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HFSS和Designer協(xié)同仿真之Combline濾波器設(shè)計

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    接下來我們以一個的 combline 同軸腔體濾波器為例進(jìn)一步說明協(xié)同設(shè)計的用法。這種類型的濾波器經(jīng)常用作大功率的無線通信以及廣播中。Chebychev 帶通濾波器在通帶內(nèi)有波紋,比起B(yǎng)utterworth 型(通帶內(nèi)最平坦)濾波器具有更強(qiáng)的帶外抑制比。通常,設(shè)計一個Chebychev 型帶通濾波器需要考慮以下指標(biāo):波紋水平(ripple)、中心頻率、階數(shù)、帶寬。這些指標(biāo)就能將整個濾波器的頻響特性描述出來。以接下來要設(shè)計的濾波器為例,中心頻率為400MHz,帶寬為15MHz。

    當(dāng)然不止一種結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到上述設(shè)計指標(biāo),前面介紹的IRIS 波導(dǎo)濾波器就是一種,而在本節(jié)中介紹的濾波器是由多個金屬棒和腔體構(gòu)成的。由圖3(a)所示,金屬棒在底部與腔體連接,在頂部伸進(jìn)金屬扣中,但并不接觸。每個金屬棒和金屬扣都形成了一個諧振器。在輸入和輸出端,同軸線與能量輻射器(即與同軸相連的圓盤)能夠提供必要的能量耦合。

    對于結(jié)構(gòu)的設(shè)計中包含許多尺寸變量,我們選擇其中的某些尺寸賦予固定值,比如金屬棒諧振器半徑、金屬扣尺寸(內(nèi)外半徑和高)、輻射器尺寸、腔體尺寸。然后我們通過對下列尺寸的調(diào)整來達(dá)到設(shè)計指標(biāo):中間3 根金屬棒的高度、外側(cè)2 根金屬棒的高度、金屬棒間的距離以及輻射器距離最外側(cè)金屬棒的距離。根據(jù)結(jié)構(gòu)的對稱性,也就是說我們只要通過調(diào) 整5個變量的尺寸就可以完成對這個由5 個金屬棒諧振器構(gòu)成的濾波器的設(shè)計了。

    對于該類濾波器的設(shè)計原理,請參考 B.Mayer 博士和 Martin Vogel 在 2002 年發(fā)表的論文“Design Chebychev bandpass filters efficiently”。在這里,我們著重介紹的是協(xié)同仿真部分的操作方法。使用者掌握設(shè)計方法之后便可以自行增減腔體的數(shù)目以及調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸來完成自己的設(shè)計任務(wù)了。

   1) 在 HFSS 中進(jìn)行基本單元的建模仿真

    我們可將這個同軸腔體濾波器如下分割為由圖3(b), (c)的基本單元組成的結(jié)構(gòu)。與前述的濾波器設(shè)計流程相似,我們也需要對每個基本單元在 HFSS 中進(jìn)行建模和仿真。

         

圖3(a)、(b)、(c)

    我們先對圖 3 (b) 進(jìn)行建模,考慮到后面要對模型進(jìn)行優(yōu)化的需要,最好一開始就采用參數(shù)化建模,HFSS可以方便的支持全參數(shù)建模。

    首先將一系列的關(guān)鍵尺寸添加為變量。考慮到 H 平面上波導(dǎo)器件可能有U 型拐彎,因此這里不采用對稱邊界的方式建模,設(shè)計者可根據(jù)自己的情況選擇是否采用對稱平面縮小求解空間。

    然后對圖 3 (b)中的結(jié)構(gòu)分部件建模如下,我們將它命名為 Bucket-Resonator-feed.hfss:

 

 

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