CST激励源之波导端口Word格式.docx

1、标准波导端口即我们经常使用的矩形或圆形波导结构，通过PEC边界条件屏蔽，因而端 口模式就被限制在端口区域内 均匀波导端口 右图是一个均匀、矩形标准波导端口，通过 normal waveguide operator 解算。下图中是一个具有三 个模式的波导端口， 里按各自的截止频率来分类。传播 这 模式数的多少取决于选取的频率范围。在瞬态仿真时， 建议考虑所有的传播模式，因为未考虑的模式将在端口 处引起反射。对于凋落模式也采用同样的考虑，如果必 要的话，求解器将检查这些情况并给出警告信息。 非均匀波导端口 如果波导由两种或两种以上材料的介质填充如右图所示， 那么模式就呈现频率依赖性， 下图所示就是

2、三个不同频点的 TE 如 模，频率越高（从左到右频率逐渐增加），那么场就更加集中在具 有高介电常数值的材料中（图中浅褐色部分所示）。因为标准的波导解算器只计算指定频点处的场模式，对于宽带内计算场模式将会报错。 。对话框（如下图所示） Special 因此我们需要打开瞬态解算器中激活其中的 broadband port operator（宽带端口解算器），这里，端口模式将在多个频 点处计算并求解出可以接受的宽带结果。 同轴波导端口或连接器 和上面的波导端口相比，同轴端口或连接器拥有一个或更多的内导 一个以上的内导体将产生截止频率为0的TEM 体。在端口处如果存在模。右图中的均匀同轴波导由一个外导

3、体和四个内导体构成，因此存 在三个不同TEM模式，如下图所示。这些模式是凋落模（具有相同的 传播常数），且可以叠加产生新的模式，这是因为他们彼此是正交的。因此，下图所示的模式解仅仅是一种可能解，因而我们建议你使用 功能指定你期望激励的模式。operator multipin 非均匀同轴波导或连接器端口 假定为轻微不均匀同轴波导或同轴连接器端口，通过使用 Multipin Port，依旧会叠加 产生许多 QTEM 模，然而，切记：不同模式的的传播常数是不同的，这将产生错误信息。假定不均匀错误已经不能忽略调，那么所有的端口应该定义为 Single-ended，在仿真 结束后，single-ende

4、d S 参数将作为后处理中一部分，然后在 CST DESIGN STUDIO?中 通过类似结构的 multipin 配置的微分激励重新合并计算。微带线 不像同轴波或矩形波导，微带线是开放且不均匀结构，这使得在时域仿真中受到一定的 限制。然而，为了获取更精确的结果，我们应该考虑下面的几个方面：首先，在 2D 本征模计算中没有开放边界条件，基于此，时域中的开放边界条件则被 2D 本征模计算中的磁边界条件取代。因此，为改善精度在远区对重要的模式场尽可能的设置边 界条件是很重要的。由于端口的跳变，高次模就有可能产生，从而降低求解精度。其次，由 于端口区域的不连续性，波导解算器 waveguide op

5、erator 增加了模式计算次数以及距离从 而 降 低 了 精 度 ， 同 时 发 生 的 宽 带 错 误 也 可 能 不 再 使 用 inhomogeneous port accuracy enhancement（在瞬态求解对话框中设定）功能 ，这个特征使用 full deembedding 就需要所 有端口模式的激励，因此，慎重的激活该功能是明智的，如果可能的话，可以使用 S-parameter symmetries，下面给出微带线的例子，都是基于标准波导端口解算器（normal waveguide operator）。单根微带线 右图是一个有两个标准波导端口的简单微带线，下 图 中 的

6、左 图 给 出 了 求 得 的 S 参 数 ， 由 于 chosen mode calculation Frequency选择模式计算频率，在10GHz左右，其 反射是正确的，作为对比，右图中则给出了使用full deembedding的结果， 整个期望的频率范围内其反射小于 在60dB。带有接地平面的两个导体微带线 下图给出带有接地平面的两个导体微带线的奇模、偶模分布，由于端口区域的不连续性，其奇偶模都是非退化的 QTEM（准 TEM 波），描绘了这种结构的两种静态模式。共面微带线 典型的共面微带线由四个独立导体构 成，因而呈现了三种不同的非退化准 TEM 模（QTEM），如图中所示，端口被

7、磁臂分开 以避免接地面和两条边带线之间的短路。沿线传播的三个模式为 ground, even and odd mode（地、奇、偶模），在求解对话框中， 你可以方便的选择对你的仿真激励感兴趣 的模式。含接地面的多导体微带线 一般情况下，具有不连续 性的多导体波导端口，其单个 导体间的耦合影响一般通过 single-ended ports 分 析 计 算 有损微带线。如果微带线含有损耗，无论是介质基板损耗，还是金属导体损耗，对于指定的求解器都 会有一定的约束、限制。一般，对瞬态求解器而言，在端口模式解算中，损耗是不计在内的，因此端口区域会有 些许的反射。主要取决于这些损耗的大小，损耗越大反射增加

8、，甚至可能覆盖整个频带产生 宽 带 错 误 ， 这 些 都 是 由 于 不 连 续 的 微 带 线 的 特 点 造 成 的 ， 因 而 ， inhomogeneous port accuracy enhancement的功能的影响也将被忽略，所以一定要确保端口处的损耗不要太大。而对于频域求解器，除了谐振计算外，是考虑了端口的有损材料的，并计算复传播常数。周期波导端口 对于使用六面体网格的频域求解器FDS，可以考虑非0相移的周期端口边界。这些边界特 性和Boundary Condition对话框中的全局设置相对应，下面看看一个具有周期边界的简单波 导结构的例子。下图是一个计算域的x方向使用周期边

9、界条件的波导结构，该周期定义为一恒定的和期 度角。30轴）成z望的端口模式的传播方向（前两个模式如下图电场矢量和磁场矢量所示，你可以看到第一个模式是平面波，而第二 个模式则是Floquet 模式。阻抗定义 对所有类型的波导端口，其波阻抗的值都等于对所有端口面上的网格点j 的截线电场 与截线磁场比值的平均值：然而，为了避免因为小数值造成的错误，在某个门限（相对最大场值）以下的数值就不 不含在计算之内，在solver logfile中的z-Wave-Sigma中可以看到这种平均值的不一致性。此外，对任意多导体端口（同轴波导端口、微带线、连接器端口等），都存在静态模式 场（TEM或QTEM模），li

10、ne impedance的值都将计算，它是通过对每个独立模式以考虑注入结 构中的导体电流来计算，按下列表达式计算：其中，power为Poynting矢量沿段进口区域积分而来，current是磁场沿导体表面积分计 算而来。注：必须意识到这和通常的定义ZU/I是不一样的，因而会求得不同的结果。 模式校准为了获得计算的模式的一致性方向，电模式场需根据特定的准则校准；然后通过激励端 口的功率流确定磁场。这意味着模式的Poynting矢量总是指向端口辐射方向，因为这，使得 在CST DESIGN STUDIO? 中不同结构的端口可以在不产生不期望的相移的情况下连接。下图给出了考虑电场方向的端口模式的校准

11、线，在中空波导中，电场是朝向端口的局部 U/V坐标系。如果有内导体（端口有两个或三个导体）存在，那么导体pin的散度计算则是正 的，比如，电场指向地，如下图中右侧的两个途中所示（微带和同轴波导）。所有其他端口模式都是指向其相应的端口的坐标系的，这类似于中空波导端口的情况。因此，无论什么情况下，在CST DESIGN STUDIO?中都要确保端口耦合的一致性。在Multipin port模式的使用potential pin 定义来确定电场方向的。波导端口的网格查看 在开始仿真之前，任何结构都必须空间离散化，对波导端口而言也不例外。基于一致性 （连续性）的原因，端口使用和结构相同的网格，因而，定义

12、端口的尺寸不必和用于仿真的 端口尺寸相同。这些尺寸必须映射到网格上，因而会有轻微的变化，然而，端口尺寸总是被 放大的。为了控制仿真中观察到的尺寸，你可以输入网格模式，如下图红色框架所示反映了 映射到端口的情况。 波导端口 波导端口是根据入射波功率和反射波功率来进行求解计算的，对每个波导端口而言，在 计算求解过程中，都将记录其S参数（时域信号用于时域仿真）。实际上，端口可以被连接 到结构中的纵向均匀波导代替。在仿真求解前，你至少需要一个激励源（或波导端口、或离 散端口或平面波）对结构进行馈电。激励的波导端口的输入信号是规一化到1 sqrt（watt）的。在输入对话框弹出前，如果你选择了一个沿某个轴的面，然后就会提示你输入新端口区 域的尺寸。基本框架General frame Name：从下拉菜单中选择有效的名字，该数值将显示在结构图中的端口面上，并用来命名S 参数结果，请注意：端口编号是和离散端口discrete port的定义共享的（一