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1、低通仿真方法介绍低通仿真方法介绍 深圳国人通信有限公司深圳国人通信有限公司 射频研发中心射频研发中心 谭远洋谭远洋 20112011年年 在第一节的单腔仿真学习中我们得到了一个单腔的在第一节的单腔仿真学习中我们得到了一个单腔的 两个谐振频率。两个谐振频率。 其中其中 f1=0.90344GHzf1=0.90344GHz， f2=4.6452GHzf2=4.6452GHz 计算值计算值f2f2为仿真的高次模。为仿真的高次模。 实际测试时发现在仿真的高次模实际测试时发现在仿真的高次模f2=4.64GHzf2=4.64GHz之前约之前约200200- -300MHz300MHz处出现谐处出现谐 波，
2、即在波，即在4.3GHz4.3GHz处出现谐波。处出现谐波。 我们来结合客户的规格书中的要求：我们来结合客户的规格书中的要求： 客户规格要求在客户规格要求在34003400- -5855MHz5855MHz处抑制处抑制60dB60dB，而单腔仿真结，而单腔仿真结 论是在论是在4300MHz4300MHz处出现谐波，显然光靠滤波器无法达到要求。处出现谐波，显然光靠滤波器无法达到要求。 这就是为什么引入低通的原因。这就是为什么引入低通的原因。即设计一个低通，使得在即设计一个低通，使得在 880880- -960MHz960MHz的插损尽可能小，而在的插损尽可能小，而在4.3GHz4.3GHz处的抑
3、制达到处的抑制达到 60dB60dB以上。以上。 设计过程分为两个大步骤完成：设计过程分为两个大步骤完成： 第一步：电路仿真，使用工具第一步：电路仿真，使用工具 Ansoft DesignerAnsoft Designer； 第二步：电磁仿真，使用工具第二步：电磁仿真，使用工具 Ansoft HFSSAnsoft HFSS。 为了更清晰的说明低通的仿真过程，我用一个五级的低通来为了更清晰的说明低通的仿真过程，我用一个五级的低通来 进行演示。进行演示。 （1 1）运行）运行Ansoft DesignerAnsoft Designer软件软件 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （2 2）点击插入电
4、路设计）点击插入电路设计“Insert Insert Circuit DesignCircuit Design”图标，见右图图标，见右图 （3 3）在出现的）在出现的LayoutLayout对话框中点对话框中点 击击“NoneNone”，出现一个新的电路模，出现一个新的电路模 型图标。型图标。 （4 4）点击特性窗口下方的）点击特性窗口下方的 “ComponentComponent”按钮，在出按钮，在出 现的器件中选择同轴电缆现的器件中选择同轴电缆 模型模型 “Coaxial Cable Coaxial Cable - COAXPCOAXP：Coaxial CableCoaxial Cable
5、， Physical ModelPhysical Model” 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （5 5）双击该器件，拖至电）双击该器件，拖至电 路模型窗口，设置基本参路模型窗口，设置基本参 数，将电缆内径参数数，将电缆内径参数DIDI设设 置为变量置为变量R0R0，在出现的变，在出现的变 量窗口中设置量窗口中设置R0R0的值为的值为3mm3mm。 同样的方法设置电缆的外同样的方法设置电缆的外 径径DODO为变量为变量R3=7mmR3=7mm，电缆，电缆 内填充的介质的介电常数内填充的介质的介电常数 为为1 1（空气），线缆的长度（空气），线缆的长度 P P设为设为7mm7mm。 第一步：电
6、路仿真第一步：电路仿真 （6 6）同样的方法插入一第二）同样的方法插入一第二 个同轴电缆，设置参数为：个同轴电缆，设置参数为： 内径：内径：DI=R1=6.4mm DI=R1=6.4mm （变量）（变量） 外径：外径：DO=R3DO=R3 填充：填充：ER=2.1 ER=2.1 （热缩套管）（热缩套管） 长度：长度：P=L1=1mm P=L1=1mm （变量）（变量） 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （8 8）在器件库中选择阻抗变）在器件库中选择阻抗变 化模型化模型“COAXSTEPCOAXSTEP：Coaxial Coaxial Cable StepCable Step”，设置参数：，设置
7、参数： DI1=R0DI1=R0 DI2=R1DI2=R1 DO1=R3DO1=R3 DO2=R3DO2=R3 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （9 9）用同样的方法插入第三至第七个同轴电缆模型，其中）用同样的方法插入第三至第七个同轴电缆模型，其中 参数设置见下表，在两个器件之间插入阻抗变换模型。参数设置见下表，在两个器件之间插入阻抗变换模型。 1234567 同轴电缆 序号 内径外径填充介电常数长度 备注说明 DIDOERP 1R0R316mm两端50欧姆阻抗 2R1R32.1L1低通的第一级 3R2R31L2低通的第二级 4R1R32.1L3低通的第三级 5R2R31L4低通的第四级 6
8、R1R32.1L5低通的第五级 7R0R316mm两端50欧姆阻抗 （9 9）点击界面端口图标）点击界面端口图标“Interface portInterface port”，在电路模型，在电路模型 两端加上端口。两端加上端口。 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （1010）右击工程窗口中的）右击工程窗口中的“AnalysisAnalysis”图标，选择图标，选择“Add Add solution setupsolution setup”，在出现的对话框中选择，在出现的对话框中选择“NextNext”按钮，按钮， 再在出现的对话框中点击再在出现的对话框中点击“AddAdd”按钮。按钮。 第一步：
9、电路仿真第一步：电路仿真 （1111）在弹出的窗口中按照下图输入参数，点击）在弹出的窗口中按照下图输入参数，点击“AddAdd”按按 钮后再点击钮后再点击“OKOK”按钮。在返回的窗口中点击按钮。在返回的窗口中点击“完成完成”。 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （1212）点击）点击“AnalyzeAnalyze”按钮。约按钮。约 需几秒钟完成仿真。需几秒钟完成仿真。 右击工程窗口的右击工程窗口的“ResultResult”图标，图标， 选择选择“Create ReportCreate Report”。 在弹出的窗口中点击在弹出的窗口中点击“OKOK” 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （1
10、313）在弹出的窗口中选中）在弹出的窗口中选中“S11S11”和和“S21S21”，点击，点击“Add Add TraceTrace”，点击，点击“DoneDone”完成设置。完成设置。 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （1313）在工程窗口中双击左下图中显示的图标，显示仿真结果。）在工程窗口中双击左下图中显示的图标，显示仿真结果。 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （1414- -1 1）设置优化）设置优化 右击工程窗口的右击工程窗口的“CircuitCircuit”选项，选择选项，选择“Design Design ProptertiesPropterties”, ,在出现的对话框中点击在
11、出现的对话框中点击”Local VariablesLocal Variables” 并选中并选中“OptimizaionOptimizaion”。并按照下图进行设置。并按照下图进行设置。 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （1414- -2 2）设置优化）设置优化 右击工程窗口的右击工程窗口的“OptimetricsOptimetrics”选项，选择选项，选择“AddAdd”- -“OptimizaionOptimizaion”。 在弹出的对话框中点击在弹出的对话框中点击“AddAdd”按钮，再点击按钮，再点击“CalculationCalculation”按钮。按钮。 第一步：电路仿真第一步
12、：电路仿真 （1414- -3 3）设置优化）设置优化 在弹出的对话框中选择在弹出的对话框中选择 “S11S11”和和“dBdB”，点，点 击击“Insert Quantity Insert Quantity Into ExpressionInto Expression”按按 钮，再在钮，再在“namename”栏输栏输 入变量名字入变量名字“mm1mm1”。 同样的方法输入变量同样的方法输入变量 “mm2mm2”为为“dB(S21).dB(S21). 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （1414- -4 4） 设置优化设置优化 1 2 3 4 5 67 8 第一步：电路仿真第一步：电路仿真
13、（1515） 开始优化开始优化 右击工程窗口中的右击工程窗口中的“OptimizationSetup1OptimizationSetup1”-“AnalysisAnalysis”，开始进行优，开始进行优 化化 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 （1515） 优化完成优化完成 优化完成后，得到低通的响应如下图，在图左方的紫色线条方框内的数值优化完成后，得到低通的响应如下图，在图左方的紫色线条方框内的数值 就是第一步电气仿真需要得到的结果。就是第一步电气仿真需要得到的结果。 第一步：电路仿真第一步：电路仿真 第二步：电磁仿真第二步：电磁仿真 1.1. 利用电路仿真的结果建立电磁仿真低通模型利用电路
14、仿真的结果建立电磁仿真低通模型 （1 1）熟悉电路仿真结果）熟悉电路仿真结果 R0R0- -低通两端低通两端5050欧姆传输线内径欧姆传输线内径 R0R0- -低通孔直径低通孔直径 R2R2- -低通高阻抗线直径低通高阻抗线直径 R1R1- -低通低阻抗线直径低通低阻抗线直径 L1L1- -低通第一节的长度低通第一节的长度 L2L2- -低通第二节的长度低通第二节的长度 L3L3- -低通第三节的长度低通第三节的长度 L4L4- -低通第四节的长度低通第四节的长度 L5L5- -低通第五节的长度低通第五节的长度 第二步：电磁仿真第二步：电磁仿真 （2 2）在）在HFSSHFSS中建立低通模型，
15、按照下表的参数设置建立圆柱体中建立低通模型，按照下表的参数设置建立圆柱体1 1- -7 7，再将，再将 七个圆柱体联合成一个模型七个圆柱体联合成一个模型“Cylinder1Cylinder1”。设置其材料为。设置其材料为“PECPEC” AxisRadiusHeight说明 Cylinder10，0，0R07mm低通两端50欧姆传输线 Cylinder20，0，0R1L1低通第一节 Cylinder30，0，L1R2L2低通第二节 Cylinder40，0，L2R1L3低通第三节 Cylinder50，0，L3R2L4低通第四节 Cylinder60，0，L4R1L5低通第五节 Cylinder70，0，L5R07mm低通两端50欧姆传输线 第二步：电磁仿真第二步：电磁仿真 （3 3）建立热缩套管模型，按照下表的参数设置建立圆柱体）建立热缩套管模型，按照下表的参数设置建立圆柱体8 8- -9 9，再用圆柱，再用圆柱 体体8 8减去减去9.9.设置其材料为设置其材料为“Polyflon CuFlon (tm)” AxisRadiusHeight说明 Cylinder80，0，-7R37mm*2+L1+l2+L3+L4+L5热缩套管外径 Cylinder90，0，-7R17mm*2+L1+l2+L3+L4+L5热缩套管内径 第二步：电磁仿真第二步：电磁仿真 （
