CST鼓舞源之波導(dǎo)端口

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波導(dǎo)端口是一種特別種類的解算域邊界條件，它可以刺激能量的吸收，這一切都是是通過2D頻域解算器求解二維端口面內(nèi)可能本征模實現(xiàn)的，且端口處每種可能的電磁場解析解都可以通過無數(shù)模式的疊加求得，然而，實際上，少量的模式就可以進行場仿真了，求解計算中需要考慮的模式數(shù)可以在WaveguidePort對話框中設(shè)定。

這里要注意：鼓舞波導(dǎo)端口的輸入信號是規(guī)一化到峰值功率為1sqrt（Watt）

使用波導(dǎo)端口要根據(jù)不同需求、不同特點的端口類型的數(shù)量定義。因而，我們首先必需確切的判定鼓舞問題的類型，然后在選擇并定義適合的波導(dǎo)端口。在具有不均勻性、可獲得broadbandports（寬帶端口）或者具有inhomogeneousportaccuracyenhancement（非均勻端口精度加密）特色的狀況下，我們可以選擇使用normalwaveguideports（標準波導(dǎo)端口），與此同時，multipinports可以計算凋落的TEM模。

標準波導(dǎo)端口

標準波導(dǎo)端口即我們經(jīng)常使用的矩形或圓形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通過PEC邊界條件屏蔽，因而端口模式就被限制在端口區(qū)域內(nèi)

均勻波導(dǎo)端口右圖是一個均勻、矩形標準波導(dǎo)端口，通過normalwaveguideoperator解算。下圖中是一個具有三個模式的波導(dǎo)端口，這里按各自的截止頻率來分類。傳播模式數(shù)的多少取決于選取的頻率范圍。在瞬態(tài)仿真時，建議考慮所有的傳播模式，由于未考慮的模式將在端口處引起反射。對于凋落模式也采用同樣的考慮，假使必要的話，求解器將檢查這些狀況并給出警告信息。

非均勻波導(dǎo)端口

假使波導(dǎo)由兩種或兩種以上材料的介質(zhì)填充如右圖所示，那么模式就浮現(xiàn)頻率依靠性，如下圖所示就是三個不同頻點的TE模，頻率越高（從左到右頻率逐漸增加），那么場就更加集中在具有高介電常數(shù)值的材料中（圖中淺褐色部分所示）。

由于標準的波導(dǎo)解算器只計算指定頻點處的場模式，對于寬帶內(nèi)計算場模式將會報錯。因此我們需要開啟瞬態(tài)解算器中Special對話框（如下圖所示）。

激活其中的broadbandportoperator（寬帶端口解算器），這里，端口模式將在多個頻點處計算并求解出可以接受的寬帶結(jié)果。

同軸波導(dǎo)端口或連接器和上面的波導(dǎo)端口相比，同軸端口或連接器擁有一個或更多的內(nèi)導(dǎo)體。在端口處假使存在一個以上的內(nèi)導(dǎo)體將產(chǎn)生截止頻率為0的TEM模。右圖中的均勻同軸波導(dǎo)由一個外導(dǎo)體和四個內(nèi)導(dǎo)體構(gòu)成，因此存在三個不同TEM模式，如下圖所示。這些模式是凋落模（具有一致的傳播常數(shù)），且可以疊加產(chǎn)生新的模式，這是由于他們彼此是正交的。因此，下圖所示的模式解僅僅是一種可能解，因而我們建議你使用multipinoperator功能指定你期望鼓舞的模式。

非均勻同軸波導(dǎo)或連接器端口

假定為微弱不均勻同軸波導(dǎo)或同軸連接器端口，通過使用MultipinPort，依舊會疊加產(chǎn)生大量QTEM模，然而，切記：不同模式的的傳播常數(shù)是不同的，這將產(chǎn)生錯誤信息。

假定不均勻錯誤已經(jīng)不能忽略調(diào)，那么所有的端口應(yīng)當定義為Single-ended，在仿真終止后，single-endedS參數(shù)將作為后處理中一部分，然后在CSTDESIGNSTUDIO?中通過類似結(jié)構(gòu)的multipin配置的微分鼓舞重新合并計算。

微帶線

不像同軸波或矩形波導(dǎo)，微帶線是開放且不均勻結(jié)構(gòu)，這使得在時域仿真中受到一定的限制。然而，為了獲取更確切的結(jié)果，我們應(yīng)當考慮下面的幾個方面：

首先，在2D本征模計算中沒有開放邊界條件，基于此，時域中的開放邊界條件則被2D本征模計算中的磁邊界條件取代。因此，為改善精度在遠區(qū)對重要的模式場盡可能的設(shè)置邊界條件是很重要的。由于端口的跳變，高次模就有可能產(chǎn)生，從而降低求解精度。其次，由于端口區(qū)域的不連續(xù)性，波導(dǎo)解算器waveguideoperator增加了模式計算次數(shù)以及距離從而降低了精度，同時發(fā)生的寬帶錯誤也可能不再使用inhomogeneousportaccuracyenhancement（在瞬態(tài)求解對話框中設(shè)定）功能，這個特征使用fulldeembedding就需要所有端口模式的鼓舞，因此，慎重的激活該功能是明智的，假使可能的話，可以使用S-parametersymmetries，下面給出微帶線的例子，都是基于標準波導(dǎo)端口解算器（normalwaveguideoperator）。

單根微帶線

右圖是一個有兩個標準波導(dǎo)端口的簡單微帶線，下圖中的左圖給出了求得的S參數(shù)，由于chosenmodecalculationFrequency選擇模式計算頻率，在10GHz左右，其反射是正確的，作為對比，右圖中則給出了使用fulldeembedding的結(jié)果，在整個期望的頻率范圍內(nèi)其反射小于－60dB。

帶有接地平面的兩個導(dǎo)體微帶線

下圖給出帶有接地平面的兩個導(dǎo)體微帶線的奇模、偶模分布，由于端口區(qū)域的不連續(xù)性，

其奇偶模都是非退化的QTEM（準TEM波），描繪了這種結(jié)構(gòu)的兩種靜態(tài)模式。

共面微帶線

典型的共面微帶線由四個獨立導(dǎo)體構(gòu)成，因而浮現(xiàn)了三種不同的非退化準TEM模（QTEM），如圖中所示，端口被磁臂分開以避免接地面和兩條邊帶線之間的短路。沿線傳播的三個模式為ground,evenandoddmode（地、奇、偶模），在求解對話框中，你可以便利的選擇對你的仿真鼓舞感興趣的模式。

含接地面的多導(dǎo)體微帶線一般狀況下，具有不連續(xù)性的多導(dǎo)體波導(dǎo)端口，其單個導(dǎo)體間的耦合影響一般通過single-endedports分析計算有損微帶線。

假使微帶線含有損耗，無論是介質(zhì)基板損耗，還是金屬導(dǎo)體損耗，對于指定的求解器都會有一定的約束、限制。

一般，對瞬態(tài)求解器而言，在端口模式解算中，損耗是不計在內(nèi)的，因此端口區(qū)域會有些許的反射。主要取決于這些損耗的大小，損耗越大反射增加，甚至可能覆蓋整個頻帶產(chǎn)生寬帶錯誤，這些都是由于不連續(xù)的微帶線的特點造成的，因而，inhomogeneousportaccuracyenhancement的功能的影響也將被忽略，所以一定要確保端口處的損耗不要太大。而對于頻域求解器，除了諧振計算外，是考慮了端口的有損材料的，并計算復(fù)傳播常數(shù)。

周期波導(dǎo)端口

對于使用六面體網(wǎng)格的頻域求解器FDS，可以考慮非0相移的周期端口邊界。這些邊界特性和BoundaryCondition對話框中的全局設(shè)置相對應(yīng)，下面看看一個具有周期邊界的簡單波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的例子。

下圖是一個計算域的x方向使用周期邊界條件的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該周期定義為一恒定的和期望的端口模式的傳播方向（z軸）成30度角。

前兩個模式如下圖電場矢量和磁場矢量所示，你可以看到第一個模式是平面波，而其次個模式則是Floquet模式。

阻抗定義

對所有類型的波導(dǎo)端口，其波阻抗的值都等于對所有端口面上的網(wǎng)格點[j]的截線電場與截線磁場比值的平均值：

然而，為了避免由于小數(shù)值造成的錯誤，在某個門限（相對最大場值）以下的數(shù)值就不不含在計算之內(nèi)，在solverlogfile中的z-Wave-Sigma中可以看到這種平均值的不一致性。

此外，對任意多導(dǎo)體端口（同軸波導(dǎo)端口、微帶線、連接器端口等），都存在靜態(tài)模式場（TEM或QTEM模），lineimpedance的值都將計算，它是通過對每個獨立模式以考慮注入結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)體電流來計算，按以下表達式計算：

其中，power為Poynting矢量沿段進口區(qū)域積分而來，current是磁場沿導(dǎo)體表面積分計算而來。

注：必需意識到這和尋常的定義Z＝U/I是不一樣的，因而會求得不同的結(jié)果。模式校準

由于可以選擇指定引腳數(shù)次并定義不同模式（見下面的其次個例子），所以，你應(yīng)當檢查一下你定義的電勢是否彼此正交，假使沒有檢查，求解器將自動使模式彼此正交以獲取穩(wěn)定的仿真。

LineImpedancedefinition

多引腳端口的線性阻抗等于多個導(dǎo)體端口定義（見上面波導(dǎo)端口的相關(guān)介紹），考慮一個多引腳模式，注入結(jié)構(gòu)的所有電流按下面的計算準則考慮

注：該表達式不同于一般的定義Z＝U/I,因而會得出不同結(jié)果。詳細內(nèi)容見下面的介紹Symmetries

在多引腳端口中使用對稱是很簡單的，假使對稱面兩側(cè)電勢一致，根據(jù)電場分布，必需定義一個磁對稱面，反之，則必需定義一個電對稱面。Examples：

下面的兩個例子中使用一般的同軸端口來分析多引腳端口解算器（multipinportoperator）應(yīng)用范圍、定義、使用。本征模求解

右圖中是一個由四個內(nèi)導(dǎo)體和一個屏蔽導(dǎo)體構(gòu)成的多引腳波導(dǎo)，本征模求解器求解通過四個不同的2D模式給出，如下圖圖中電場矢量所示。然而，由于這些模式是凋落模，只要模式是正交的，求解器的求解就是任意的，因而，任何經(jīng)線性疊加產(chǎn)生的模式都會在波導(dǎo)中傳播，multipinoperator多引腳解算器就是用來定義這些模式的。

Multipindefinition多引腳定義

指定模式的定義是通過確定相應(yīng)導(dǎo)體上的電勢分布來實現(xiàn)的，右圖中就是兩個電勢設(shè)置，第一個是設(shè)置一個正電勢并在其對角的引腳pin處定義為負電勢即[1(1,+)和1(1,-)]，其次個也有兩個電勢設(shè)置，但是這次兩個都設(shè)置為正電勢[1(2,+)]，兩種狀況下，其他模式都被定義為0。

在這下面的兩個圖中，你可以看到多引腳模式分布狀況，電場的散度分布和導(dǎo)體引腳上的電勢定義是一致的。

ModesetNo.1

第一個引腳模式的電場分布，modesetNo.2的引腳電勢置為0，其線性阻抗為Z=2*U/I

其次個引腳模式的電場分布，兩個定義的電流引腳的電壓設(shè)置為0，線性阻抗為Z＝U/I/2

Multiplepinselection其次個例子中，我們給出了對兩個導(dǎo)體引腳使用多重選擇的雙同軸波導(dǎo)端口的微分鼓舞，在右圖中給出了導(dǎo)體引腳的多重定義。第一個多引腳multipin設(shè)置為彼此相反的電勢[1(1,+)和1(1,-)]，而其次個modeset設(shè)置為兩個正電勢[1(2,+)]，請注意導(dǎo)體引腳的多重選擇不能用于定義single-ended端口。

下圖是多引腳模式設(shè)置并給出了相應(yīng)的電場分布，由于使用了多引腳定義，兩個模式是彼此正交的。

Single-endedwaveguideports單端波導(dǎo)端口

如上所述，對于非均勻多導(dǎo)體端口，QTEM模將部在凋落，這意味著會因現(xiàn)有模式的線性疊加產(chǎn)生新的模式，然而，我們對導(dǎo)體之間的耦合更感興趣，例如多導(dǎo)體微帶線之間的竄擾問題。通過單端（single-ended）s參數(shù)可以獲取這方面的信息，每個單個導(dǎo)體都考慮了導(dǎo)體與接地之間的電壓（沿最短的電壓路徑）以及由端口模式引起的導(dǎo)體電流。基于此，在波導(dǎo)端口對話框中，所有多導(dǎo)體端口都必需定義為single-ended單端端口。在仿真開始時，求解器使用基模計算相應(yīng)的s參數(shù)，然后在后處理階段在重新計算單端s參數(shù)（single-ended

s-parameter）,該單端結(jié)果描述了引腳之間的耦合狀況，此外，在CSTDESIGNSTUDIO?中，

通過相應(yīng)的電路連接，他們也可以用來獲取任意的或微分S參數(shù)。

以上圖中的雙導(dǎo)體微帶線為例，最上面的兩個圖給出了存在于線上的QTEM模分布：奇模和偶模。這兩個模式是在仿真過程中鼓舞起來的，因此求解器會計算出其相應(yīng)的奇偶模的S參數(shù)?，F(xiàn)在啟動后處理根據(jù)給定的電壓/電流重組這些S參數(shù)，因而產(chǎn)生新的S參數(shù)表達這兩個隔離導(dǎo)體間的行為，如可以分析其間的竄擾。

在最終兩個圖中可以看到CSTDESIGNSTUDIO?中的通用或微分準則使得重組這些S參數(shù)成為可能。在這個例子中，新的S參數(shù)等效于奇偶模仿真求得的S參數(shù)。然而，CSTDESIGNSTUDIO?中，在繁雜和非對稱甚至含有更多導(dǎo)體引腳的結(jié)構(gòu)中，該程序提供了不需重新仿真結(jié)構(gòu)就可以計算不同的連接模式。

單端端口定義對感興趣的非正交模式也是十分有用的，但不太可能直接鼓舞起這些模式，卻可以通過基模仿真結(jié)果重組獲取他們的S參數(shù)，請注意：使用single-ended端口模式計算求解會自動激活規(guī)一化固定阻抗，但該阻抗值，在仿真前可以在相應(yīng)的求解器對話框中修正。模式校準

多引腳端口的模式是朝向和相應(yīng)導(dǎo)體引腳電勢定義一致的電場散度方向的，磁場則由鼓舞端口的功率流決定，如模式的Poynting矢量總是指向端口的的輻射方向的。

CST鼓舞源之離散端口

除了波導(dǎo)端口和平面波，離散端口提供了另一種饋電形式。離散端口有三種類型可用，電壓源鼓舞、電流源鼓舞，以及吸收功率并計算S參數(shù)的阻抗鼓舞。

請注意，根據(jù)選擇的端口類型，端口的輸入信號是規(guī)一化的。端口類型：

Voltageport:該端口通過一恒定電壓幅值實現(xiàn)電壓源的作用，在瞬態(tài)分析中，假使該端口沒有被鼓舞，那么沿線的電壓就被置為0，在運行求解中將記錄電壓鼓舞信號。Currentport:該端口通過一恒定電流幅值實現(xiàn)電流源的作用，在運行求解中將記錄電流鼓舞信號。

Impedanceelement(S-Parametertype):該端口通過集中元件包括含內(nèi)阻的鼓舞和吸收功率

的電流源來模擬仿真。在瞬態(tài)分析中，只有離散單元是鼓舞端口時，電流源才被激活。該端口提供1w的輸入功率并可計算基于入射和反射時間信號相應(yīng)的S參數(shù)。另外，也可以監(jiān)控橫過離散端口的電壓和穿過離散端口的電流。注意，離散端口的方向用來確定S參數(shù)的相位。Meshrepresentation網(wǎng)格描述

離散端口是由兩個點定義的，或是選擇兩個點或是輸入點坐標的有效表達式，在

ModellerView中可以看到輸入的數(shù)據(jù)，離散端口由一條直線和一個錐體來表示。由于離散端口必需位于計算網(wǎng)格上，所以建議在MeshView中檢查一下網(wǎng)格狀況，在MeshView中，我們可以看到幾乎所有的單元包括金屬線都在網(wǎng)格上，且只有中間的單元包含源。

一個離散單元的網(wǎng)格包括兩條金屬線（圖中橙色部分）和一個源（圖中紅色錐體）。線和錐體的顏色可以在ColorsViewOptions中修改。Symmetryplanes對稱面

假使一個離散端口具有對稱面，在垂直切口處定義為電平面，平行處定義為磁平面。相應(yīng)的離散端口的對稱因素都是自動考慮的，譬如依靠于阻抗和輸入功率的仿真結(jié)果不會因定義了對稱面而改變。然而，考慮到單元的分派，假使定義了電對稱面，那么對稱規(guī)則和原問題會稍有不同，如下圖所示，在對稱面處源的對稱表示等價于中間有兩個源的離散單元，對于仿真結(jié)果而言，這個影響尋常是可以忽略的。

DiscretePort

除了波導(dǎo)端口和平面波，離散端口提供了另一種饋電形式。離散端口有三種類型可用，電壓源鼓舞、電流源鼓舞，以及吸收功率并計算S參數(shù)的阻抗鼓舞。

離散端口是由起點和終點兩個點來定義的，這兩個點通過理想導(dǎo)線連接，如上圖中深橙色線所示，而端口源（圖中紅色錐體部分所示）位于該導(dǎo)線中間，線和錐體的顏色可以在ColorsViewOptions中修改。

注：離散單元的起點和終點之間的導(dǎo)線必需沿著網(wǎng)格棱，然而，在模型窗口是無法看到這些線的分布的，只有在MeshView中，實際的針對網(wǎng)格的線的分布才可以看到，如上圖所示Porttypeframe端口類型框架

在這里選擇端口類型，輸入?yún)?shù)將跟相應(yīng)的設(shè)置一致，請注意：端口的輸入信號根據(jù)選擇的端口類型不同而規(guī)一化。S-Parameter：

該端口通過集中元件包括含內(nèi)阻的鼓舞和吸收功率的電流源來模擬仿真。在瞬態(tài)分析中，只有離散單元是鼓舞端口時，電流源才被激活。電流僅僅注入到端口中心部分的網(wǎng)格單元即途中紅色錐體部分，該集總的源單元沿定義的離散端口的終點的網(wǎng)格棱是電連接的，沿著導(dǎo)線，電流的作用類似傳輸線，這意味著在特定時間，電流沿線振幅不同。

假使是電連接的確切模型，譬如bondwire（跳線），建議使端口線長度低于感興趣的波長，并用真實模型模擬電連接。

該端口提供1w的輸入功率并可計算基于入射和反射時間信號相應(yīng)的S參數(shù)。另外，也可以監(jiān)控橫過離散端口的電壓和穿過離散端口的電流。注意，離散端口的方向用來確定S參數(shù)的相位。基于S參數(shù)的離散端口的等效電路如下所示：

Voltageport:該端口通過一恒定電壓幅值實現(xiàn)電壓源的作用，在瞬態(tài)分析中，假使該端口沒有被鼓舞，那么沿線的電壓就被置為0，在運行求解中將記錄電壓鼓舞信號。Currentport:該端口通過一恒定電流幅值實現(xiàn)電流源的作用，在運行求解中將記錄電流鼓舞信號。

Propertiesframe

Name:從下拉菜單中選擇有效的名字，該數(shù)字將在結(jié)構(gòu)圖中的靠近離散端口處顯示，并用來命名相應(yīng)的S參數(shù)，請注意該端口數(shù)的定義是和波導(dǎo)端口中的定義是一樣的。

Impedance/Voltage/Current:指定離散端口輸入?yún)?shù)的數(shù)字表達式。根據(jù)端口類型中定義的設(shè)置插入阻抗、電壓幅度和電流幅度，對于選擇S-parameter，計算得到的S參數(shù)將自動規(guī)一到特定的阻抗。

Monitorvoltageandcurrent