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CST软件入门——微带低通滤波器

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-11-09 | 1104 次浏览 | 分享到:

设计要求

切比雪夫衰减特性低通滤波器。截止频率2.5GHz,带内纹波等于或小于0.5dB,在二倍频处衰减大于30dB。输入输出阻抗50Ω。

微带线走线厚度1oz铜厚(即35um),介质基片厚度1.27mm,介电常数4.2,介质损耗正切为0.02。

 

1.计算参数指标

计算低通原型滤波器的特征参数对应的微带线尺寸(CST计算小工具):

Home->Macros->Run Macro->calculate->

calculate analytical line impedance -> thick microstrip

查找低通滤波器的表格,我们可以得到滤波器各部分的电阻,我们采用四分之波长的传输线,通过计算,得到如下走线参数指标:

厚度:35um。

宽度:50Ω-2.46mm;

        15Ω-12.73mm;

        130Ω-0.19mm。

长度:L1=L5=5.09mm;

        L2=L4=5.37mm;

        L3=7.58mm。

结构图如下所示:


仿真软件 

 

2.仿真分析相关设置

求解器:时域求解器

设计建模:定义变量,创建参数化设计模型

端口设置:设计使用波导端口(输入输出端口),微带线结构波导端口尺寸选取原则(太大激发高次模使仿真结果不准确、太小使波导端口不能完全包含微带线向四周散发足够能量,也使结果不准确)——如图下图所示,k一般取5-10

 

仿真软件 

 

求解频率:0-6GHz

背景材料:Normal

边界条件:电边界(electric)

 

3.设计前的准备

1)设置常用单位:

        Home->Settings->Units


仿真软件 

 

2)定义变量设计参数化结构模型:

在界面左下方parameter list中键入变量及其初始数值:厚度h=1.27;走线厚度t=0.035;50Ω微带线宽度w50=2.46mm;低阻抗微带线宽度wol=12.73;高阻抗微带线宽度woh=0.19;L微带线长度;输入输出端微带线的长度:l50=5mm。设置参数化结构模型的优势是便于我们接下来进行扫参、优化等调试。变量设置如下图所示:


仿真软件 

 

4.创建滤波器微带走线模型

1)创建50Ω微带线模型:

    MS50长方体:

        Modeling->Shapes->Brick

    材料material选择


仿真软件 

理想导体PEC

2)创建高低阻抗滤波器MSL1、MSL2、MSL3的一半长方体:

 Modeling->Shapes->Brick


仿真软件 


3)利用镜像复制操作复制剩下的部分(滤波器对称) :

    将上述模块合并成一个整体选中四个模型:

        Modeling->Tools->Boolean->Add

    重新选定原点坐标:

        Modeling->WCS->Transform WCS

    选中模型:

        Modeling->Transform->Mirror

合并两个模型:

        Modeling->Tools->Boolean->Add


仿真软件 

 

5.创建滤波器微带介质层模型

1)使用全局坐标系:

Modeling->WCS->Local WCS

2)新建介质模型:

Modeling->Materials->New/Edit->New Materials


仿真软件 

 

3)创建介质板长方体:

Modeling->Shapes->Brick

仿真软件 

 

注:此时模型已经设计好,一般背面的完整地可以再新建一个模型,或者使用边界条件模拟完整地。此次实验使用边界条件。

 

6.输入输出端设置波导端口激励

1)选中波导端口的上边线:

        Simulation->Picks->pick edge

2)设置波导端口2/输入(波导端口大小上面已推荐k):

        Simulation->Waveguide Port

3)同样方法设置波导端口2/输出

(注:发送波方向3D图上会有紫色的箭头,箭头方向应与发送波方向相同)

 

仿真软件 

 

7.设置仿真条件

1)求解频率:

        Simulation->Frequency:0-6GHz

2)背景材料:

        Simulation->Background:Normal

3)边界条件:

       Simulation->Boundaries:

       Electric(六个方向),代表被一个金属盒屏蔽起来(腔体结构)

4)求解器:

    Home->Setup Solver->Time Domain Solver

5)开始仿真:

        Simulation->->Setup Solver


仿真软件 


注意上图中的自适应网格剖分,选中可以提高仿真精度,但是仿真时间大大加长,酌情勾选。或者可以选择右边adaptive properties,适当修改最大最小自适应次数。

 

8.仿真结果

激情澎湃的等待电脑仿真出结果,我们第一次的CST之旅就要结束了,下面是我的优化结果,仅供参考。(注:笔者自己经验,不同版本的CST 的结果可能结果都会略有差异,本次实验结果在CST2018下仿真)


仿真软件 


由于滤波器为二端口互易网络,S11与S22相同,S12与S21相同。

 

(内容、图片来源:CST仿真专家之路公众号,侵删)

 

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