天線設計的一個關鍵部分是饋電系統，而系統設計的核心是濾波器的開發和實現，從本質上講，濾波器是確保頻率的關鍵。簡單來說，濾波器允許所需的頻率和信號通過，并濾除不需要的頻率和信號。

常見的射頻（RF）濾波器類型包括：

低通：允許低于截止頻率的頻率通過

高通：允許高于截止頻率的頻率通過

帶通：允許一定范圍內的頻率通過

帶阻：阻止一定范圍內的頻率通過

濾波器可以在RF電路板或模塊設計中以多種形式實現，例如離散或“集總”元件（表面安裝組件）、低溫共燒陶瓷（LTCC）、微帶、帶狀線，并且可以整合到集成電路（IC或芯片）中。

在更高頻率下，構建濾波器變得更具挑戰性。因為，為了確定有效濾波器功能設計所需的特定值和組件組合，需要極高精度。

在Ansys HFSS 3D高頻電磁（EM）仿真和Ansys Nuhertz FilterSolutions設計軟件的幫助下，Modelithics減輕了這一負擔。Modelithics為RF、微波和毫米波組件提供了綜合全面的測量與建模工具，包括Modelithics COMPLETE Library以及與HFSS和Nuhertz無縫集成的基于測量的組件模型。

Ansys Nuhertz FilterSolutions 演示

通過優化和關鍵洞察，這三款工具可顯著加快由分立式電阻、電感和電容（RLC）組件組成的高頻集總元件濾波器的設計進程。

Ansys HFSS仿真對發夾諧振器微帶濾波器（一種帶通濾波器）進行了建模。模型上的圖形描述的是地平面的電流，橫截面顯示了沿該平面的磁場（H）幅度，而陣列和流線（底部的箭頭和線）顯示了電場方向

優化濾波器設計

RF濾波器具有非常特殊的印刷電路板（PCB）制造要求，因此需要精心選擇材料。同時，表面貼裝組件的不一致性也會使這一挑戰更加復雜。首先，它們的表現會因所在電路板而異，因為每個組件都會產生一個小的局部電磁場，該電磁場可以與電路板耦合并發生不可預測的反應。此外，離散組件的容阻感值會在一定的容差范圍內變化，導致器件的標稱值并不精確。

Modelithics在這方面起到了很大的作用，它為離散組件值提供了基于測量的組件模型，以支持其與具有各種尺寸焊盤的不同類型基板進行耦合。當將組件焊接到電路板上時，焊盤的尺寸（通常是比傳輸線更寬的一截超短金屬）會產生重要影響，特別是在較高的頻率下。

Ansys Nuhertz FilterSolutions提供自動射頻（RF）、微波和數字濾波器的設計、綜合與優化。該軟件基于濾波器性能規范，實現了集總組件和物理濾波器的綜合布局設計，并在Ansys HFSS電磁仿真器中自動設置濾波器分析和優化

Modelithics為表面貼裝部件提供了綜合模型庫，可以考慮部件對濾波器設計的影響，從而可以簡化濾波器優化設計流程。此外，Modelithics部件庫將組件表面、基板或電路板作為參數。這些模型還提供與安裝焊盤尺寸相關的參數。

通過選擇尺寸準確的組件和材料，您可以更好地了解設計，并降低設計風險和失敗的可能性。

您可以從Nuhertz或HFSS訪問Modelithics庫。Nuhertz能以直接、無縫的方式提供自動濾波器設計、綜合與優化。基于濾波器性能規范，Nuhertz可以綜合設計出濾波器上的集總組件，并在HFSS中自動設置濾波器分析和優化。

HFSS適用于電磁仿真，可幫助您設計和仿真高頻電子產品，例如RF和微波組件、濾波器、連接器、PCB、天線等。首先，對RLC組件的標準值進行優化；然后，優化平面互連，以確保離散組件及其互連的電磁耦合都能被考慮到，實現符合性能規范的最佳設計。如果需要，可以將屏蔽、外殼效應和基板邊緣連接器納入整體優化中。

Ansys HFSS 3D電磁（EM）仿真使設計人員能夠對高頻電子產品進行建模，如：天線、天線陣列、射頻（RF）或微波組件、高速互連、濾波器、連接器、集成芯片（IC）封裝與印刷電路板

HFSS有兩種模式：3D模式和3D Layout模式，后者非常適合處理分層電路板幾何結構問題或高速組件（如IC封裝、片上嵌入式無源組件和PCB互連）的布局問題。

此外，HFSS還可以使用現成的3D Component模型進行仿真，包括RF連接器和表面貼裝器件（例如芯片電容器和電感器）。3D Component模型包含所有相關信息，例如材料、幾何結構、設計參數和邊界條件，并且可以集成到三維電磁仿真中。許多組件供應商向客戶提供HFSS 3D Component，以便客戶可以直接在他們的設計中使用這些組件。

Ansys HFSS中的3D Component功能使設計人員能夠借助專利加密技術進行隱藏式離散建模

這一獨立的3D Component功能可以在任一模式（3D或3D Layout）下使用，并可充當模型的“黑盒”，將組件內部設計和材料的細節隱藏起來。

專利加密技術允許組件提供商隱藏和保護關鍵知識產權（IP），同時提供準確組件用于下游仿真。

例如，制造商可以對分立式電感或電容等表面貼裝部件進行建模，并以無法看到內部結構的方式把部件模型交付給他們的客戶。如果另一家制造商正在開發濾波器并希望使用該模型，他們可以在更大的電路板設計環境中對其進行仿真，這將是非常有益的。

除了隱私性，它還可以通過其外部邊界條件實現與包括其他3D Component在內的基礎設計之間的電磁耦合，其端口可以與基礎設計中的導體（如安裝焊盤）進行電氣連接。

聯合工作流程應對設計挑戰

與許多產品和行業一樣，射頻/微波濾波器設計最大的挑戰之一是確保設計在構建完成后能夠成功運行。物理測試不僅成本高昂，而且非常耗時。借助仿真，您可以在創建物理原型之前進行虛擬設計和測試，并確保產品的成功。這對濾波器的大批量生產和保證工藝良率將大有裨益。

大多數該領域的工程師和設計人員都受到兩個問題的困擾：我能否制造100萬個這樣的濾波器并保證其可靠性？在這100萬個濾波器里會有多少符合規范？

這是Nuhertz-Modelithics-HFSS工作流程能夠幫助克服的主要挑戰之一，通過洞察和優化，讓工程師和設計人員對他們的設計充滿信心。

該工作流程的最大優勢包括設計優化、自動化、提高制造良率、深入了解工藝角和良率、縮短產品上市時間以及降低材料成本。

射頻/微波濾波器設計人員面臨的另一個挑戰是獲得合適的部件。部件供應商僅能提供分立式電感、電容和電阻的標準值。Nuhertz幫助您在考慮標準值的同時選擇合適的組件，以應對這一挑戰。這是Nuhertz優化功能的重要組成部分，幫助找到最接近于您所使用的電路或濾波器性能要求的標準值組件。同樣有利的是，該軟件還可以深入洞察組件之間的互連將如何影響您的設計。

為設計找到合適的工具

Nuhertz使您能夠快速、高效地綜合設計出滿足性能要求的濾波器，然后在HFSS中打開濾波器設計，立即進行電磁分析和優化。你可在Nuhertz和HFSS中訪問Modelithics微波全局模型庫，它提供了一個非常全面的器件庫，可在整個建模過程中提供精確測量的組件模型，以確保您的設計符合規范要求。

審核編輯：劉清