作者 |Stonerf 仿真秀優(yōu)秀講師

首發(fā) |仿真秀App

導(dǎo)讀：自畢業(yè)至今，從事微波射頻相關(guān)工作已經(jīng)十年了，回想這個行業(yè)的點點滴滴，有一些個人的學(xué)習(xí)心得體會和大家分享一下?！皩嵺`是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”這句話一直伴隨自己從學(xué)習(xí)到工作，當(dāng)踏入社會工作的第一天，不是你從枯燥的學(xué)習(xí)生涯解脫，而是真正進(jìn)入更深層的學(xué)習(xí)和自我總結(jié)之路。在這里接合人個的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，給大家分享一下我的濾波器學(xué)習(xí)之路。

一、基礎(chǔ)知識

基礎(chǔ)知識不僅要扎實，而且需要經(jīng)常重復(fù)學(xué)習(xí)。我們的記憶都會在時間流逝下遺忘的，不經(jīng)常接觸的東西或者事物，一般都會逐漸遺忘。因此，經(jīng)常重復(fù)學(xué)習(xí)一些基礎(chǔ)知識有利用加深我們對相關(guān)知識的理解與運用。

針對微波濾波器這一塊，首先推薦第一本參考書《微波工程》，這是作為射頻人應(yīng)該必讀的一本書，書的內(nèi)容講解了基礎(chǔ)理論到器件設(shè)計，也講解了微波整體系統(tǒng)的架構(gòu)。每當(dāng)在設(shè)計之中遇到一些復(fù)雜問題，或者思路卡住的時候，翻一翻這本書相信都會有新的收獲。

第二本書 《現(xiàn)代微波濾波器結(jié)構(gòu)與設(shè)計》，這本書分為上、下兩冊可以說是微波濾波器設(shè)計中最經(jīng)典的一本中文書籍，書中介紹了很多類型濾波器的原理與設(shè)計，提供大量的結(jié)構(gòu)類型，設(shè)計圖表和專用數(shù)據(jù)供參考調(diào)用。

第三本《Microstrip Filters for RF Microwave Applications》,這本書屬于微波平面濾波器里面寫的比較好的一本書，也是自己經(jīng)常重復(fù)翻閱的一本參考書。

最后推薦一本《通信系統(tǒng)微波濾波器——基礎(chǔ)、設(shè)計與應(yīng)用》，這本書有中文和英文版本，書中的內(nèi)容比較專業(yè)偏理論方向。雖然還有其它很多關(guān)于濾波器的書籍，但是從個人角度來看，書籍并不需要太多，有這幾本書反復(fù)學(xué)習(xí)，理解其中的理論和結(jié)構(gòu)，在一定程度上對我們學(xué)習(xí)濾波器知識來說已經(jīng)非常足夠了。

二、仿真軟件

電磁仿真可以說是目前一個微波工程師必備的技能之一，目前市面上招聘微波工程師的要求之一就是要熟練掌握仿真軟件，這足以說明掌握仿真技能對一個微波工程師的重要性。要將一款微波濾波器從理論分析到最終實物制作，大致需要經(jīng)過這幾個過程：

（1）指標(biāo)分析，

（2）電路模型的搭建，

（3）三維電磁仿真驗證，

（4）設(shè)計圖紙制作。

指標(biāo)分析的目的是分析目標(biāo)濾波器參數(shù)以獲取階數(shù)與實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，推薦的分析軟件有ADS中的濾波器設(shè)計向?qū)?、Designer、AWR中IFilter、FilterSolution、Couplefil等。這些分析軟件能輔助我們快速分析一款濾波器指標(biāo)，找到實現(xiàn)它的一種或者幾種方案，但是這些軟件是依據(jù)制作者當(dāng)時所針對的特定需求而產(chǎn)生的，可能在一些時候并不能滿足你的設(shè)計需要。如果大家對理論計算比較熟悉，也可以自己使用一些數(shù)學(xué)軟件，將一些濾波器的分析與設(shè)計公式進(jìn)行總結(jié)，形成屬于自己的設(shè)計套路，這樣在處理特定問題時，能夠快速高效的完成。

指標(biāo)分析完成后需要搭建一個電路來查看響應(yīng)曲線是否滿足要求，這就需要用到能進(jìn)行電路分析的軟件，推薦使用ADS、AWR、Designer等。

第三就是三維電磁仿真軟件，這一步的仿真就是對實際物體進(jìn)行模型模擬，查看產(chǎn)品的性能，找到最優(yōu)的設(shè)計方案。推薦使用的軟件有HFSS、CST、Mician Uwave、Sonnet等，個人習(xí)慣使用HFSS，它的仿真精度毋庸置疑，但是由于其通用性在一定程度限制了它的仿真效率，因此常用HFSS來做最后一步的驗證。

三維仿真分析完成后，在一定程度上說明此產(chǎn)品的設(shè)計驗證是沒有問題了，那剩下的工作就是將此產(chǎn)品的加工圖紙制作出來，推薦的二維制圖軟件是AutoCAD，三維制圖軟件Solidworks。仿真軟件，只有正確的使用才會達(dá)到其應(yīng)有的效果，同時也要明白仿真和實際加工是存在誤差的，把實際經(jīng)驗與仿真精度都考慮到產(chǎn)品設(shè)計中去，這樣的仿真才是最有效的。

三、我的濾波器學(xué)習(xí)之路

摸爬滾打幾年后，總結(jié)了一套屬于自己學(xué)習(xí)濾波器的路子給大家分享下。

第一點學(xué)會記錄設(shè)計實例和仿真流程，通過對比理論分析、仿真結(jié)果及實測結(jié)果，找出它們之間存在差異，有人說搞射頻經(jīng)驗很重要，這些所謂的經(jīng)驗其實洽洽就是你對每次設(shè)計過程的分析與總結(jié)后得到的東西。

第二點就是組裝調(diào)試，搞微波設(shè)計一定不能脫離調(diào)試，通過在調(diào)試中的積累在一定程度上可以更好反饋設(shè)計。一方面可以加深對產(chǎn)品的理解，另一方面也能掌握對測試儀器的操作。因此，好的設(shè)計一定不能脫離調(diào)試。隨著現(xiàn)在電磁仿真軟件的發(fā)展，目前的微波濾波器設(shè)計早已經(jīng)脫離以前反復(fù)打樣再修改的階段，現(xiàn)在大部分時間都是花在仿真軟件的使用上，再一次說明熟悉掌握仿真軟件的重點性。

工作之余經(jīng)常參考看的兩本書《現(xiàn)代微波濾波器結(jié)構(gòu)與設(shè)計》和《Microstrip Filters for RF Microwave Applications》，每一次看都會有不同收獲，建議要深入搞濾波器這塊的朋友反復(fù)學(xué)習(xí)這兩本書籍。

二、我的知識付費探索過程

受口罩原因的影響，前幾年大部分時間在家，偶然機(jī)會在仿真秀看到有老師分享HFSS軟件相關(guān)的內(nèi)容，購買了一些課程后發(fā)現(xiàn)可以其中很多東西都對自己有一定的幫助和新的理解。這個時候就在想自己要不要也去做視頻課程的想法，一個是總結(jié)這些年在微波濾波器中學(xué)習(xí)的東西，同時也能在一定程度上幫助有需要的朋友。

21年時推出一個課程《HFSS耦合帶通濾波器綜合方法與仿真24講》主要講述使用耦合諧振器原理設(shè)計帶通濾波器的課程，由于第一次做課程，視頻質(zhì)量以及錄制效果也不好，但是發(fā)現(xiàn)還有很多朋友購買這個課程。交流后發(fā)現(xiàn)其實和很多朋友有同樣的經(jīng)歷，就是微波濾波器不知道入門，學(xué)習(xí)的軟件太多等等問題?；貞洰?dāng)年的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，同時也在平臺老師的溝通下，接合當(dāng)前很多朋友遇到的問題，希望再推出一套關(guān)于濾波器的精品課程。

由此推出了這個課程《基于HFSS、ADS微帶濾波器仿真與設(shè)計37講》，這個課程偏向于從基礎(chǔ)濾波器理論入手，到實例操練仿真濾波器模型。包含低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器這四類濾波器，從分析到最終模型仿真的全過程。希望通過這個課程，能讓大家快速上手設(shè)計一款微帶或者懸置帶線結(jié)構(gòu)的濾波器?，F(xiàn)在是知識付費時代，知識付費不僅讓工程師有動力去制作，同時也能在一定程度上完善和豐富自己的知識體系，使我們相互學(xué)習(xí)和共同進(jìn)步。

三、微帶濾波器工程仿真與設(shè)計

有人說微波行業(yè)很難上手，學(xué)習(xí)的知識和軟件太多。很多時候一開始遇到問題無法解決就勸退了很多朋友。因此，這個課程結(jié)合工程實踐，以大量仿真實例為基石來演示微波濾波器在微帶線結(jié)構(gòu)和懸置帶線結(jié)構(gòu)中的仿真實現(xiàn)。讓大家能夠快速上手分析綜合一款微帶濾波器并用于實踐中，良好開始是成功的一半，當(dāng)我們逐漸掌握了方法，就會慢慢深入其中，通過不斷的學(xué)習(xí)與自我總結(jié)，走得越來越遠(yuǎn)。

《基于HFSS、ADS微帶濾波器仿真與設(shè)計37講》這個視頻課程總共規(guī)劃37講內(nèi)容，包含微波濾波器基礎(chǔ)知識介紹，同時重點講解和演示低通、高通、帶通和帶阻濾波器在微帶線結(jié)構(gòu)和懸置帶線結(jié)構(gòu)中的設(shè)計與仿真，課程中實例演示了27個HFSS濾波器仿真實例，一方面可以從實例操作演示中了解濾波器的設(shè)計流程，同時也能學(xué)習(xí)ADS和HFSS仿真軟件的操作。

課程的安排與大綱如下圖所示：

圖一 課程內(nèi)容安排

下面是截取課程中一講內(nèi)容，主要講述懸置帶線雙工器的設(shè)計。我們課程的總體思路是以一個等效電路來指導(dǎo)最終模型的仿真設(shè)計，因此一般來說一個仿真實例包含兩個模型：一個ADS電路模型和一個HFSS場仿真模型。比如下面這個懸置帶線雙工器仿真實例，要完成這樣一個由低通濾波器與高通濾波器級聯(lián)構(gòu)成的雙工器設(shè)計，首先要在電路軟件中驗證其可行性。

圖二 HFSS懸置帶線雙工器仿真模型

圖三 HFSS懸置帶線雙工器仿真結(jié)果

依據(jù)設(shè)計指標(biāo)將雙工器分解為兩個單獨的濾波器設(shè)計，在集總元件濾波器設(shè)計中可以使用ADS中濾波器設(shè)計向?qū)砜焖俚玫较鄳?yīng)電路元件值。

圖四 ADS集總元件低通濾波器

圖五 ADS集總元件低通濾波器響應(yīng)

圖六 ADS集總元件高通濾波器

圖七 ADS集總元件高通濾波器響應(yīng)

將低通濾波器通道和高通濾波器的一端連接起來構(gòu)成一個三端雙工器，調(diào)試其中元件參數(shù)使響應(yīng)滿足設(shè)計指標(biāo)。

圖八、ADS集總元件雙工器

圖九、ADS集總元件雙工器響應(yīng)

將集總元件雙工器設(shè)計思路推廣到懸置帶線結(jié)構(gòu)雙工器設(shè)計中，分別將低通濾波器和高通濾波器單獨設(shè)計完成，再連接構(gòu)成雙工器。

圖十、ADS懸置帶線低通濾波器

圖十一、ADS懸置帶線低通濾波器響應(yīng)

圖十二、ADS懸置帶線高通濾波器

圖十三、ADS懸置帶線高通濾波器響應(yīng)

完成每個通道的濾波器設(shè)計后，可以在ADS中新建一個原理圖，搭建懸置帶線雙工器等效電路，并調(diào)試其中元件參數(shù)使最終響應(yīng)滿足設(shè)計要求。

圖十四、ADS懸置帶線雙工器響應(yīng)

完成電路級仿真驗證后，就可以將理論的電路轉(zhuǎn)換為實際的結(jié)構(gòu)并通過HFSS查看其仿真結(jié)果。由于在ADS電路已經(jīng)將懸置帶線的各個參數(shù)優(yōu)化好了，而HFSS只是起最終驗證的作用，因此我們并不需要在HFSS中創(chuàng)建一個參數(shù)化的模型。一般我們在ADS將對應(yīng)濾波器或者雙工器設(shè)計好以后，可以在AUTOCAD中將此濾波器或者雙工器結(jié)構(gòu)繪制出來，然后再導(dǎo)入HFSS中進(jìn)行仿真驗證。

圖十五、Autocad雙工器結(jié)構(gòu)

將Autocad繪制的雙工器結(jié)構(gòu)導(dǎo)入HFSS中仿真驗證，可以看出HFSS的仿真結(jié)果和ADS電路的仿真結(jié)果是基本吻合的，甚至可以說是一模一樣。

圖十六、HFSS懸置帶線雙工器

圖十七、HFSS懸置帶線雙工器響應(yīng)

目前這種等效電路的仿真就代表了最終HFSS仿真的結(jié)果是我們比較推崇的設(shè)計方法，常規(guī)的方法你會發(fā)現(xiàn)ADS電路的仿真與HFSS仿真的結(jié)果差異較大，因此要花很多時間去HFSS中進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化。同時，如果模型的復(fù)雜程度較高，則需要浪費很多時間在模型的創(chuàng)建上面。

審核編輯：湯梓紅