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滤波器设计平台在HFSS中生成三维同轴腔体和波导滤波器模型

SynMatrix Technologies Inc.，www.synmatrixtech.com

在卫星通信、5G和航空航天及国防的推动下，高频应用的增长继续挑战设计工程界。具有挑战性的射频滤波器设计继续升级，规格更加严格，同时需要缩短研发周期，维持射频性能和保持制造质量。

–射频滤波器设计中一个耗时的操作是创建3D模型。对于尝试新的设计能力或对全新几何形状有要求的公司来说，他们的设计工程师面临着一个漫长的开发过程，从头开始制作模型和模拟，然后再进行广泛的优化。许多可用的工具使用模板来缓解这一过程。一旦设计人员创建了一个设计库，这一资源就足以支持近期的业务。然而，随着应用扩展到更高的频率和满足新的市场需求，特别是在毫米波频率，这种做法可能难以扩展。

射频滤波器设计平台SynMatrix在过去两年中发布了多项功能和特性，以帮助设计者加速射频/微波滤波器的设计过程。今年，SynMatrix发布了该平台的一项重要升级：推出了在Ansys HFSS中自动创建3D射频滤波器模型的功能。这个自动3D建模功能支持同轴腔体滤波器、矩形波导滤波器和圆柱形波导滤波器。

这个新功能的亮点之一是设计方法，它采用第一原理设计，为任何使用特定三维几何形状的滤波器应用建立一个灵活和高度可定制的工作流程。这使设计者能够在一个加速的工作流程中产生和模拟设计。

工作流程的特点

用户指导的工作流程提供了以下功能：

波导的模式图分析——波导模式描述了波导结构的场辐射图。SynMatrix分析横向混合模式，无论是TE还是TM，以确定满足所需工作频段的最宽范围的尺寸。通过这个模式图分析工具，用户可以快速检索出正确的波导尺寸，以获得最宽的无杂散窗口（见图1）。

单一谐振器设计和分析——设计工作流程从单一谐振器开始。SynMatrix支持各种不同形状的同轴谐振器。它还可以处理频率和Q值分析、尺寸合成、波导的模式图分析，包括帮助定义最佳尺寸、温度漂移分析以及单击自动仿真和建模的工具。用户可以编辑HFSS的仿真设置，包括细化网格。

耦合设计和分析——SynMatrix具有灵活的耦合方案定义，有助于定制耦合结构。对于同轴腔，SynMatrix支持四个主要的耦合方案和多达42种不同的几何形状。它还支持关键变量参数分析来分析耦合系数（见图2）。

输入/输出设计——对于波导滤波器，SynMatrix提供不同的波导尺寸以定制端口接口。对于同轴腔，该平台支持三种主要的耦合方案和多达九个不同的几何形状。与工作流程中的前几个步骤一样，可对关键变量进行参数化研究分析（见图3）。

全三维建模生成——最新版本的SynMatrix引入了点击和拖曳的图形界面，帮助用户完全自定义拓扑结构。与市场上其他平台使用基于模板的方法不同，SynMatrix让用户可以完全指挥和控制建立和修改设计。这一功能支持不同旋转角度的通用建模。另一个亮点是，在Ansys HFSS中生成的3D模型是完全参数化的。用户可以在模型生成后轻松编辑设计（见图4）。

快速优化——一旦使用该工作流程创建了3D模型并进行了仿真，用户就可以使用SynMatrix中的强大优化工具。最初的性能可以使用计算机辅助调谐工具进行快速调谐，然后使用SynMatrix的智能优化套件进行优化，其中包括自动AI优化、空间映射算法和扰动系统。

对于Ansys HFSS的用户来说，SynMatrix是唯一一个为创建3D射频滤波器提供强大工具的平台。市场上的其他工具使用基于模板的方法来建立3D模型，这降低了设计新射频滤波器时的灵活性和定制性。简化三维射频滤波器模型的创建和模拟，可以帮助初创企业和系统公司增加新的功能，建立新的产品，创造收入机会。其他好处包括降低滤波器元件成本、缩短设计周期、提高设计灵活性和效率以及消除对第三方供应商的依赖，因为第三方供应商会存在增加项目或解决方案提案的风险。由于SynMatrix使用的设计方法是基于第一原理的，因此该工具对不断变化的设计要求是面向未来的。用户可以使用该工作流程，因为他们知道该投资将在多年后得到回报。

图1 圆柱形波导谐振器的模式图。

图2 定义耦合结构的界面。

图3 定义输入/输出端口的界面。

图4 3D建模屏幕。