CST入门15-激励源之波导端口
波导端口代表了计算域的一种特殊边界条件，它既可以激发能量，也可以吸收能量。这种端口等效一个无限长波导连接到结构。波导模式从结构向边界平面传播，以非常低的反射水平离开计算域。
当端口中的波导模式与结构内部波导的模式完全匹配时，可以实现非常低的反射。微波工作室使用二维特征模式求解器来计算波导端口模式。
定义波导端口的面需要覆盖整个传输线与端口区域间的场域。特征模态求解器可以在这些边界内计算出精确的端口模态。要考虑的模式数量在波导端口对话框中定义。如何合适的定义波导端口在一定程度上取决于传输线的类型。
激发波导端口的输入信号被归一化为1（瓦^1/2）的峰值功率。
波导端口定义菜单说明
Distance to ref. plane:在进行S参数的去嵌（de-embeding）时，需要确定参考平面与待测器件之间的距离以获得正确的相位信息。正值表示将参考平面向外移动，负值则向内移动。此外，在计算运行后也可以进行去嵌入操作。后处理中Signal Post-Processing > S-Parameter Calculations > Deembed S-Parameter....
Multipin port: 定义多引脚端口勾选此框
Define pins...: 按下此按钮后出现多引脚定义对话框。
Number of modes:指定用于计算使用的模式数量。
Single-ended:勾此选项会在后处理中将先前定义的单端多引脚端口重新计算S参数。在设置多引脚定义期间，必须为每个内导体创建一个单独的模式，留一个最外层导体不定义表示地。
单端口模式计算时，求解器会自动激活阻抗归一化到固定阻抗的功能。在开始仿真前，可以在相应的求解器对话框中修改这个固定阻抗值。
Ensure shielding: 如果端口模式域内没有电气屏蔽（例如在同轴波导中），则可以勾选此框以激活边界做特殊处理。electric: 波导端口的边界被视为PEC屏蔽层。magnetic: 波导端口的边界被视为PMC屏蔽层。积分方程求解器不支持磁场屏蔽，会自动应用电场屏蔽。
Monitor only:勾选后会监测模态振。
Impedance and calibration: 勾选此框定义阻抗、校准和极化线。
Polarization angle: 两个共享一个传播常数的模式可以线性组合，形成模式退化。通过输入极化角度（0到360度之间），可以确定第一个模式的E场主方向，并在端口平面上用绿色箭头可视化该方向。
空腔波导
端口定义方法
这种类型波导的端口分配非常简单。只要确保端口覆盖整个波导截面。定义端口可以通过选择空腔中介质的面定义，也可以通过选择多条边或者多个点，只要能确定唯一平面就可以定义：
端口模式
微波工作室中波导端口不仅仅可以使用基本模式，也可以考虑高阶模式。
下图中，列出了空腔波导按照截止频率排序的前三种模式。传播模式的数量随设置的频率范围而变化。在波导端口设置的模式数要足够，否则将有未考虑的模式被端口反射。
如果选择了倏逝模结果，则会出现一个框，显示端口模式衰减至-40dB时与端口的距离:
多个波导模式可以在结构不连续处相互转换能量。由于这些现象，传播模式的s参数也会受到倏逝模的影响。因此，需要考虑一定数量的倏逝模。建议输入的模式数，使最后一个模式的-40dB距离短于到结构的下一个不连续处。这样对未考虑到的模式的影响最小化。
同轴电缆
端口定义方法
这种类型波导的端口分配非常简单，只要确保端口覆盖整个同轴电缆的横截面。通过选择点/线/面定义端口面，端口尺寸将自动调整为所选单元的边界框。
端口模式
在大多数情况下，只需要考虑同轴波导馈电的基本模式。模式自动极化为电场从内导体指向外导体，如下图所示:
微带线
这种类型的结构需要对微带线上方的空气进行建模。
端口模式/端口大小
端口的大小是一个非常重要的因素。一方面，端口需要足够大，以覆盖微带线的基本准tem模式。另一方面，端口尺寸也不能太大，因为这可能会导致高阶模式在端口中传播。
下面的图片显示了微带线的基本模式（左）和高阶模式（右）：
微带线的高阶模式与矩形波导中的模式非常相似。场型由波导端口一周的闭合edge描述，edge上采用的边界条件就是模型中boundary中的设置。如果总设置中用的是“open”开放边界，则端口edge上会用“magnetic”磁边界。围绕端口的封闭面使得该端口表现出类似于矩形波导的特性。
端口越大，这些模式的截止频率就越低。由于高阶模式很多都是人为造成的，在仿真中可以不考虑。端口尺寸应选择得足够小，以使高阶模式无法传播，并且只选择一个（基本）模式作为端口。
高阶微带线模式的传播会导致瞬态仿真中能量衰减非常缓慢，频域仿真则会出现尖峰。然而，端口尺寸过小会降低S参数精度甚至引起瞬态求解器不稳定。如果遇到此类问题，需检查端口尺寸大小是否合适。
端口的大小通常由系数k确定，如下图：
端口的最佳大小取决于w/h的比值、基底介电常数和频率范围，其较优值在5到10之间。可以通过2D云图查看端口模式的E和H场来验证端口大小是否合适。如果场云图明显被端口边界修剪了，则应该增大其尺寸。更可靠的方法是将k进行扫参，通过线阻抗收敛曲线评估系数k是否合适。
端口定义方法
选取微带线的整个端面或选取位于介质基板表面上的端面边缘定义。
然后打开端口定义对话框（Sources and Loads > Waveguide Port）。如果选择了单个线条，则还需要设置端口的法向方向和方向。
确保准确输入微带线下基底的高度h，否则会在基底和接地金属之间引入一些不必要的额外空间，或者端口可能根本没有连接到地。建议定义参数来表示基板的高度的其他方向的端口扩展。如上图。
当需要模拟屏蔽微带线时，端口通常可以选择覆盖整个结构的尺寸。或者使用端口定义对话框中的全平面选项来定义覆盖计算域整个边界面的波导端口是最简单的方法。
当多个微带线位于计算域的同一边界时，如果彼此足够远，则场的相互作用可以忽略不计。各自定义即可，如下示例：
两条微带线距离很近时，它们就不再作为两个独立的微带线工作，因为模场相互作用并且波导变成了多引脚波导。就要用到Multipin Port多引脚端口。
微带线模拟中的另一个重要方面是，模式图与频率相关（区别于空腔波导或同轴电缆中的模式图）。
频域求解器会自动重新计算每个频点的模式图。
与之相反，时域求解器在整个频带使用相同的模式图，这可能导致端口模式在除了模式计算频率外的其他频率上不匹配。离模式计算的频率越远，误差越大。
瞬态求解器默认计算频带中心频率的模式图，但可以通过在Setup Solver > Specials > Waveguide中指定Mode calculation frequency 模式计算频率来更改。
尽管端口存在很少的不匹配，宽带仿真结果在大多数情况下仍然会保证足够精度。但是，对于非常高的精度要求或非常大的带宽时，可能需要在求解器设置中(Time Domain Solver)中激活inhomogeneous port accuracy enhancement不均匀端口精度增强选项。这能提高S参数的准确性，但会降低仿真速度。
举例：单条微带线加2个波导端口。
根据设置的计算频率范围（0-20GHz）只能在10 GHz左右比较准确，而应用不均匀端口精度增强的计算结果显示，在整个频率范围内反射小于-60 dB，符合预期。
共面传输线
高频设备中经常使用共面传输线。根据基板是否由金属屏蔽，波导被称为非接地共面线（下左图）或接地共面线（下右图）。
这种波导类型从电磁角度来看相对复杂，与微带线情况类似。
端口模式/端口大小
端口的大小是非常重要的考虑因素。一方面，端口需要足够大以包含共面线场的主要部分。另一方面，端口尺寸不应过大，因为这可能会导致高阶波导模式在端口中传播。
下图分别展示了未接地共面波导的基本偶模、奇模以及高阶模：
推荐接地和非接地共面线两种情况下端口的推荐尺寸：
非接地：
接地：
理想情况下，端口的宽度应该是内导体宽度加上两个间隙的三倍，但如果存在尺寸限制，则可以将其缩小到内导体宽度加上间隙的两倍左右。
对于非接地共面线，端口应该至少扩大内导体宽度的一半+上下层金属之间的宽度。对于接地共面线，在内导体上方同样适用，同时使端口足够大到触及下方的接地金属。
端口定义方法
与微带线方式相同
多引脚波导端口
多引脚波导端口的特点是端口中具有两个以上的导体。根据这个定义，共面线也是一种多引脚波导。
同质多引脚波导端口
同质多引脚端口中出现的TEM模式是退化的（具有相同的传播常数），彼此正交可以叠加到新的模式图中。例如，以下同轴多引脚端口由一个外导体和四个内导体组成，因此存在四种不同的TEM模式。
建议使用多引脚操作multipin operator功能来指定要激发的模式图。
非同质多引脚波导端口
在轻微不均匀的同轴波导或连接器端口情况下，可以使用多引脚端口将结果QTEM模式叠加起来。但是模式之间传播常数的差异会导致一些不准确性，这取决于端口的不均匀性。
当不均匀性较大时，所有端口都应定义为单端口。仿真完成后，单端S参数将作为后处理步骤计算，并通过类似于结构的多引脚配置的差分激励在CST Design Studio中重新组合。
