908
HFSS 應(yīng)用案例：射頻衰減器仿真與優(yōu)化
01、摘要
射頻衰減器是一種提供衰減的電子元器件， 廣泛地應(yīng)用于電子設(shè)備中，它的主要用途是：
調(diào)整電路中信號的大??；
在比較法測量電路中，可用來直讀被測網(wǎng)絡(luò)的衰減值；
此次仿真的目的，是通過仿真提供該衰減器在最大衰減和最小衰減 2 種配置下的插入損耗和回波損耗數(shù)據(jù)，并同時(shí)提供對衰減器附近走線進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化之后的仿真結(jié)果。
02、HFSS 仿真思路與流程 01 仿真思路
通過 IC DATASHEET 上獲得衰減器內(nèi) IC 本身在最大衰減和最小衰減狀態(tài)下的插入損耗和回波損耗，提供該衰減器在最大衰減和最小衰減 2 種配置下的插入損耗和回波損耗數(shù)據(jù)，并同時(shí)提供對衰減器附近走線進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化之后的仿真結(jié)果。此方法使用 HFSS 2020R2 版本，并配合 Circuit 求解器進(jìn)行場路協(xié)同仿真。
02、仿真流程
2.2.1?? 仿真數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
仿真數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要是獲得射頻衰減 IC 本身在最大衰減和最小衰減狀態(tài)下的插入損耗和回波損耗，該數(shù)據(jù)可以從 IC DATASHEET 上查詢到，然后通過 Excel 將該 DATASHEET 上的數(shù)據(jù)制作成可以被仿真軟件使用的 S 參數(shù)文件，制作完成的 S 參數(shù)如圖 1 和圖 2 所示：
?
圖 1 最大衰減模式下 IC 的 S 參數(shù)
圖 2 最小衰減模式下 IC 的 S 參數(shù)
2.2.2?? CAD 模型導(dǎo)入
將客戶提供的衰減器的 CAD 模型導(dǎo)入到 HFSS，并經(jīng)過必要的幾何修復(fù)和調(diào)整，并設(shè)定相應(yīng)的材料屬性，得到如圖 3 所示的 HFSS 仿真模型
圖 3 衰減器 CAD 模型
2.2.3?? 仿真端口設(shè)置
在 CAD 模型的同軸輸入端和 IC 的焊盤端分別設(shè)定 Port, 并設(shè)定仿真頻率為 7GHz 到 50GHz，得到如圖 4 所示的衰減器 LAYOUT 的 S 參數(shù) .
圖 4 衰減器 LAYOUT 通道的 S 參數(shù)
將圖 4 的 S 參數(shù)與 IC 本身的 S 參數(shù)在 Circuit 中進(jìn)行組合（圖 5），形成最終完整的通道并進(jìn)行 Linear Network Analysis，得到衰減器的完整 S 參數(shù)特性，分別如圖 6 和圖 7 所示
圖 5 在 Circuit 中組件完整衰減器通道
圖 6 衰減器完整通道的 S 參數(shù)（最大衰減配置）
?
圖 7 衰減器完整通道的 S 參數(shù)（最小衰減配置）
2.2.4?? 仿真結(jié)果分析及優(yōu)化
從圖 6 和圖 7 的結(jié)果來看，組裝完成后的全通道 S 參數(shù)與 IC 本身的 S 參數(shù)相比，在 39GHz 和 49GHz 這 2 個頻點(diǎn)附近性能惡化較多。所以對 LAYOUT 本身和盒子結(jié)構(gòu)做適當(dāng)改進(jìn)，下面是選擇的 2 條改進(jìn)手段：
l? 增加若干地過孔（圖 8）
l? 改變 IC 上方空腔形狀（圖 9），
圖 8 增加的地過孔
圖 9 改變 IC 上方腔體形狀
03、仿真結(jié)果與效果分析
經(jīng)過上述步驟優(yōu)化之后，再次進(jìn)行仿真，得到的最終衰減器全通道 S 參數(shù)如圖 10 和圖 11 所示，可以看到在 39GHz 和 49GHz 處有明顯改變。
圖 10 優(yōu)化后最大衰減配置下的全通道 S 參數(shù)
圖 11 優(yōu)化后最小衰減配置下的全通道 S 參數(shù)
04、投入資源與時(shí)間
此次運(yùn)算運(yùn)用 3 核計(jì)算（沒有使用 HPC 模塊），用時(shí) 01:28:37
?
05、結(jié)論
ANSYS HFSS 可以實(shí)現(xiàn)從建模到仿真以及多目標(biāo)優(yōu)化的全過程設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)效率，縮短研發(fā)周期；
ANSYS HFSS 解決方案可解決衰減器設(shè)計(jì)流程中可能遇到的頻點(diǎn)性能惡化的情況，并針對問題頻點(diǎn)進(jìn)行性能優(yōu)化；
利用 ANSYS HFSS 完整的虛擬原型設(shè)計(jì)，從而提升研發(fā)設(shè)計(jì)能力，有效指導(dǎo)新產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)，節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)成本。
