CST激勵源之波導端口（1）

來源：OPERA仿真專家之路更新時間：2024-06-23 閱讀：

波導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對話框中設定。

這里要注意：激勵波導端口的輸入信號是規(guī)一化到峰值功率為1sqrt（Watt）使用波導端口要根據(jù)不同需求、不同特點的端口類型的數(shù)量定義。因而，我們首先必須

精確的判定激勵問題的類型，然后在選擇并定義合適的波導端口。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（標準波導端口），與此同時，multipinports可以計算凋落的TEM模。

標準波導端口標準波導端口即我們經(jīng)常使用的矩形或圓形波導結(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)均勻波導端口；如下圖是一個均勻、矩形標準波導端口，通過 normal waveguide operator 解算。下圖中是一個具有三個模式的波導端口，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，因為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，如果必要的話，求解器將檢查這些情況并給出警告信息。

非均勻波導端口如果波導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）。

因為標準的波導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。因此我們需要打開瞬態(tài)解算器中Special對話框（如下圖所示）。

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

同軸波導端口或連接器和上面的波導端口相比，同軸端口或連接器擁有一個或更多的內(nèi)導體。在端口處如果存在一個以上的內(nèi)導體將產(chǎn)生截止頻率為0的TEM模。右圖中的均勻同軸波導由一個外導體和四個內(nèi)導體構(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（具有相同的傳播常數(shù)），且可以疊加產(chǎn)生新的模式，這是因為他們彼此是正交的。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功能指定你期望激勵的模式。

非均勻同軸波導或連接器端口假定為輕微不均勻同軸波導或同軸連接器端口，通過使用MultipinPort，依舊會疊加產(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中通過類似結(jié)構(gòu)的multipin配置的微分激勵重新合并計算。

微帶線不像同軸波或矩形波導，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，為了獲取更精確的結(jié)果，我們應該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)求解對話框中設定）功能，這個特征使用fulldeembedding就需要所有端口模式的激勵，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，都是基于標準波導端口解算器（normalwaveguideoperator）。單根微帶線右圖是一個有兩個標準波導端口的簡單微帶線，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full deembedding的結(jié)果，在整個期望的頻率范圍內(nèi)其反射小于－60dB。