CST激勵(lì)源之波導(dǎo)端口（1）

來(lái)源：OPERA仿真專家之路更新時(shí)間：2024-06-23 閱讀：

波導(dǎo)端口是一種特殊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(guò)2D頻域解算器求解二維端口面內(nèi)可能本征模實(shí)現(xiàn)的，且端口處每種可能的電磁場(chǎng)解析解都可以通過(guò)無(wú)數(shù)模式的疊加求得，然而，實(shí)際上，少量的模式就可以進(jìn)行場(chǎng)仿真了，求解計(jì) 算中需要考慮的模式數(shù)可以在WaveguidePort對(duì)話框中設(shè)定。

這里要注意：激勵(lì)波導(dǎo)端口的輸入信號(hào)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(diǎn)的端口類型的數(shù)量定義。因而，我們首先必須

精確的判定激勵(lì)問題的類型，然后在選擇并定義合適的波導(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）特色的情況下，我們可以選擇使用normal waveguide ports（標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)端口），與此同時(shí)，multipinports可以計(jì)算凋落的TEM模。

標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)端口標(biāo)準(zhǔn)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(guò)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；如下圖是一個(gè)均勻、矩形標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)端口，通過(guò) normal waveguide operator 解算。下圖中是一個(gè)具有三個(gè)模式的波導(dǎo)端口，這里按各自的截止頻率來(lái)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(shí)，建議考慮所有的傳播模式，因?yàn)槲纯紤]的模式將在端口處引起反射。對(duì)于凋落模式也采用同樣的考慮，如果必要的話，求解器將檢查這些情況并給出警告信息。

非均勻波導(dǎo)端口如果波導(dǎo)由兩種或兩種以上材料的介質(zhì)填充如下圖所示，

那么模式就呈現(xiàn)頻率依賴性，如下圖所示就是三個(gè)不同頻點(diǎn)的 TE 模，頻率越高（從左到右頻率逐漸增加），那么場(chǎng)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）。

因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的波導(dǎo)解算器只計(jì)算指定頻點(diǎn)處的場(chǎng)模式，對(duì)于寬帶內(nèi)計(jì)算場(chǎng)模式將會(huì)報(bào)錯(cuò)。因此我們需要打開瞬態(tài)解算器中Special對(duì)話框（如下圖所示）。

激活其中的broadband port operator（寬帶端口解算器），這里，端口模式將在多個(gè)頻點(diǎn)處計(jì)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(gè)或更多的內(nèi)導(dǎo)體。在端口處如果存在一個(gè)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(gè)外導(dǎo)體和四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體構(gòu)成，因此存在三個(gè)不同TEM模式，如下圖所示。這些模式是凋落模（具有相同的傳播常數(shù)），且可以疊加產(chǎn)生新的模式，這是因?yàn)樗麄儽舜耸钦坏?。?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功能指定你期望激勵(lì)的模式。

非均勻同軸波導(dǎo)或連接器端口假定為輕微不均勻同軸波導(dǎo)或同軸連接器端口，通過(guò)使用MultipinPort，依舊會(huì)疊加產(chǎn)生許多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(cuò)誤信息。假定不均勻錯(cuò)誤已經(jīng)不能忽略調(diào)，那么所有的端口應(yīng)該定義為Single-ended，在仿真結(jié)束后，single-ended S參數(shù)將作為后處理中一部分，然后在CST DESIGN STUDIO中通過(guò)類似結(jié)構(gòu)的multipin配置的微分激勵(lì)重新合并計(jì)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(shí)域仿真中受到一定的限制。然而，為了獲取更精確的結(jié)果，我們應(yīng)該考慮下面的幾個(gè)方面：

首先，在2D本征模計(jì)算中沒有開放邊界條件，基于此，時(shí)域中的開放邊界條件則被2D 本征模計(jì)算中的磁邊界條件取代。因此，為改善精度在遠(yuǎn)區(qū)對(duì)重要的模式場(chǎng)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(jì)算次數(shù)以及距離從而降低了精度，同時(shí)發(fā)生的寬帶錯(cuò)誤也可能不再使用inhomogeneousportaccuracyenhancement（在瞬態(tài)求解對(duì)話框中設(shè)定）功能，這個(gè)特征使用fulldeembedding就需要所有端口模式的激勵(lì)，因此，慎重的激活該功能是明智的，如果可能的話，可以使用S-parameter symmetries，下面給出微帶線的例子，都是基于標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)端口解算器（normalwaveguideoperator）。單根微帶線右圖是一個(gè)有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)端口的簡(jiǎn)單微帶線，下圖給出了求得的 S 參數(shù) ，由于 chosen mode calculation Frequency選擇模式計(jì)算頻率，在10GHz左右，其反射是正確的，作為對(duì)比，右圖中則給出了使用full deembedding的結(jié)果，在整個(gè)期望的頻率范圍內(nèi)其反射小于－60dB。