CST软件入门——微带低通滤波器

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：

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

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

（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：

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

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

（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

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

（3）创建介质板长方体：

Modeling->Shapes->Brick

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）

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

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）

由于滤波器为二端口互易网络，S11与S22相同，S12与S21相同。