带通滤波器的仿真.docx
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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-电感-电容电路(RLCcircuit)。
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Tools>Options>HFSSOptions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HFSS>SolutionType。
(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3DModeler>Units。
(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Draw>Box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Draw>Rectangle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Draw>Rectangle。
(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。
(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Edit>Select>ByName,在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Ring-1、Inner和Cut-1。
(k)在菜单栏中点击3DModeler>Boolean>Subtract,在Subtract窗口中分别做如下设置:
BlankParts:
Ring-1
ToolParts:
Inner,Cut-1
Clonetoolobjectsbeforesubtract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Edit>Select>ByName,在弹出的窗口中选择Ring-1。
(b)在菜单栏中点击Edit>Arrange>Move,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Ring_2。
(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Edit>Select>ByName,在弹出的窗口中选择Ring-1。
(b)在菜单栏中点击Edit>Duplicate>Mirror,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Draw>Rectangle。
(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-3。
(e)在菜单栏中点击Draw>Rectangle。
(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Edit>Select>ByName,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3DModeler>Boolean>Subtract,在Subtract窗口中做如下设置:
BlankParts:
Ring-3
ToolParts:
Inner-2,Cut-2
Clonetoolobjectsbeforesubtract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Edit>Select>ByName,在弹出的窗口中选择Ring-3。
(b)在菜单栏中点击Edit>Arrange>Move,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Ring_3
(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Draw>Rectangle。
(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Draw>Rectangle。
(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Edit>Select>ByName,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3DModeler>Boolean>Unite,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Edit>Select>ByName,在弹出的窗口中选择Feedline-1。
(b)在菜单栏中点击Edit>Duplicate>Mirror,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、Feedline-1和Feedline-2组合成一个模型。
(a)在菜单栏中点击Edit>Select>ByName,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3DModeler>Boolean>Unite。
(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3DModeler>GridPlane>XZ。
(b)在菜单栏中点击Draw>Rectangle,在坐标输入栏中输入如下坐标:
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Edit>Select>ByName,在弹出的窗口中选择port-1。
(e)在菜单栏中点击HFSS>Excitations>Assign>LumpedPort,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)在菜单栏中点击Edit>Select>ByName,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Edit>Duplicate>Mirror,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Draw>Box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Edit>Select>ByName,在弹出的窗口中选择Trace。
(b)在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>PerfectE,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Edit>Select>Faces,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HFSS>Boundaries>Assign>PerfectE,在弹出的对话框中将其命名为Perf_Ground,点击OK按钮。
(2)设置辐射边界条件。
(a)在菜单栏中点击Edit>Select>Objects,然后点击ByName,选择Air。
(b)在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Radiation,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HFSS>AnalysisSetup>AddSolutionSetup。
(b)在求解设置窗口中做如下设置:
SolutionFrequency:
910MHz
MaximumNumberofPasses:
15
MaximumDeltaSperPass:
(c)点击OK按钮。
(2)设置扫频。
(a)在菜单栏中点击HFSS>AnalysisSetup>AddSweep。
(b)选择Setup1,点击OK。
(c)在扫频设置窗口中做如下设置:
SweepType:
Fast
FrequencySetupType:
LinearCount
Start:
700MHz
Stop:
1100MHz
Count:
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File>SaveAs,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HFSS>Result>CreateReport。
(2)在创建报告窗口中做如下设置:
ReportType:
ModalSParameters
DisplayType:
Rectangle
点击OK按钮。
(3)在Trace窗口中做如下设置:
Solution:
Setup1:
Sweep1
Domain:
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。
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
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批改时间
年月日
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- 关 键 词:
- 带通滤波器 仿真