HFSS初探日志（二）微波滤波器设计实例：微带发夹线滤波器

因为课设的缘故，开始学习HFSS软件的使用。

HFSS的仿真步骤很简单，大致为：
1.建立模型 2.设置激励源 3.设置扫描 4.查看结果 5.优化

此次介绍微波滤波器的基本设计流程，想要我帮忙设计滤波器或者天线也可以通过QQ联系我，大家相互交流。

一、前提条件
一般来说，低频集总参数电路中，我们多采用LC电路来实现滤波，如图：

然而在高频甚至微波领域，由于趋肤效应、传播损耗等因素，电路模型应该采用分布式参数模型，这个是高频或者微波电路的知识，这里不详述。

那对于我们设计滤波器来讲，最大的差别就在于，高频率的电磁波，其需要的电容电感尺寸极小（这也是小电容小电感难以制作，误差较大的原因）。
所以我们必须利用波导传输线、谐振器等来实现滤波功能。

二、理论分析

根据传输线理论可知，终端开路或者短路的传输线，会在开路/短路端发生全反射，其上电压电流是周期性分布。频率一定时，不同长度（电磁波相位）的短路或者开路线可以等效为电感、电容或者谐振电路。

当终端开路并且取电磁波相位为180°，也就是半波长时，开路线等效为一个并联谐振电路，和第一张图一样。
半波长谐振器是构成许多小型化滤波器的基本单元，此次设计的微带发夹线滤波器就是平行耦合的半波长谐振线对折而成，其基本单元如图所示：

设计时，为了确定最终滤波器拓扑需要考虑的因素有二，其一是滤波器耦合系数矩阵（内部耦合）和外部品质因素（外部耦合）。

三、设计步骤

谐振单元的理论分析及其计算
集总元件低通原型滤波器是现代网络综合法设计微波滤波器的基础，各种低通、高通、带通和带阻滤波器，其传输特性大都是根据此原型特性推导出来的。低通滤波器的理想衰减频率特性在ω’ =0 ∼ω1’ 范围内衰减为零，成为通带，ω’ >ω1’ 后衰减为无限大，成为阻带，ω1’成为截止频率。

通常我们只需选择原型滤波器，根据频率转换式：

可以得到原型滤波器的截止频率。其中w0为带通滤波器中心频率，w1和w2分别为上下边频，W是带通滤波器相对带宽。
这里得到原型滤波器截止频率后，根据衰减要求，查Chebyshev滤波器表，可以得到阶数和元件参数，进而求各阶微带线的奇偶模阻抗，最终求得微带线的尺寸。

根据奇偶阻抗模计算各级参数时，可以使用ADS自带的微带线计算器，或者PUFF软件。

我做的微带滤波器模型如图

最后得到的S11参数图像如图：

本次就更新到这里，谢谢观看！

部分参考文献
【1】张福洪，微带抽头线发夹型带通滤波器的设计及优化[J].2012.杭州电子科技大学
【2】李力，微带滤波器设计（ADS）[J].2012.百度文库
【3】董晓盈，发夹型微带滤波器的设计与FDTD算法原理介绍[J].2008.百度文库
【4】Hank Zumbahlen，从低通到带通滤波器的转换[J].2012.ADI公司开发指南

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