利用SynMatrix和电磁仿真优化射频滤波器设计

随着无线连接迅速超越5G，对毫米波(mm-Wave)频段射频(RF)滤波器组件的需求比以往任何时候都高。

射频滤波器对于广泛的设备和应用都是必不可少的，包括广播电台、放大器、电视和移动电话等无线通信。本质上，射频滤波器是充当守门人的无源组件。它们消除了不必要的信号、频率和噪声，否则这些信号、频率和噪声会对产品及其功能造成干扰或潜在损坏。

常见的射频滤波器类型有:

• 低通:允许频率低于选定截止频率的信号，过滤频率高于该截止频率的信号。
• 高频:允许高于某一截止频率的信号通过，对低于该截止频率的信号进行滤波。
• 带通:允许一定范围内的频率，过滤一定范围外的频率。

射频滤波器在整体产品功能和连接方面发挥着重要作用，因此准确的射频滤波器设计至关重要，但该过程可能具有挑战性，需要多个断开连接的工具。

SynMatrix技术公司是Ansy万博s的技术合作伙伴，通过一体化射频滤波器设计和测试调谐软件平台提供解决方案万博Ansys基于3D高频电磁(EM)仿真软件，减少开发时间、材料和运营成本、设计风险和产品故障。

克服滤波器设计中的挑战

根据SynMatrix创始人Diamond Liu的说法，射频滤波器设计的最大挑战之一是围绕EM现象的不确定性，但SynMatrix和HFSS工作流程提供了洞察力、信心和准确性。

“我认为最具挑战性的工作是优化的不确定性，例如，当需要优化的物理变量超过9个时，设计师会问，‘我需要调优哪些变量?’”戴蒙德说。SynMatrix软件可以在HFSS电磁模拟的基础上提供该指令。通过配对这些工具，设计师可以克服不确定性，我们可以引导用户快速达到设计目标。”

为了开发复杂的工作流程，Diamond调查了工程师，以了解之前RF滤波器设计方法的痛点。最耗时的两个方面是3D建模——尤其是定制设计——和优化。

通过将仿真与射频设计滤波器软件集成，工作流程变得更加直观，设计可以更快速、更经济、更准确地实现。

Diamond补充道:“工程时间非常宝贵，通过使用这种工作流程节省有意义的工程时间可以降低成本。”“如果没有这个工作流程，整个过程将花费很长时间，并有更多的不确定性，这就是优化非常重要的原因。”

输入-输出(左)和耦合方案(右)

三步简化滤波器设计，节省时间和成本

SynMatrix和HFSS工作流简化了射频滤波器的设计过程，分为三个步骤:

1. 使用强大的SynMatrix合成工具和内置算法创建设计目标。
2. 使用SynMatrix自动布局工具在HFSS中构建3D模型。
3. 将3D模型导入SynMatrix，然后开始优化。

SynMatrix提供了一个强大的滤波器规格开发平台，包括一个全面的拓扑库，色散函数(用于预测色散冲击)，矩阵优化，蒙特卡罗分析和耦合矩阵合成。

在仿真方面，除了已知的精度之外，SynMatrix还提供多端口调优、深度优化和高级耦合矩阵提取。

“这种配对的目的不仅仅是实现自动化，”戴蒙德说。“自动化当然很好，但最重要的是如何为用户提供最简单的方式来实现他们的设计目标。”

射频滤波器设计中的其他挑战包括功率峰值和温度下降。功率峰值与功率处理能力有关，是可视化未来行为时要考虑的最重要参数之一。对于使用发射器的过滤器来说尤其如此，因为它需要大量的电力，可能会导致系统故障。

两种主要的故障类型是真空故障，主要出现在卫星上，以及电离故障，这是地面基站常见的气体故障。SynMatrix和HFSS工作流有助于分析后者的电离击穿分析。

为了了解峰值功率处理能力，设计人员通常需要运行数学公式来确定击穿阈值，同时考虑未知的环境条件，如海拔高度、温度或频率。接下来，他们需要对单个单元进行模拟，以检索数据来预测整个结构，包括为电路模型和仿真模型提取哪些电场以及存储哪些能量值。

戴蒙德说:“其他方法需要用户从不同的平台跳过来收集这些数据。”“但是使用SynMatrix，用户只需要点击一个按钮，就可以帮助计算，或者从HFSS中提取有用的数据，比如场的大小或存储的能量。”

他说，虽然其他平台可能提供自动3D建模工作流，但SynMatrix提供了通用布局选项，允许设计师构建、拖动和旋转模型元素，以自定义设计。与其他平台不同，SynMatrix工作流将在HFSS中生成一个完全参数化的模型，允许用户以更大的设计自由度编辑和定制他们的模型。

Diamond说:“如果没有这个工作流程，用户将需要依赖第三方电路工具来建立电路模型来表示他们的物理模型，然后在许多不确定性的情况下开始模拟或优化。”“这也很耗时。即使你完成了3D建模，优化也是相当头疼的。新的工作流程可以节省至少40%到50%的工程时间，对于一些简单的情况，它可以节省更多的时间。”

直接探索工作流程

要了解更多工作流程，请注册参加网络研讨会:利用三维建模和人工智能设计同轴腔和波导滤波器，定于10月25日举行。

在这个环节中，Diamond Liu将演示SynMatrix和HFSS在5G和毫米波微波滤波器设计中的加速工作流程，同时强调自动化的使用。报告还将介绍计算温度漂移模拟和功率峰值分析的新方法。