大学论文：ansoft 协同设计方法－复杂波导系统与滤波器设计

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1、AnsoftCETC9培训资料2009-6-30Ansoft协同设计方法－复杂波导系统与滤波器设计ANSOFTCORPORATION49ANSOFTCORPORATIONAnsoftCETC9培训资料2009-6-30目录前言2一、Ansoft复杂无源器件仿真解决方案2二、波导滤波器的设计4(一)Iris波导滤波器设计41)在HFSS中进行的基本单元建模和仿真42)建立HFSS与AnsoftDesigner间的动态链接103)在AnsoftDesigner中求解144)在AnsoftDesigner中完成滤波器的优化设计155)将AnsoftDesigner中优化后的I

2、RIS滤波器export到HFSS进行验证17(二)Combline滤波器设计191)在HFSS中进行基本单元的建模仿真19在求解设置部分可参考前述IRIS波导滤波器的设置，所不同的是求解频率为0.4GHz342)在HFSS中进行基本单元的参数化扫描413)建立HFSS与AnsoftDesigner间的动态链接424)在AnsoftDesigner中完成滤波器的优化设计465)AnsoftDesigner与HFSS的仿真结果对比与讨论4849ANSOFTCORPORATIONAnsoftCETC9培训资料2009-6-30前言HFSS精确可靠的三维电磁场仿真彻底改变了传

3、统设计流程，调试硬件原型的传统设计手段被对三维电磁场仿真模型的设计和优化所取代，大大地缩短了设计周期。尽管如此，Ansoft仍不懈地致力于优化使用者的仿真设计流程，提高优化效率，从而进一步缩短设计周期。现今对于滤波器或其他复杂波导器件的理论研究和设计技术已经非常成熟，但设计工作依旧面临很多问题。电路仿真具有很高的速度，可快速的仿真出滤波器各个部件的集总电参数，但是在电磁场求解工具中设计真实的3D微波元件却需要花费数周的时间。本文主要阐述了电路仿真器如何与3D场仿真器协同完成设计工作，从而使设计周期从原先的数周缩短为数日。这种解决方案的核心是“场路结合、协同仿真”，优点是

4、有效的结合了三维电磁场仿真的精度和电路仿真的速度，使微波无源器件的设计流程进入了新的时代。下面我们将以几个具体的例子来说明这套通过“场路结合、协同仿真”来设计复杂无源器件的解决方案。一、Ansoft复杂无源器件仿真解决方案当电磁场仿真被设计者广泛接受后，我们进一步需要把这种技术应用到各种需要精确仿真求解的更大规模的设计问题中。这里就产生了一对速度与精度之间的矛盾，因为我们知道电路仿真速度是很快的，传统的仿真方法一般都是基于等效电路的。我们希望有一种切实可行的解决方案：能提供快速、具有电磁精度、且求解问题的规模不受限制。因为作为工程设计软件，仅仅解决求解精度问题是不够的，

5、更重要的是能够提供一种高效率的、可操作性强的设计流程。“场路结合、协同仿真”的思路就是基于这种实际工程中的需求而产生的。Ansoft提供的这套复杂无源器件仿真的解决方案如下图所示：49ANSOFTCORPORATIONAnsoftCETC9培训资料2009-6-30复杂波导器件基于三维电磁场仿真的验证在AnsoftDesigner的元件库中建立HFSS模型库从AnsoftDesigner中的原理图直接生成HFSS三维模型由AnsoftDesigner的DOE自动生成HFSS中的参数化扫描设置若干基本单元在HFSS中对基本单元参数化扫描基于电路仿真的原理图级仿真和优化一次

6、加工成功在HFSS中对整个波导器件进行仿真验证ExportToHFSS.vbs场路场首先，一个复杂的无源器件被拆分成若干基本单元，对于每个基本单元在HFSS中建立三维模型进行电磁场仿真和参数化扫描。参数化扫描的目的是为了后面将要进行的自动优化设计提供基本数据。在经过合理的划分基本单元之后，每个单元通常都是结构简单且电尺寸小。对于这样的结构，在HFSS中很容易就能得到收敛的仿真结果。在这一步，我们充分利用了场仿真的精度为后面提供了精确的基础数据源。接着，HFSS中的基本单元通过场到路的“协同仿真”链接到AnsoftDesigner的电路设计原理图中。这样以来，整个复杂器件

7、的导波特性由电路仿真完成，电路原理图中的元件即为HFSS中的基本单元。然而，如果“协同仿真”仅仅停留在这个层面上，无异于在电路仿真中拟合若干S参数文件进行电路仿真，这种仿真只能用于验证结果，当仿真结果达不到设计指标时，我们想对模型做优化却无从依据。如果应用不同厂家的电磁场仿真器和电路仿真器就无可避免的面临这种情况——很显然在电路仿真层面上，模型的所有三维结构信息全部都丢失了，只剩下基本元件的S参数，因此想要对整个结构进行电路级的优化就不可能实现了。Ansoft在“协同仿真”方面的最大优势在于它同时拥有强大的三维电磁场仿真工具HFSS和电路