CST激励源之波导端口(2)
带有接地平面的两个导体微带线下图给出带有接地平面的两个导体微带线的奇模、偶模分布,由于端口区域的不连续性,其奇偶模都是非退化的QTEM(准TEM波),描绘了这种结构的两种静态模式。
共面微带线
典型的共面微带线由四个独立导体构 成,因而呈现了三种不同的非退化准 TEM 模(QTEM),如图中所示,端口被磁臂分开 以避免接地面和两条边带线之间的短路。沿 线传播的三个模式为 ground, even and odd mode(地、奇、偶模),在求解对话框中, 你可以方便的选择对你的仿真激励感兴趣的模式。
含接地面的多导体微带线一般情况下,具有不连续性的多导体波导端口,其单个导 体间的 耦 合影响 一 般通过 single-ended ports分析计算有损 微带线。
如果微带线含有损耗,无论是介质基板损耗,还是金属导体损耗,对于指定的求解器都 会有一定的约束、限制。
一般,对瞬态求解器而言,在端口模式解算中,损耗是不计在内的,因此端口区域会有 些许的反射。主要取决于这些损耗的大小,损耗越大反射增加,甚至可能覆盖整个频带产生 宽带错误,这些都是由于不连续的微带线的特点造成的,因而,inhomogeneous port accuracy enhancement的功能的影响也将被忽略,所以一定要确保端口处的损耗不要太大。而对于频域求解器,除了谐振计算外,是考虑了端口的有损材料的,并计算复传播常数。
周期波导端口对于使用六面体网格的频域求解器FDS,可以考虑非0相移的周期端口边界。这些边界特性和BoundaryCondition对话框中的全局设置相对应,下面看看一个具有周期边界的简单波导结构的例子。
下图是一个计算域的x方向使用周期边界条件的波导结构,该周期定义为一恒定的和期望的端口模式的传播方向(z轴)成30度角。
前两个模式如下图电场矢量和磁场矢量所示,你可以看到第一个模式是平面波,而第二 个模式则是Floquet模式。
阻抗定义
对所有类型的波导端口,其波阻抗的值都等于对所有端口面上的网格点[j]的截线电场与 截线磁场比值的平均值:
然而,为了避免因为小数值造成的错误,在某个门限(相对最大场值)以下的数值就不不含在计算之内,在solverlogfile中的z-Wave-Sigma中可以看到这种平均值的不一致性。
此外,对任意多导体端口(同轴波导端口、微带线、连接器端口等),都存在静态模式场(TEM或QTEM模),lineimpedance的值都将计算,它是通过对每个独立模式以考虑注入结构中的导体电流来计算,按下列表达式计算:
其中,power为Poynting矢量沿段进口区域积分而来,current是磁场沿导体表面积分计算而来。注:必须意识到这和通常的定义Z=U/I是不一样的,因而会求得不同的结果。
模式校准
为了获得计算的模式的一致性方向,电模式场需根据特定的准则校准;然后通过激励端口的功率流确定磁场。这意味着模式的Poynting矢量总是指向端口辐射方向,因为这,使得在CSTDESIGN STUDIOTM中不同结构的端口可以在不产生不期望的相移的情况下连接。
下图给出了考虑电场方向的端口模式的校准线,在中空波导中,电场是朝向端口的局部U/V坐标系。如果有内导体(端口有两个或三个导体)存在,那么导体pin的散度计算则是正 的,比如,电场指向地,如下图中右侧的两个途中所示(微带和同轴波导)。
所有其他端口模式都是指向其相应的端口的坐标系的,这类似于中空波导端口的情况。因此,无论什么情况下,在CSTDESIGNSTUDIOTM中都要确保端口耦合的一致性。在Multipinport模式的使用potentialpin定义来确定电场方向的。
波导端口的网格查看在开始仿真之前,任何结构都必须空间离散化,对波导端口而言也不例外。基于一致性(连续性)的原因,端口使用和结构相同的网格,因而,定义端口的尺寸不必和用于仿真的 端口尺寸相同。这些尺寸必须映射到网格上,因而会有轻微的变化,然而,端口尺寸总是被 放大的。为了控制仿真中观察到的尺寸,你可以输入网格模式,如下图红色框架所示反映了 映射到端口的情况。
波导端口
波导端口是根据入射波功率和反射波功率来进行求解计算的,对每个波导端口而言,在计算求解过程中,都将记录其S参数(时域信号用于时域仿真)。实际上,端口可以被连接到结构中的纵向均匀波导代替。在仿真求解前,你至少需要一个激励源(或波导端口、或离 散端口或平面波)对结构进行馈电。
注:激励的波导端口的输入信号是规一化到1 sqrt(watt)的。在输入对话框弹出前,如果你选择了一个沿某个轴的面,然后就会提示你输入新端口区域的尺寸。基本框架GeneralframeName:从下拉菜单中选择有效的名字,该数值将显示在结构图中的端口面上,并用来命名S 参数结果,请注意:端口编号是和离散端口discreteport的定义共享的(一致的)。Normal:选择端口面的法向。端口必须平行于计算域的边界以便你可以在x、y、z之间选择。
Orientation:定义端口的方向,如辐射方向。Lower 端口辐射方向为正方向,upper端口辐射 方向为负方向,和选择的端口的法向坐标轴有 关。通常,要和upper或lower边界的计算域的定 义相一致。然后,你也可以在计算域内定义内部端口。注:在定义一个新端口,或选择一个以前的端口 时,端口的局部坐标系(由全局坐标系的方向决 定)将显示在主窗口中,另外,如果端口被激励, 则端口处的箭头则表明辐射方向。你可以使用鼠 标滚轮调整端口大小的显示。
位置框架Position frame Coordinates:在这里,你可以选择通过输入沿法 向的截面端口的尺寸改变端口大小。◎Free:选择 了free,你可以在这里输入端口截面的最小和最大 值,在Edit fields中,你可以看到其取决于端口的法向方向。
Normal Edit fields
Ymin, Ymax, Zmin, Zmax
Xmin, Xmax, Zmin, Zmax
Xmin, Xmax, Ymin, Ymax 右图给出了位于lower z边界的波导端口截面的参 数情况。
◎ Full plane:如果你选择了Full plane,那么通过 位置和法向定义的整个边界将作为波导端口。右图给出了扩展到整个边界平面的波导端口 情况。
◎ Use picks:我们也可以通过选择平行于坐标轴 或一个平面中至少两个棱的作为端口。因而, 在模型窗口中,如果你已经选择面或棱,那么 就需要选择Use picks 选项定义端口,如果选 择的面和期望的端口尺寸不一致,你可以在下 面的域中输入相应的值来改变端口尺寸。
Normal Edit fields
Ymin, Ymax, Zmin, Zmax
Xmin, Xmax, Zmin, Zmax
Xmin, Xmax, Ymin, Ymax
Free normal position:激活该按钮定义内部端口, 如端口位于计算域内。该选框只有在选择Free 或 Full plane 模式时才可用。该法线位置的值可以是插入到相应的X/Y/Zpos域 中,如果该值超过了计算域的尺寸,则端口就为 计算域的边界处。
注:为使用该按钮时,其端口总是位于计算域的upper和lower边界处,和lower或upper端口方向相一致。
参考平面框架Reference plane frame
Distance to ref. plane:指定参考平面的距离以获取基于S参数的准确相位信息。正值则向外移 动参考平面,负值则向内移动。Deembeding在计算运行后也可以执行,下图给出了波导端口的负距离参考平面,如参考面向内移动。
模式设置框架Mode settings frame
Multipinport:如果想定义multipinport,选择它。
Defin pins…:如果选择了Multipinport,则该按钮将激活。按下该按钮之后,Current Set
Definitions对话框将弹出,你可以通过添加新的current设置定义multipinport。
Number of modes:指定模式数用来计算仿真。
Single-ended:该按钮提供后处理中自动重计算散射参数,这些是基于先前定义的single-ended multipin ports。因而,在multipin定义设置期间,每个内导体的各自独立的模式 设置必须生成,如一个导体(通常是最外面的)依旧没有定义接地导体,然后,该按钮将被激活用来进行single-ended计算。
注:在这种方法中,所有的端口都必须定义为single-ended类型,否则,就无法启动仿真。通过使用single-ended端口模式,计算求解自动激活规一化固定阻抗值,然而,阻抗值本身在开始仿真前,在求解对话框中可以修改。
Impedance and calibration:选择该项,如果你想定义阻抗,校准和极化线
Define lines...:如果选择了Impedanceand Calibration,那么该按钮就会被激活,按下该按钮 将打开模式阻抗和校准对话框,你可以进行相应的定义。注:阻抗和校准线的定义只在四面体网格中使用
Polarization angle:仅对退化模的首次设置。只有在为选中Impedance and Calibration时,才 能激活该选框。当出现退化模,两个模式(共用一个传播常数)可以线性叠加。通过输入极化角度(0~360度),你可以确定这些模式中的第一个模式的电场的主方向。