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

    接下來(lái)我們以一個(gè)的 combline 同軸腔體濾波器為例進(jìn)一步說(shuō)明協(xié)同設(shè)計(jì)的用法。這種類(lèi)型的濾波器經(jīng)常用作大功率的無(wú)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(jì)一個(gè)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(gè)濾波器的頻響特性描述出來(lái)。以接下來(lái)要設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)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(gè)金屬棒和金屬扣都形成了一個(gè)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(pán)）能夠提供必要的能量耦合。

    對(duì)于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(guò)對(duì)下列尺寸的調(diào)整來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)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(duì)稱性，也就是說(shuō)我們只要通過(guò)調(diào) 整5個(gè)變量的尺寸就可以完成對(duì)這個(gè)由5 個(gè)金屬棒諧振器構(gòu)成的濾波器的設(shè)計(jì)了。

    對(duì)于該類(lèi)濾波器的設(shè)計(jì)原理，請(qǐng)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(jì)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(lái)完成自己的設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)流程相似，我們也需要對(duì)每個(gè)基本單元在 HFSS 中進(jìn)行建模和仿真。

圖3（a）、（b）、（c）

    我們先對(duì)圖 3 (b) 進(jìn)行建模，考慮到后面要對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化的需要，最好一開(kāi)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(duì)稱邊界的方式建模，設(shè)計(jì)者可根據(jù)自己的情況選擇是否采用對(duì)稱平面縮小求解空間。

    然后對(duì)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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