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CST仿真技術(shù)問題:為什么波導端口線阻抗會隨著頻率而變化

來源: | 作者:thinks | 發(fā)布時間: 2024-10-31 | 66 次瀏覽 | 分享到:

CST 中如果使用波導端口進行激勵,則在仿真完成后,可以從導航樹 2D/3D Results > Port Modes > Port 1 > e1/h1 中查看到端口處的線阻抗。

 

首先通過宏命令:Macros > Calculate > Calculate analytic Line Impedance 創(chuàng)建接地共面波導(CPW),在下圖所示參數(shù)設(shè)置后,點擊 Build 3D 按鈕,會自動創(chuàng)建好接地共面波導 3D 模型。

 

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CPW 兩端添加波導端口激勵,并將仿真頻率范圍設(shè)為 0 ~ 10GHz(中心頻率 5GHz)后運行仿真,查看端口模式和端口線阻抗,其線阻抗值為 38.05 Ohm。

 

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將頻率范圍改為 0-30GHz(中心頻率 15GHz)后再仿真,可以觀察到線阻抗值變?yōu)?91.41Ohm。

 

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仔細對比兩個頻率對應(yīng)的端口模式 3D 場型圖,可以發(fā)現(xiàn)隨著頻率范圍的改變,端口處雖然都是 QTEM 模式,但其模式場型已經(jīng)不再相同。只要在傳輸線的橫截面上存在兩種或兩種以上不同2 CST - 常見問題解答 FAQs屬性的材料,此傳輸線就必定色散。簡而言之,在這種情況下,同一模式的阻抗會隨著頻率的變化而變化。此類傳輸線稱為非均勻傳輸線 (inhomogeneous transmission line)。

 

為了觀察模式場型和端口線阻抗與頻率之間的對應(yīng)關(guān)系,下面分別給出了中心頻率為 5GHz、8GHz、12GHz、15GHz 處的端口電場模式圖。

 

① 中心頻率 5GHz:線阻抗 38.05 Ohm:

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② 中心頻率 8GHz:線阻抗 40.04 Ohm:

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③ 中心頻率 12GHz:線阻抗 60.44 Ohm:

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④ 中心頻率 15GHz:線阻抗 91.41 Ohm:

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通過觀察可以發(fā)現(xiàn)隨著中心頻率逐漸變大,QTEM 模式的場型也隨之漸變,從 8GHz 左右,傳輸線的色散特性開始顯現(xiàn),整個場型開始逐漸變化,端口線阻抗也開始非線性增大。對比中心頻率為 5GHz 和 15GHz 的端口模式場型圖,即可發(fā)現(xiàn)雖然端口模式的類型沒有變化,但是場型已經(jīng)發(fā)生了改變,所以端口線阻抗也隨之改變。

 

如果端口處的傳輸線是色散的,且仿真帶寬較大的話,建議作如下設(shè)置:在功能區(qū)的Simulation 選項卡下,點擊 T-Solver 圖標,進入時域求解器設(shè)置對話框,勾選上紅框顯示部分,啟用非均勻端口精度增強;然后點擊 Specials 按鈕,切換到 Waveguide 選項卡,確認 Number of frequency samples 設(shè)置為 20。此時 CST 仿真會在整個頻段根據(jù)設(shè)置的采樣頻點(此處設(shè)置為 20個)對每個頻點的端口阻抗進行匹配,從而為之后的 S 參數(shù)等計算進行歸一化。設(shè)置完成后點擊時域求解器窗口中的 Start 按鈕即可開始仿真。


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仿真完成后,在導航樹中選擇 1D Results > Port Information > Line Impedance,即可查看端口線阻抗值關(guān)于頻率變化的曲線圖,從圖中可以找到前述驗證的中心頻率分別在 5GHz、8GHz、12GHz和 15GHz 的端口線阻抗值。


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