CST激勵源之波導(dǎo)端口(2)
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(zhǔn)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,因而呈現(xiàn)了三種不同的非退化準(zhǔn) 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, even and odd mode(地、奇、偶模),在求解對話框中, 你可以方便的選擇對你的仿真激勵感興趣的模式。
含接地面的多導(dǎo)體微帶線一般情況下,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-ended ports分析計算有損 微帶線。
如果微帶線含有損耗,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,inhomogeneous port accuracy enhancement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,而第二 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,為了避免因為小數(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,按下列表達(dá)式計算:
其中,power為Poynting矢量沿段進(jìn)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:必須意識到這和通常的定義Z=U/I是不一樣的,因而會求得不同的結(jié)果。
模式校準(zhǔn)
為了獲得計算的模式的一致性方向,電模式場需根據(jù)特定的準(zhǔn)則校準(zhǔn);然后通過激勵端口的功率流確定磁場。這意味著模式的Poynting矢量總是指向端口輻射方向,因為這,使得在CSTDESIGN STUDIOTM中不同結(jié)構(gòu)的端口可以在不產(chǎn)生不期望的相移的情況下連接。
下圖給出了考慮電場方向的端口模式的校準(zhǔn)線,在中空波導(dǎo)中,電場是朝向端口的局部U/V坐標(biāo)系。如果有內(nèi)導(dǎo)體(端口有兩個或三個導(dǎo)體)存在,那么導(dǎo)體pin的散度計算則是正 的,比如,電場指向地,如下圖中右側(cè)的兩個途中所示(微帶和同軸波導(dǎo))。
所有其他端口模式都是指向其相應(yīng)的端口的坐標(biāo)系的,這類似于中空波導(dǎo)端口的情況。因此,無論什么情況下,在CSTDESIGNSTUDIOTM中都要確保端口耦合的一致性。在Multipinport模式的使用potentialpin定義來確定電場方向的。
波導(dǎo)端口的網(wǎng)格查看在開始仿真之前,任何結(jié)構(gòu)都必須空間離散化,對波導(dǎo)端口而言也不例外?;谝恢滦裕ㄟB續(xù)性)的原因,端口使用和結(jié)構(gòu)相同的網(wǎng)格,因而,定義端口的尺寸不必和用于仿真的 端口尺寸相同。這些尺寸必須映射到網(wǎng)格上,因而會有輕微的變化,然而,端口尺寸總是被 放大的。為了控制仿真中觀察到的尺寸,你可以輸入網(wǎng)格模式,如下圖紅色框架所示反映了 映射到端口的情況。
波導(dǎo)端口
波導(dǎo)端口是根據(jù)入射波功率和反射波功率來進(jìn)行求解計算的,對每個波導(dǎo)端口而言,在計算求解過程中,都將記錄其S參數(shù)(時域信號用于時域仿真)。實際上,端口可以被連接到結(jié)構(gòu)中的縱向均勻波導(dǎo)代替。在仿真求解前,你至少需要一個激勵源(或波導(dǎo)端口、或離 散端口或平面波)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行饋電。
注:激勵的波導(dǎo)端口的輸入信號是規(guī)一化到1 sqrt(watt)的。在輸入對話框彈出前,如果你選擇了一個沿某個軸的面,然后就會提示你輸入新端口區(qū)域的尺寸。基本框架GeneralframeName:從下拉菜單中選擇有效的名字,該數(shù)值將顯示在結(jié)構(gòu)圖中的端口面上,并用來命名S 參數(shù)結(jié)果,請注意:端口編號是和離散端口discreteport的定義共享的(一致的)。Normal:選擇端口面的法向。端口必須平行于計算域的邊界以便你可以在x、y、z之間選擇。
Orientation:定義端口的方向,如輻射方向。Lower 端口輻射方向為正方向,upper端口輻射 方向為負(fù)方向,和選擇的端口的法向坐標(biāo)軸有 關(guān)。通常,要和upper或lower邊界的計算域的定 義相一致。然后,你也可以在計算域內(nèi)定義內(nèi)部端口。注:在定義一個新端口,或選擇一個以前的端口 時,端口的局部坐標(biāo)系(由全局坐標(biāo)系的方向決 定)將顯示在主窗口中,另外,如果端口被激勵, 則端口處的箭頭則表明輻射方向。你可以使用鼠 標(biāo)滾輪調(diào)整端口大小的顯示。
位置框架Position frame Coordinates:在這里,你可以選擇通過輸入沿法 向的截面端口的尺寸改變端口大小?!騀ree:選擇 了free,你可以在這里輸入端口截面的最小和最大 值,在Edit fields中,你可以看到其取決于端口的法向方向。
Normal Edit fields
Ymin, Ymax, Zmin, Zmax
Xmin, Xmax, Zmin, Zmax
Xmin, Xmax, Ymin, Ymax 右圖給出了位于lower z邊界的波導(dǎo)端口截面的參 數(shù)情況。
◎ Full plane:如果你選擇了Full plane,那么通過 位置和法向定義的整個邊界將作為波導(dǎo)端口。右圖給出了擴(kuò)展到整個邊界平面的波導(dǎo)端口 情況。
◎ Use picks:我們也可以通過選擇平行于坐標(biāo)軸 或一個平面中至少兩個棱的作為端口。因而, 在模型窗口中,如果你已經(jīng)選擇面或棱,那么 就需要選擇Use picks 選項定義端口,如果選 擇的面和期望的端口尺寸不一致,你可以在下 面的域中輸入相應(yīng)的值來改變端口尺寸。
Normal Edit fields
Ymin, Ymax, Zmin, Zmax
Xmin, Xmax, Zmin, Zmax
Xmin, Xmax, Ymin, Ymax
Free normal position:激活該按鈕定義內(nèi)部端口, 如端口位于計算域內(nèi)。該選框只有在選擇Free 或 Full plane 模式時才可用。該法線位置的值可以是插入到相應(yīng)的X/Y/Zpos域 中,如果該值超過了計算域的尺寸,則端口就為 計算域的邊界處。
注:為使用該按鈕時,其端口總是位于計算域的upper和lower邊界處,和lower或upper端口方向相一致。
參考平面框架Reference plane frame
Distance to ref. plane:指定參考平面的距離以獲取基于S參數(shù)的準(zhǔn)確相位信息。正值則向外移 動參考平面,負(fù)值則向內(nèi)移動。Deembeding在計算運行后也可以執(zhí)行,下圖給出了波導(dǎo)端口的負(fù)距離參考平面,如參考面向內(nèi)移動。
模式設(shè)置框架Mode settings frame
Multipinport:如果想定義multipinport,選擇它。
Defin pins…:如果選擇了Multipinport,則該按鈕將激活。按下該按鈕之后,Current Set
Definitions對話框?qū)棾?,你可以通過添加新的current設(shè)置定義multipinport。
Number of modes:指定模式數(shù)用來計算仿真。
Single-ended:該按鈕提供后處理中自動重計算散射參數(shù),這些是基于先前定義的single-ended multipin ports。因而,在multipin定義設(shè)置期間,每個內(nèi)導(dǎo)體的各自獨立的模式 設(shè)置必須生成,如一個導(dǎo)體(通常是最外面的)依舊沒有定義接地導(dǎo)體,然后,該按鈕將被激活用來進(jìn)行single-ended計算。
注:在這種方法中,所有的端口都必須定義為single-ended類型,否則,就無法啟動仿真。通過使用single-ended端口模式,計算求解自動激活規(guī)一化固定阻抗值,然而,阻抗值本身在開始仿真前,在求解對話框中可以修改。
Impedance and calibration:選擇該項,如果你想定義阻抗,校準(zhǔn)和極化線
Define lines...:如果選擇了Impedanceand Calibration,那么該按鈕就會被激活,按下該按鈕 將打開模式阻抗和校準(zhǔn)對話框,你可以進(jìn)行相應(yīng)的定義。注:阻抗和校準(zhǔn)線的定義只在四面體網(wǎng)格中使用
Polarization angle:僅對退化模的首次設(shè)置。只有在為選中Impedance and Calibration時,才 能激活該選框。當(dāng)出現(xiàn)退化模,兩個模式(共用一個傳播常數(shù))可以線性疊加。通過輸入極化角度(0~360度),你可以確定這些模式中的第一個模式的電場的主方向。