesAssignPerfectE，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HFSSBoundariesAssignRadiation，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HFSSAnalysisSetupAddSolutionSetup。（b）在求解设置窗口中做如下设置：SolutionFrequency:910MHzMaximumNumberofPasses:15MaximumDeltaSperPass:0.02 （c）点击OK按钮。,（2）设置扫频。（a）在菜单栏中点击HFSSAnalysisSetupAddSweep。（b）选择Setup1，点击OK。（c）在扫频设置窗口中做如下设置：SweepType:FastFrequencySetupType:LinearCountStart:700MHzStop:1100MHzCount:501 （d）将SaveField复选框选中，点击OK按钮。,9）保存工程在菜单栏中点击FileSaveAs，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HFSSResultCreateReport。（2）在创建报告窗口中做如下设置：ReportType:ModalSParametersDisplayType:Rectangle点击OK按钮。,（3）在Trace窗口中做如下设置：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AddTrace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。,图5-1-15滤波器的S参数曲线,5.1.3源-负载耦合的交叉耦合滤波器的设计1.耦合矩阵计算交叉耦合滤波器在非相邻谐振腔之间引入了交叉耦合，以得到有限频率传输零点，从而提高了滤波器的选择特性。一般来讲，一个N腔交叉耦合滤波器最多能实现N-2个传输零点。对于给定的一种含有N个谐振器的滤波器，如果在源与负载之间也引入耦合，则可实现N个传输零点。源-负载耦合的交叉耦合滤波器等效电路模型如图5-1-16所示。,图5-1-16源-负载耦合的交叉耦合滤波器等效电路模型,在图5-1-16中，Mij(i=1,N;j=1,L)表示各个谐振腔之间的耦合系数，MSi、MiL分别表示源、负载与第i个腔之间的耦合系数。MSL则表示源与负载之间的耦合系数。整个电路由N个谐振腔构成，各个谐振腔之间是电感耦合。对于窄带滤波器，不失一般性，做如下归一化：,（5-1-42）,这里0为中心频率，为相对带宽。电路回路方程为,（5-1-43）,上式可写成矩阵方程的形式：,（5-1-44）,其中，U0是将(N+2)(N+2)阶单位矩阵中第一个元素和最后一个元素取为0，其它元素都保持不变所得的矩阵。M是耦合矩阵，它是一个(N+2)(N+2) 阶方阵，形式如下：,（5-1-45）,R矩阵是(N+2)(N+2)阶方阵，除R (1,1)=R1，R (N+2,N+2)=R2非零以外，其它元素值都等于零。从式（5-1-43）可得到这个网络的传输函数：,（5-1-47）,这里假设源和负载阻抗相等并设为1，则当N为偶数时，,（5-1-48）,（5-1-49）,当N为奇数时，,（5-1-50）,（5-1-51）,其中，,（5-1-52）,（5-1-53）,其中：ei、fi分别是F(s)、E(s)的复系数，i=0,1,2,N；F(s)、E(s)分别是反射函数的分子、分母多项式。,而对于一个含源-负载交叉耦合的滤波器，其第k个谐振腔单元电路（如图5-1-17所示）的传输矩阵A（这里忽略了每一个谐振腔之间的耦合）为,（5-1-54）,图5-1-17第k个谐振腔与源、负载之间的耦合,图5-1-18N腔源-负载耦合交叉耦合滤波器拓扑结构,根据传输矩阵A与导纳矩阵Y之间的转换关系，求得与式（51-54）对应的Y矩阵：,（5-1-55）,整个网络的短路导纳矩阵为各子网络的导纳矩阵之和，,（5-1-56）,观察（5-1-47）式与（5-1-56）式，得到MSL=K0，Ck=1，Bk=-k，M2Lk=r22k，MSkMLk=r21k。这样，就可以确定出耦合矩阵,再根据实际结构耦合的可实现性，对耦合矩阵进行相似变换，从而确定可以实现的耦合矩阵。,2.设计实例设计目标如下：中心频率：3.3GHz相对带宽：0.02带内回波损耗：20dB阻带最小衰减：25dB采用两腔耦合谐振器，并引入源与负载之间的耦合，其耦合矩阵为,（5-1-57）,1）建立新的工程为了方便创建模型，在ToolsOptionsHFSSOptions中将Duplicateboundarieswithgeometry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5-1-19所示，在弹出的SolutionType窗口中：（a）选择DrivenModal。（b）点击OK按钮。,图5-1-19设置求解类型,3)设置模型单位（1）在菜单栏中点击3DModelerUnits。（2）在图5-1-20中设置模型单位：在此选择mm。,图5-1-20设置单位,4)建立滤波器模型（1）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，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：-5.5，Y：-8，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：11，dY：16，dZ：-0.5按回车键结束输入。（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后面的按钮，将材料设置为Al2-03-ceramic。（f）点击Color后面的Edit按钮，将颜色设置为绿色，点击OK按钮结束设置。创建的介质基片模型如图5-1-21所示。,图5-1-21建立的介质基片模型,（2）建立Ring-1。（a）在菜单栏中点击DrawRegularPolygon，建立多边形模型。（b）在右下角的坐标输入栏中输入中心点位置坐标，即X：0.0，Y：0.0，Z：0.0按回车键结束输入。（c）输入半径向量，即dX：3.8683，dY：0.0，dZ：0.0按回车键结束输入。（d）在弹出的Segmentnumber窗口中将多边形边数改为6。,（f）在菜单栏中点击DrawRegularPolygon。（g）在右下角的坐标输入栏中输入中心点位置坐标，即X：0.0，Y：0.0，Z：0.0按回车键结束输入。（h）输入半径向量，即dX：2.1362，dY：0.0，dZ：0.0按回车键结束输入。,（i）在弹出的Segmentnumber窗口中将多边形边数改为6。（j）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该正六边形的名字修改为Inner。（k）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Ring-1和Inner。,（l）用模型Ring-1将Inner减去，使之成为一个正六边形环。在菜单栏中点击3DModelerBooleanSubtract，在Subtract窗口中做如下设置：BlankParts:Ring-1ToolParts:InnerClonetoolobjectsbeforesubtract复选框不选。点击OK按钮确认设置。相减之后的模型如图5-1-22所示。,图5-1-22建立Ring1,（3）移动Ring-1。将Ring-1沿Y轴负方向移动，如图5-1-23所示。,图5-1-23移动Ring-1,（a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口选择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：0.0，Y：0.0，Z：0.0dX：0.0，dY：-3.8683mm*sin(pi/3)-0.14555mm，dZ：0.0按回车键结束输入。,（c）建立一个小的矩形，供Ring-1相减，使Ring-1成为一个开口环。在菜单栏中点击DrawRectangle，在坐标输入栏中输入：X：-0.346，Y：-8，Z：0.0dX：0.692，dY：4.0，dZ：0按回车键结束输入。,（d）将其命名为Cut-1，同时选中Ring-1和Cut-1，在菜单栏中点击3DModelerBooleanSubtract，在Subtract窗口中做如下设置：BlankParts:Ring-1ToolParts:Cut-1Clonetoolobjectsbeforesubtract复选框不选点击OK按钮确认设置。,（4）创建Ring-2。（a）创建Ring-2模型，由于其与Ring-1以X轴对称，因此可以通过镜像复制操作创建。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：0.0，Y：0.0，Z：0.0dX：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多边形，在特性窗口中将其重新命名为Ring-2，如图5-1-24所示。,图5-1-24创建Ring-2,（5）创建Feedline-1。（a）这里我们用折线来创建一个多边形。在创建折线时，一旦折线闭合，则其会自动封闭成为一个面模型。在菜单栏中点击DrawLine。,（b）在右下角的坐标输入栏中输入如下点的坐标：X：1.5302，Y：-8.0，Z：0.0X：1.5302，Y：-7.437，Z：0.0X：2.2778，Y：-7.437，Z：0.0X：4.5556，Y：-3.4917，Z：0.0X：2.5665，Y：-0.04639，Z：0.0X：1.9892，Y：-0.04639，Z：0.0 X：3.9783，Y：-3.4917，Z：0.0X：1.9891，Y：-6.937，Z：0.0X：0.5302，Y：-6.937，Z：0.0X：0.5302，Y：-8.0，Z：0.0X：1.5302，Y：-8.0，Z：0.0 按回车键结束输入。,（c）在Property（特征）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为Feedline-1。创建后的模型如图5-1-25所示。,图5-1-25建立Feedline1,（6）创建Feedline-2。（a）同样地，我们将Feedline-1以X轴作镜像复制创建Feedline-2。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：0.0，Y：0.0，Z：0.0dX：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，如图5-1-26所示。,图5-1-26建立Feedline-2,（7）组合Ring-1、Ring-2、Feedline-1和Feedline-2。（a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Ring-1、Ring-2、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（1）为滤波器创建激励端口矩形，端口矩形位于馈线的起始端和地板之间。首先创建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以下坐标：X：0.5302，Y：-8.0，Z：0.0dX：1.0，dY：0.0，dZ：-0.5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，点击Next。（f）在Modes标签中的IntegrationLine中点击None，选择NewLine，在坐标栏中输入以下点的坐标：X：1.0302，Y：-8.0，Z：-0.5dX：0.0，dY：0.0，dZ：0.5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EditSelectByName，在弹出的窗口中选择port-1。（b）在菜单栏中点击EditDuplicateMirror，输入向量，即X：0.0，Y：0.0，Z：0.0dX：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port-2。,6）创建Air创建辐射边界的长方体Air，用以截断计算区域。（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：-15，Y：-15，Z：-1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：30，dY：30，dZ：12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（1）设置理想金属边界条件。将滤波器的导带部分和介质基片的底部设置为理想金属边界条件。（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HFSSBoundariesAssignPerfectE，在弹出的对话框中将其命名为Perf-Trace，点击OK结束。（c）在菜单栏中点击EditSelectFaces，设置为选择表面。然后点击ByName，选择Substrate，选择其下底面。（d）在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignPerfectE，在弹出的对话框中将其命名为Perf-Ground，点击OK结束设置。,（2）设置辐射边界条件。将Air的各个外表面设置为辐射边界。（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HFSSBoundariesAssignRadiation，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为该问题设置求解频率与扫频范围，求解的中心频率为3.3GHz，扫频范围为2.64.5GHz。（1）设置求解频率。（a）在菜单栏中点击HFSSAnalysisSetupAddSolutionSetup。（b）在求解设置窗口中做如下设置：SolutionFrequency:3.3GHzMaximumNumberofPasses:15MaximumDeltaSperPass:0.02（c）点击OK按钮确认设置。,（2）设置扫频。（a）在菜单栏中点击HFSSAnalysisSetupAddSweep。（b）选择Setup1，点击OK按钮确认设置。（c）在扫频设置窗口中做如下设置：SweepType:FastFrequencySetupType:LinearCountStart:2.6GHzStop:4.5GHzCount:501（d）将SaveField复选框选中，点击OK按钮确认设置。,9）保存工程在菜单栏中点击FileSaveAs，在弹出的窗口中将该工程命名为hfss-2couple，并选择路径保存。,10）后处理操作（1）点击菜单栏HFSSResultCreateReport。（2）在创建报告窗口中做如下设置：ReportType:ModalSParametersDisplayType:Rectangle点击OK按钮。,（3）在Trace窗口中做如下设置：Solution:Setup1:Sweep1Domain:Sweep点击Y标签，选择S参数中的S11和S21，即Category:Sparameter；Quantity:S(p1，p1)、S(p2，p1)；Function:dB，然后点击AddTrace按钮。最后点击Done按钮完成创建。反射系数和传输系数曲线如图5-1-27所示。,图5-1-27滤波器的S参数曲线,5.1.4其他微波无源元件1）建立新的工程为了方便创建模型，在ToolsOptionsHFSSOptions中将Duplicateboundarieswithgeometry复选框选中(同前)。2）设置求解类型将求解类型设置为激励求解，如图5-1-28所示。（1）在菜单栏中点击HFSSSolutionType。（2）在弹出的SolutionType窗口中：（a）选择DrivenModal。（b）点击OK按钮。,图5-1-28设置求解类型,3）设置模型单位将创建模型的单位设置为mm,如图5-1-29所示。（1）在菜单栏中点击3DModelerUnits。（2）设置模型单位：（a）在设置单位窗口中选择mm。（b）点击OK按钮。,图5-1-29设置单位,4)设置模型的默认材料在工具栏中设置模型的默认材料为真空（vacuum）。,5