CST 热-光调制器仿真实例（2）- 温控材料，时域多物理耦合

本案例是简化的一段光频传输线，核心材料硅的介电常数随温度而变化，通过改变其温度，比如用外界的线圈或热电阻控制，随时改变其介电常数，从而使S21在工作频率的相位发生改变，达到相位调制的目的。

这里我们让热源功率在时域的波形为方形，方便演示。开1微秒，再关2微秒：

硅材料的温度变化曲线为线性，温度越高，介电越高： 

这样可以预计其S21在工作频率的相位波形大致如图：

下面我们来看如何进行这种温控的时域仿真。

想法是这样，比如3微秒中，我们采样51个，这样每个时间点间隔0.0588微秒，在每个时间点，我们计算一下该时刻的材料温度，然后电磁仿真中，用该温度下的介电常数，算出相位，重复51次。所以这里难点有几个：

1）如何设置时域热仿真Tht，使每个时间点的起始温度，自动设置为上一个时间点计算的结束温度。

2）如何设置电磁仿真，读取每个时间点热仿真计算出来的温度，用于新的S21计算，尤其是第一个时间点。

3） 如何将每个时间点的S21相位结果保存，串联成最终的时域结果曲线；还要将每个时间点的温度结果保存，串联成温度变化曲线。

这样和以往的电磁和热耦合仿真不同，以往常见的电磁与多物理耦合方法是先计算电磁损耗，然后将其作为热源看温度升高，而本案例是先计算温度，然后使其控制电磁仿真。 

模型很简单，硅和二氧化硅，其中硅是温度变化材料。

生成两个子项目，用sequence任务将热和电磁两个任务loop起来： 

先看热仿真：

热仿真中定义时域信号，热源，温度点监视器，和时域温度场： 

温度点监视器是为了获取温度曲线，我们就拿中心点。时域温度场则需要对应我们的时间采样点，这个是给电磁仿真中温变材料要用的温度场。

Tht求解器中，仿真时间为一个时间采样。TMax是3微秒，NTimeSteps是51。这里一定要选中store result data in cache保存数据，并且Start temperature中，设置起始温度要读取上一个时间点数据。该方法只适用于sequence任务。

这里手动仿真第一个时间点，方便我们定义后处理和设置电磁仿真。添加一个后处理，提取点监视器的温度（比如传输线中心）。

由于每个时间点该结构都会被覆盖，所以在sequence任务中，我们需要后处理，就是上面截图中的record results。这个后处理叫0D数据写成1D数据，正适合我们这种每个时间点串联结果用。

再看电磁仿真：

将温度场作为场源导入。

然后高级的操作来了，用计算器计算：

AddToHistory("Set Special Thermal Material Property","Solver.ConsiderThermal Material(""always"")")

这样可以将其添加到历史树，其作用是从第一个时间点开始，我们就让电磁仿真使用温度场。  

仿第一个时间点后，需要后处理将S21相位unwrap，然后提取工作频率的相位： 

最后，sequence任务中，串联每个时间点的相位： 

最后启动sequence仿真

结束之后，获得两条曲线，一个是监视点的温度随时间变化，另一个是S21相位随时间变化。

小结

本案例是很经典的温控材料电磁仿真案例，不限于光频，流程主要在于以下几个高级用法： 

1.    如何设置时域热仿真THt，使每个时间点的起始温度，自动设置为上一个时间点计算的结束温度。

2.    如何设置电磁仿真，随时读取每个时间点热仿真计算出来的温度。

3.    如何将每个时间点的S21相位结果保存，串联成最终的时域结果曲线；还有将每个时间点的温度结果保存，串联成温度变化曲线。

本案例也展示了两个绝大多数CST用户都会忽略的两个功能，一个是sequence任务的作用，本案例必须用sequence任务；另一个是CST自带计算器，可以用来运行简单的VBA。