Ansoft Designer与Ansoft HFFS双工器协同仿真

1．引言：

Ansoft Designe采用了最新的视窗技术，将电路仿真和电磁仿真集成到一个环境中，它可以与和电磁仿真工具HFSS，Q3D，Slwave进行动态连接和协同仿真，还可以在Ansoft Designe环境中直接启动HFSS，Q3D，Slwave并运行。协同仿真能够很快地计算优化出双工器的电气性能和结构参数，能够对交叉耦合极性，双工器的远端谐波进行精确的仿真，从而降低研发试制工作量，缩短研发周期。

2．协同仿真流程

在本文中我们以一个GSM的基站双工器为例子，来说明Ansoft Designe与Ansoft HFSS协同仿真双工器的流程。
我们先将双工器的仿真分为以下几个步骤：

（1）单腔Q傎，本征频率f0的仿真，利用对称性使被求解的问题最小化。
       

（2）窗口的初步仿真（耦合系数K的仿真），应用Ansoft Designe与Ansoft HFSS协同仿真，采用激励模求解方式，使求解的目标值在更短的时间内收敛，得到更加精确的解。

应用公式，分别计算出耦合系数，确定相应的腔间窗口尺寸。

 （3）公共端反射时延仿真
 
  

（4）下行（Tx）输入端反射时延仿真，上行（Rx））输出端反射时延仿真。

应用公式，计算端口延，为归一化源到第一腔的耦合系数

（5）在HFSS中各个部件级联在一起，然后导入Designe电路模块中，如下图。

图中λ/4传输线用于修正腔间耦合用：

式中：为外部Q值，g1为切比雪夫低通滤波器归一原型的元件值，为相对带宽。

（6）优化设置

a.设置变量
击Design properties 就会弹出如下图的对话框，设置变量： 

b.设置优化
右击Optimetrics 添加Optimization

经优化，得到很满意的结果，其频响曲线如下图： 

查看优化变量耦合系数M，修改尺寸后继续优化，使起M值趋向零或达到可接受值。

3．仿真与试验结果对比（实际调试时为了满足损耗将带宽扩宽）

4．结论

本文利用Ansoft Designe与Ansoft HFSS协同仿真成功地设计了上下行各为九阶的G网同轴腔体双工器，验证了Ansoft Designe与Ansoft HFSS协同仿真在微波器件设计应用领域的高效性。协同仿真中使用了手动网格剖分，对称面等功能与技巧，大大缩短仿真时间，提高仿真精度。