CST入門16-波導(dǎo)端口特性和設(shè)置選項(xiàng)

來源：OPERA仿真專家之路更新時間：2024-06-22 閱讀：

波導(dǎo)端口中的色散材料

波導(dǎo)端口如果包含色散或損耗材料，例如介電基板或有耗金屬，對于特定求解器會有一些限制。

Transient Solver可以考慮使用不均勻端口精度增強(qiáng)功能考慮材料色散。如果未激活增強(qiáng)功能，則使用中間頻率的色散材料的常數(shù)近似計算端口模式。

Frequency Domain Solvers計算復(fù)數(shù)傳播常數(shù)時，考慮端口中的有損材料。對于基于六面體網(wǎng)格的端口模式求解器，不支持有損金屬表面阻抗模型，有損金屬被視為PEC。

阻抗定義

Wave impedance：波導(dǎo)口的波阻抗值：所有網(wǎng)格點(diǎn)i在端口平面上橫向電場與橫向磁場的平均之比。

低于某個數(shù)量級的場值會被忽略以避免由小數(shù)除法引起的錯誤。

Z-Wave-Sigma：通過求解器日志文件中的Z-Wave-Sigma可以找到通過平均波阻抗計算的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

Line Impedance：考慮所有導(dǎo)體電流進(jìn)入結(jié)構(gòu)的方式，分別計算每種模式下的線阻抗值

功率由端口區(qū)域的坡印廷矢量積分得到，電流則是通過在導(dǎo)體表面周圍小距離內(nèi)積分磁場得到。這與通常定義的Z=U/I不同。

Mode Calibration模式校準(zhǔn)

電場模式通過一些特定規(guī)則校準(zhǔn)；磁場由激勵端口的功率流確定。這意味著模式圖的坡印廷矢量始終指向端口輻射方向。因此在CST Design Studio中連接各種結(jié)構(gòu)的端口時，可以避免產(chǎn)生不必要的相位差。

下面圖片展示端口模式校準(zhǔn)與電場方向的關(guān)系。在空腔波導(dǎo)中，電場分量方向相對于端口的本地u/v坐標(biāo)系。如果端口內(nèi)有內(nèi)導(dǎo)體（適用于具有兩個或三個導(dǎo)體的端口），則電場指向地，如下右側(cè)兩圖所示（微帶線和同軸）。

端口模式與端口坐標(biāo)系相對應(yīng)，確保CST Design Studio中的端口耦合一致性。多引腳端口模式使用引腳的電位定義確定電場分量的方向。

Calibration lines校準(zhǔn)線

自動校準(zhǔn)模式適用于整個端口區(qū)域，但對于四面體網(wǎng)格模型，可以使用校準(zhǔn)線將模式校準(zhǔn)限制在指定的線上，而不是使用整個端口區(qū)域。如果在端口區(qū)域中使用了非均勻材料，此方法很有用，校準(zhǔn)線在不同的位置會導(dǎo)致電場產(chǎn)生較大變化。

Mode Polarization模式極化

兩種模式共享一個傳播常數(shù)時，可能會發(fā)生模式退化。根據(jù)使用的網(wǎng)格形式的不同，有兩種方法定義退化模式極化。

圓波導(dǎo)存在極化問題。在下面的例子中，計算了兩種傳播模式。默認(rèn)情況下，這些模式的方向是任意的。

六面體網(wǎng)格：使用六面體網(wǎng)格的模型，可以在波導(dǎo)端口對話框中定義0到360度之間的極化角。該角度參考的是第一個退化模式的E場主方向。當(dāng)選擇相應(yīng)端口時，在端口面上會顯示基模電場方向的箭頭。第二個模式將垂直于第一個模式。

四面體網(wǎng)格：使用四面體網(wǎng)格的模型，可以使用“Mode Impedance and Calibration模式阻抗和校準(zhǔn)”對話框定義退化模式的極化。為此，需要兩條極化線將兩個退化模式的E場主方向相互垂直對齊。如果僅為第一個退化模式定義了一條校準(zhǔn)線，則第二個模式將與另一個垂直對齊，但可能會造成0或180度相位差。

在模式阻抗和校準(zhǔn)對話框中按下添加按鈕會打開一個“模式阻抗和校準(zhǔn)線”對話框?？梢栽诖藢υ捒蛑蟹峙涫苡绊懙哪Ｊ胶途€序號。此外，還可以用選取模式的方式創(chuàng)建線。

每條線對應(yīng)一個序號。每一行表示施加到第一列選擇的模式的所有約束。polarization標(biāo)簽列中的數(shù)字指用于對齊退化模式的線。

EXAMPLE：圓形波導(dǎo)的兩種TE11模

TE11模式的兩種極化可以用相互垂直的向量來表示。

兩個TE11模的模式圖，極化方向與端口定義中的線對齊。

EXAMPLE：圓波導(dǎo)的5種模式。TE11模式有兩種極化，分別對應(yīng)兩個垂直的向量。另外兩條45度極化線對準(zhǔn)退化模式TE21。TE21模式線定義在半徑上，而不是直徑，避免E場主方向的不確定性。

四種模式的極化方向與端口定義圖中所示一致，分別為兩個退化TE11模式和兩個退化TE21模式。

Ensure shielding確保屏蔽

內(nèi)部波導(dǎo)端口需要應(yīng)用電或磁屏蔽以確保波導(dǎo)邊界與計算域的邊界條件的一致性。對于六面體網(wǎng)格，端口屏蔽等效建模為一個沿著場方向的管道，長度為兩個網(wǎng)格單元。四面體網(wǎng)格則不需要網(wǎng)格外推。

邊界條件會受到端口屏蔽的影響，導(dǎo)體可能會被電屏蔽短路。與磁屏蔽相比，電邊界條件或PEC具有更高的優(yōu)先級。此外，基于六面體網(wǎng)格的求解器檢測端口是否包含外部區(qū)域（如同軸線自帶的屏蔽）。如果是這種情況，則屏蔽端口將沒有任何效果。

六面體網(wǎng)格視圖中的波導(dǎo)端口

每個結(jié)構(gòu)在仿真前都必須進(jìn)行空間離散化也就是所謂的畫網(wǎng)格，波導(dǎo)端口也是如此。端口邊界不一定能正好對齊網(wǎng)格。所以端口的網(wǎng)格實(shí)際尺寸肯定比實(shí)際定義尺寸會大，擴(kuò)大到外部第一個網(wǎng)格。如下紅色為實(shí)際計算端口的大小。

在瞬態(tài)求解中波導(dǎo)端口模式計算需要在端口前有一些等距網(wǎng)格區(qū)域，即三個網(wǎng)格步長。一般自動化網(wǎng)格會自動考慮這點(diǎn)。如果自動化劃分沒有生成，則可以用局部網(wǎng)格設(shè)置實(shí)現(xiàn)等距網(wǎng)格區(qū)域。