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微波滤波器对于通信系统的价值是举足轻重的，怎样减少微波滤波器的设计时间和成本，提高设计精度一直是设计师关心的问题。本文介绍了一种新型，快速，准确设计微波腔体滤波器的方法，结合 Ansoft HFSS 的三维场仿真和 Designer 的路仿真，能极大的减小设计微波滤波器的时间和成本。
由于腔体滤波器在高频器件中体现出许多优点 , 如体积小 , 重量轻 , 插损小 , 现已在通信系统中大量使用。传统的方法都是依靠等效电路原型来计算出初步尺寸，计算量大，而且不准确，这样就大大的延长了设计的周期，提高了设计的成本。本文就阐述了一种快速利用 HFSS 建模，在 designer 中优化的设计方式 , 由于 Ansoft 公司 HFSS与 Designer 软件的良好接口，充分利用 HFSS 的场计算和 designer 的路计算 [4-5] , 如图 1 所示。
在 HFSS 中使用调谐螺钉整体仿真，优化，速度极慢，所以忽略螺钉对邻近谐振杆的影响，在 Designer 中用电容代替，这样就大大的节省了时间，同时保证了较高的准确度。
具体的分析如下，我们的设计目标是：
1. 从低通原型得到设计的基本值：N（滤波器节数），K（相邻两腔的耦合系数），Q（外部端口的有载 Q 值）
2. 端口和耦合系数的三维实现
此部分是关键所在，它主要利用 HFSS 的强大的场计算功能， Designer 的路的计算功能和优化功能。
2.1 谐振杆之间距离的确定
CF ＝ 9.2GHz ，谐振杆电长度取 61.8 度（高端抑制的需要），物理尺寸就是 5.6mm ，用圆杆，比起方杆具有容易加工的优势。直径取 2mm 。
在 HFSS 中建模如图 3 ：
两端的谐振杆均短路，可以模拟不邻近腔之间的耦合效应 [1-2] 。中间的两个谐振杆一端短路，一端加上端口（ waveport ），这样方便导入 designer 中加电容。谐振杆 2 和 3 的距离为 L ，在 HFSS 中扫描 L （ 2.5mm 至 3.5mm ，步长 0.05mm ），大概需要 10 分钟。将扫描数据保存，将该文件保存。
然后在 Designer 中建模如图 4 。
加载电容用来调谐振频率，相当于实物中的螺钉。 HFSS 模块是从 HFSS 中导入的。高阻端口，为了实现端口匹配。
调整电容值，使其谐振在中心频率 9.2GHz ，如图 5 ：设两个谐振峰的值为 f2 和 f1 ，可以根据耦合计算公式得出
这样就可以得出 K23 ， K34 ， K45 对应的距离 L23 ， L34 ， L45 ，见表 2
因 K12=K78 易受端口的影响，故在下一环节计算。
2.2 端口抽头高度（端口匹配）的确定和 K12 确定
端口和 K12 就利用 S11 的群时延来计算，建模如图 6 。
扫描抽头高度和谐振杆 1 和 2 的距离 L12 。利用群时延的公式 [3] 求得 S11 端口的群时延为：
然后导入 Designer 中，见图 7 所示。
在图 7 的左边电路中，将谐振杆 2 接地，调节 H 和电容值使 S11 的 Group delay 图像的中心频率在9.2GHz ，群时延值等于 0.53ns ，如图 8 。在右边电路中调节两个谐振杆的加载电容使图像关于中心频率对称，并且群时延值为 0.89ns ，见图 8 。 H=2.68mm 时， L12=1.8mm 时得到准确的群时延值 .
3 .整体建模优化，验证
滤波器的全部主要尺寸已经得到，在 HFSS 建整体模型验证，如图 9 所示。
导入 Designer 中用电容加载验证，如图 10 。
优化各个电容值 C1 － C8 ，即相当于调谐螺钉。最后得出的图像如图 11 。
可见指标完全达到了要求。在 HFSS 中加螺钉粗略验证，如图 12 所示。
可见得到了较好的图形，在实际调试中，回波应该可以调得更好。
参考文献
[1] Daniel G.Swanson Jr. and Rbert J.Wenzel. “Fast analysis and optimization of combine filter using FEM” 2001
[2] Dishal. “A small design procedure for small percentage bandwidth round-rod interdigital filter ” 1965
[3] Ness. “A unified Approach to the design, measurement and tuning of coupled resonator filters.” 1998
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