微帶低通濾波器CST仿真設(shè)計實例
設(shè)計要求:
切比雪夫衰減特性低通濾波器。截止頻率2.5GHz，帶內(nèi)紋波等于或小于0.5dB，在二倍頻處衰減大于30dB。輸入輸出阻抗50Ω。
微帶線走線厚度1oz銅厚(即35um)，介質(zhì)基片厚度1.27mm，介電常數(shù)4.2，介質(zhì)損耗正切為0.02。
1. 計算參數(shù)指標
計算低通原型濾波器的特征參數(shù)對應(yīng)的微帶線尺寸（CST計算小工具）：
Home->Macros->Run Macro->calculate->calculate analytical line impedance -> thick microstrip
查找低通濾波器的表格，我們可以得到濾波器各部分的電阻，我們采用四分之波長的傳輸線，通過計算，得到如下走線參數(shù)指標：
厚度：35um。
寬度：50Ω-2.46mm；
15Ω-12.73mm；
130Ω-0.19mm。
長度：L1=L5=5.09mm；
L2=L4=5.37mm；
L3=7.58mm。
結(jié)構(gòu)圖如下所示：
2. 仿真分析相關(guān)設(shè)置
求解器：時域求解器
設(shè)計建模：定義變量，創(chuàng)建參數(shù)化設(shè)計模型
端口設(shè)置：設(shè)計使用波導(dǎo)端口（輸入輸出端口），微帶線結(jié)構(gòu)波導(dǎo)端口尺寸選取原則（太大激發(fā)高次模使仿真結(jié)果不準確、太小使波導(dǎo)端口不能完全包含微帶線向四周散發(fā)足夠能量，也使結(jié)果不準確）——如圖下圖所示，k一般取5-10
求解頻率：0-6GHz
背景材料：Normal
邊界條件：電邊界(electric)
3. 設(shè)計前的準備
（1）設(shè)置常用單位：Home->Settings->Units
（2）定義變量設(shè)計參數(shù)化結(jié)構(gòu)模型：
在界面左下方parameter list中鍵入變量及其初始數(shù)值：厚度h=1.27；走線厚度t=0.035；50Ω微帶線寬度w50=2.46mm；低阻抗微帶線寬度wol=12.73；高阻抗微帶線寬度woh=0.19；L微帶線長度；輸入輸出端微帶線的長度：l50=5mm。設(shè)置參數(shù)化結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)勢是便于我們接下來進行掃參、優(yōu)化等調(diào)試。變量設(shè)置如下圖所示：
4. 創(chuàng)建濾波器微帶走線模型
（1）創(chuàng)建50Ω微帶線模型：
MS50長方體：Modeling->Shapes->Brick
材料material選擇：理想導(dǎo)體PEC
（2）創(chuàng)建高低阻抗濾波器MSL1、MSL2、MSL3的一半長方體： Modeling->Shapes->Brick
（3）利用鏡像復(fù)制操作復(fù)制剩下的部分(濾波器對稱) ：
將上述模塊合并成一個整體選中四個模型：Modeling->Tools->Boolean->Add
重新選定原點坐標：Modeling->WCS->Transform WCS
選中模型：Modeling->Transform->Mirror
合并兩個模型：Modeling->Tools->Boolean->Add
5. 創(chuàng)建濾波器微帶介質(zhì)層模型
（1）使用全局坐標系：Modeling->WCS->Local WCS
（2）新建介質(zhì)模型：Modeling->Materials->New/Edit->New Materials
（3）創(chuàng)建介質(zhì)板長方體：Modeling->Shapes->Brick
注：此時模型已經(jīng)設(shè)計好，一般背面的完整地可以再新建一個模型，或者使用邊界條件模擬完整地。此次實驗使用邊界條件。
6. 輸入輸出端設(shè)置波導(dǎo)端口激勵
（1）選中波導(dǎo)端口的上邊線：Simulation->Picks->pick edge
（2）設(shè)置波導(dǎo)端口2/輸入（波導(dǎo)端口大小上面已推薦k）：Simulation->Waveguide Port
（3）同樣方法設(shè)置波導(dǎo)端口2/輸出
（注：發(fā)送波方向3D圖上會有紫色的箭頭，箭頭方向應(yīng)與發(fā)送波方向相同）
7. 設(shè)置仿真條件
（1）求解頻率：Simulation->Frequency：0-6GHz
（2）背景材料：Simulation->Background：Normal
（3）邊界條件：Simulation->Boundaries：
Electric（六個方向），代表被一個金屬盒屏蔽起來（腔體結(jié)構(gòu)）
（4）求解器：Home->Setup Solver->Time Domain Solver
（5）開始仿真：Simulation->->Setup Solver
注意上圖中的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分，選中可以提高仿真精度，但是仿真時間大大加長，酌情勾選?；蛘呖梢赃x擇右邊adaptive properties，適當修改最大最小自適應(yīng)次數(shù)。
8. 仿真結(jié)果
激情澎湃的等待電腦仿真出結(jié)果，我們第一次的CST之旅就要結(jié)束了，下面是我的優(yōu)化結(jié)果，僅供參考。（注：筆者自己經(jīng)驗，不同版本的CST 的結(jié)果可能結(jié)果都會略有差異，本次實驗結(jié)果在CST2018下仿真）
由于濾波器為二端口互易網(wǎng)絡(luò)，S11與S22相同，S12與S21相同。
