CST 中如果使用波导端口进行激励,则在仿真完成后,可以从导航树 2D/3D Results > Port Modes > Port 1 > e1/h1 中查看到端口处的线阻抗。
首先通过宏命令:Macros > Calculate > Calculate analytic Line Impedance 创建接地共面波导(CPW),在下图所示参数设置后,点击 Build 3D 按钮,会自动创建好接地共面波导 3D 模型。
在 CPW 两端添加波导端口激励,并将仿真频率范围设为 0 ~ 10GHz(中心频率 5GHz)后运行仿真,查看端口模式和端口线阻抗,其线阻抗值为 38.05 Ohm。
将频率范围改为 0-30GHz(中心频率 15GHz)后再仿真,可以观察到线阻抗值变为 91.41Ohm。
仔细对比两个频率对应的端口模式 3D 场型图,可以发现随着频率范围的改变,端口处虽然都是 QTEM 模式,但其模式场型已经不再相同。只要在传输线的横截面上存在两种或两种以上不同2 CST - 常见问题解答 FAQs属性的材料,此传输线就必定色散。简而言之,在这种情况下,同一模式的阻抗会随着频率的变化而变化。此类传输线称为非均匀传输线 (inhomogeneous transmission line)。
为了观察模式场型和端口线阻抗与频率之间的对应关系,下面分别给出了中心频率为 5GHz、8GHz、12GHz、15GHz 处的端口电场模式图。
① 中心频率 5GHz:线阻抗 38.05 Ohm:
② 中心频率 8GHz:线阻抗 40.04 Ohm:
③ 中心频率 12GHz:线阻抗 60.44 Ohm:
④ 中心频率 15GHz:线阻抗 91.41 Ohm:
通过观察可以发现随着中心频率逐渐变大,QTEM 模式的场型也随之渐变,从 8GHz 左右,传输线的色散特性开始显现,整个场型开始逐渐变化,端口线阻抗也开始非线性增大。对比中心频率为 5GHz 和 15GHz 的端口模式场型图,即可发现虽然端口模式的类型没有变化,但是场型已经发生了改变,所以端口线阻抗也随之改变。
如果端口处的传输线是色散的,且仿真带宽较大的话,建议作如下设置:在功能区的Simulation 选项卡下,点击 T-Solver 图标,进入时域求解器设置对话框,勾选上红框显示部分,启用非均匀端口精度增强;然后点击 Specials 按钮,切换到 Waveguide 选项卡,确认 Number of frequency samples 设置为 20。此时 CST 仿真会在整个频段根据设置的采样频点(此处设置为 20个)对每个频点的端口阻抗进行匹配,从而为之后的 S 参数等计算进行归一化。设置完成后点击时域求解器窗口中的 Start 按钮即可开始仿真。
仿真完成后,在导航树中选择 1D Results > Port Information > Line Impedance,即可查看端口线阻抗值关于频率变化的曲线图,从图中可以找到前述验证的中心频率分别在 5GHz、8GHz、12GHz和 15GHz 的端口线阻抗值。
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