CST激励源之波导端口.docx
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CST激励源之波导端口.docx
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CST激励源之波导端口
CST激励源之波导端口
波导端口是一种特殊种类的解算域边界条件,它可以刺激能量的吸收,这一切都是是通
过2D频域解算器求解二维端口面内可能本征模实现的,且端口处每种可能的电磁场解析解都
可以通过无数模式的叠加求得,然而,实际上,少量的模式就可以进行场仿真了,求解计算
中需要考虑的模式数可以在WaveguidePort对话框中设定。
这里要注意:
激励波导端口的输入信号是规一化到峰值功率为1sqrt(Watt)
使用波导端口要根据不同需求、不同特点的端口类型的数量定义。
因而,我们首先必须
精确的判定激励问题的类型,然后在选择并定义合适的波导端口。
在具有不均匀性、可获得
broadbandports(宽带端口)或者具有inhomogeneousportaccuracyenhancement(非均匀
端口精度加密)特色的情况下,我们可以选择使用normalwaveguideports(标准波导端
口),与此同时,multipinports可以计算凋落的TEM模。
标准波导端口
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
normalwaveguideoperator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broadbandportoperator(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。
operatormultipin
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MultipinPort,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-endedS参数将作为后处理中一部分,然后在CSTDESIGNSTUDIO?
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waveguideoperator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inhomogeneousportaccuracy
enhancement(在瞬态求解对话框中设定)功能,这个特征使用fulldeembedding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(normalwaveguide
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
图中的左图给出了求得的S参数,由于chosenmode
calculationFrequency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,evenandodd
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-endedports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,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,inhomogeneousport
accuracyenhancement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BoundaryCondition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solverlogfile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),lineimpedance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Z=U/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CSTDESIGNSTUDIO?
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CSTDESIGNSTUDIO?
中都要确保端口耦合的一致性。
在Multipin
port模式的使用potentialpin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。
注:
激励的波导端口的输入信号是规一化到1sqrt(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Generalframe
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discreteport的定义共享的(一
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- CST 激励 波导 端口