Ansoft2004 年用户通讯
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利用 HFSS 对腔体滤波器的精确设计
黎涛 赵霞
上海航天测控通信研究所 200086 摘要 本文用一个实例介绍了一种设计思路，借助计算机利用 Ansoft 公司的 HFSS 软件对腔体交指 型滤波器进行精确设计，实验表明用这种方法设计的滤波器有通带平坦、插损小、精确度高等特点。 一. 引言
在微波带通滤波器的设计中，我们经常采用腔体交指型结构。它具有插损小、带外抑制度高、结构紧凑、体积小等优 点。 对于腔体交指型带通滤波器的设计，现在比较广泛的的思路是：只考虑相邻两耦合杆之间的耦合关系，忽略相邻杆以 外的边缘电容的影响，因而采用两个沿结构传输的 TEM 正交模来描述，即奇模和偶模。而实际在这种滤波器结构中所有 的谐振杆之间都存在耦合，因此这种方法只是一种简化的近似设计。采用这种方法设计的产品性能差，表现在带内插损和 波纹大，矩形系数不好等，一般无法满足现在通讯的要求，我们还要花大量的精力对滤波器进行调整，以提高其性能。甚 至需要重新加工再生产，这大大增加了产品的研制成本和周期。 因此我们必须对滤波器进行精确的设计，即在
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
设计中将所有谐振杆的耦合都考虑进去，而这不是传统的手工计算 可以完成的，必须借助计算机软件进行辅助设计。 自上世纪 70 年代以来，CAD 工具在微波工程领域得到越来越广泛的应用。经过多年的发展，目前国内外已有多种微 波 CAD 软件，而以 Ansoft 公司的 HFSS 效果最佳。通过该软件我们可以方便的得到各种物理模型，进而对该模型进行电 磁场的仿真。计算结束后我们就可以得到所需的场结构和相关的 S 参数，也就知道了该滤波器的电性能情况。
二. 设计
下面通过一个 S 波段的五级滤波器的设计实例加以说明。 首先我们通过简化的近似计算得到该滤波器的几何数据的初值，由于这类滤波器的粗略设计的方法已经很成熟，因此 这里不进行详细介绍，直接给出（详细情况可参看《现代微波滤波器的结构与设计》 ） 。但这一步也是非常重要的，初值的 好坏直接关系到我们利用软件计算优化的快慢。 我们知道，对交指型滤波器的理论分析由平行耦合线滤波器演化而来。级数的计算仍遵从同样的公式，滤波器的通带 中心频率由谐振杆的长度决定， 而通带的带宽则主要取 决于各谐振杆的耦合， 间距呈对称分布。 谐振杆的长度 因谐振杆的开路终端效应而略小于四分之一波导波长。 右图是所设计滤波器的模型图。
图 1 仿真模型图 简化计算得到的初始数据为： K 0和6 1和5 2和4 3 K 杆的直径 （mm） 7.0 4.4 4.8 4.8 0和5 1和4 2和3 K 杆 K 和 K+1 的中心到 中心间距SK,K+1 (mm) 9.8 15.9 17.5
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- 32 我们利用 HFSS 对以上初始数据进行了仿真，其仿真结果如下图：
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图 2 优化前的仿真结果 从仿真结果上我们可以看到，在通带内的波纹比较大，电压驻波也略高了一些，因此我们必须对滤波器进行微小调整， 这可以利用 HFSS 软件的优化功能来完成。为了节约时间，我们没有对整个滤波器尺寸进行优化，而是有针对性的对两旁 的输入输出杆进行了优化。优化后的结果如下：
图 3 优化后的仿真结果 从优化后的结果我们可以看到带内波纹明显减小，而电压驻波比也有了明显的好转，可见优化的效果非常好。
三. 测试结果与讨论
右面是实际测试的结果
图 4 测试结果 我们可以发现测试结果与仿真结果很一致，其驻波比也只有 1.1。只是因为在测试时所需的接头暂时没有，因此在输 入输出时采用了导线焊接过渡的办法，导致通带内的插损稍大一些，但总的结果是很令人满意的。很重要的一点是，我们 几乎不需要对加工出来的滤波器进行任何调整。这将大大降低滤波器的研制时间和产品成本。显然，如果加工精度能再提 高的话，滤波器的指标还可进一步提高。因此，充分利用 HFSS 可以有效提高我们的研制水平，设计出满足需要的产品。
参考文献
1 甘本袯 吴万春 现代微波滤波器的结构与设计。科学出版社 1974。 2 M.Dishal. A simple design procedure for small percentage bandwidth round-rod interdigital filters. IEEE MTT-13,696-698. 3 J.S.Hong and M.J.Lancaster,”Devevlopment of new microstrip pseudointerdigital bandpass filters,”IEEE Microwave Guided Wave Lett, vol.5.pp.261-263, Aug.1995. 4 S.B.Cohn,”Parall-coupled transmission-line-resonator filter,”IRE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-6, pp. 223-231, Apr. 1958
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