CST studio suite里的各种激励端口怎么用？

在电磁仿真领域，CST Studio Suite 是一款功能强大且应用广泛的软件。准确设置激励端口对于获得可靠的仿真结果至关重要，它能模拟真实世界中电磁波的输入与输出情况。本文将详细介绍 CST Studio Suite 里各种激励端口的使用方法。

 

 

 

一、波导端口（Waveguide Port）

1. 用途与原理

波导端口用于模拟连接在结构模型上的无限长波导。由于其出色的模式匹配能力，几乎能完全吸收结构模型内传输来的电磁波，从而实现高精度的仿真，常用于波导结构、天线馈电网络等的分析。

 

2. 设置步骤

定位端口区域：打开 CST Studio Suite 软件并构建好模型后，在模型中确定波导端口的具体位置，该位置应与实际物理结构中的波导连接位置相对应。

选择端口类型：在菜单栏中依次点击 “Port”→“Add Port”，然后选择 “Waveguide Port”。

设置端口参数：在弹出的 “Waveguide Port” 对话框中，进行以下设置：

lGeneral：为端口命名，方便在后续操作与结果分析中识别。

lPosition：设置端口的位置坐标，确保其与模型中的几何位置精确对应。

lReference plane：明确端口位于模型外部还是内部位置。

l模式选择：根据实际需求选择合适的传播模式，如常见的 TE10 模式等。不同的模式对应着不同的电磁场分布和传播特性。

l端口尺寸：依据波导的实际尺寸，输入端口的横截面尺寸参数，这些参数会影响电磁波在端口的传输特性。

l边界条件：在端口边缘设置恰当的边界条件，以模拟波导的开放端或者与其他结构的连接情况，合理的边界条件可有效减少模型边界反射，提升仿真效率。

 

3. 应用场景

在波导滤波器设计中，通过在波导的输入输出端设置波导端口，可以模拟信号在滤波器中的传输、滤波过程，分析滤波器的频率响应、插入损耗等性能指标；在喇叭天线仿真中，利用波导端口模拟天线的馈电结构，研究天线的辐射特性 。

 

二、离散端口（Discrete Ports）

1. 用途与原理

离散端口由具有内阻的电流源组成，设置于结构模型内部。其定义相对简单，只需定义域结构相连的两个管脚即可。不过，为保证仿真精度，端口的电长度最好小于 1/10 个波长，否则仿真结果可能会出现较大偏差 。

 

2. 设置步骤

l选择设置方式：离散端口有离散棱边端口和离散表面端口两种设置方式。离散棱边端口需选中两个端口表面进行设置，离散表面端口则需选中两个棱边进行设置。

l设置端口属性：在属性设置栏中，设置激励源类型、端口名称、内阻等参数。激励源类型决定了输入信号的特性，内阻设置需根据实际电路情况进行调整，以准确模拟电路连接。

l确定端口位置：在 “Location” 栏中，精确设置端口的坐标，保证端口与模型中的电路元件连接位置准确无误 。

 

3. 应用场景

常用于集成电路、微波电路等小型化电路结构的仿真。例如，在微带线电路设计中，使用离散端口来模拟电路中的连接点、馈电点，分析电路的传输特性、阻抗匹配情况 。

 

 

 

三、集总端口（Lumped Port）

1. 用途与原理

集总端口主要用于电路仿真，可模拟电阻、电容、电感等集总元件。通过设置端口的位置、阻抗、元件类型等参数，能将电路中的集总元件特性引入到仿真模型中 。

 

2. 设置步骤

打开端口设置：在 CST Studio Suite 中，依次点击 “Port”→“Add Port”→“Lumped Port”。

l 设置端口参数：在弹出的 “Lumped Port” 对话框中，设置以下参数：

l 位置：指定端口在模型中的三维坐标位置，确保与电路中元件的实际位置一致。

l 阻抗：根据实际电路需求，设置端口的阻抗值，如常见的 50Ω 阻抗。

l 元件类型：选择需要模拟的集总元件类型，如电阻、电容、电感等 。

 

3. 应用场景

在射频电路设计中，用于模拟电路中的匹配网络、滤波器中的集总元件等。比如，在设计一个 LC 谐振电路时，利用集总端口设置电感和电容元件，分析电路的谐振频率、品质因数等特性 。

 

四、场源端口（Field Source Port）

1. 用途与原理

场源端口是近场源端口的拓展，包含了端口激励和散射矩阵的附加信息。除 A 渐近解算器外，所有高频求解器都支持域源端口的导入使用。它通过用一个 field source monitor 场源监视器包裹所需端口，并激励封闭的端口来建立源模型 。

 

2. 设置步骤

创建场源监视器：在模型中需要设置场源端口的位置创建 field source monitor 场源监视器，确保其能准确包裹所需端口。

选择激励方式：在激励设置中，选择 “All ports” 作为源类型。

定义场源端口：使用 “Field Source Port Creation” 对话框定义场源端口。可引用打包的等效替代模型（.fsp）和 CST Studio Suite 项目（.CST）中的场监视器结果。虽然可通过指定.cst 项目直接导入场源端口等效替代模型，但 FSP 数据文件更为便捷，它以黑箱方式打包了所有必要信息 。

 

3. 应用场景

常用于复杂电磁环境的模拟，如在分析多个天线相互作用的场景时，通过场源端口可以准确模拟每个天线端口的激励情况，研究天线阵列之间的耦合效应、辐射特性等 。

 

 

 

五、激励端口的关联与高级设置

1. 激励与端口的关联

在定义好激励源和端口后，需将激励源应用到相应端口上。有两种常见方式：

l直接关联：在软件界面中，依次点击 “Port”，选择要关联激励的端口，在弹出的端口对话框中，切换到 “Excitation” 选项卡，选择已定义好的激励源。例如，已定义一个正弦波激励和一个微波端口，在此处选择 “Sinusoidal_Waveform” 作为该微波端口的激励源 。

l脚本关联：对于熟悉编程的用户，可通过编写脚本实现激励与端口的关联。以 Python 脚本为例，先连接 CST 仿真软件，定义好正弦波激励和微波端口后，使用cst.set_excitation(port_name="Port1", waveform="Sinusoidal_Waveform")语句将正弦波激励应用到名为 “Port1” 的微波端口上 。

 

2. 激励源的频域设置（以正弦波激励为例）

在频域仿真中，可对激励源的频域特性进行设置，以更精确地控制仿真。例如，设置一个正弦波激励源的频率范围和频点数：

l打开激励设置：在 CST Studio Suite 中，依次点击 “Excitation”→“Add Excitation”→“Waveform”。

l设置频域参数：在弹出的 “Waveform” 对话框中，选择 “Frequency Domain”，输入期望的频率范围，如 1GHz 到 10GHz，并设置频点数，如 1001 个。这样软件会在指定频率范围内进行仿真计算，得到不同频率下的结果，方便分析结构在不同频率下的电磁响应特性 。

 

3. 多端口激励设置

当需要同时激励多个端口时，可在时域求解器设置中进行如下操作：

设置源类型：将 “Source Type” 设置为 “Selection”。

选择激励端口：点击 “Excitation List...”，在弹出的对话框中勾选需要同时激励的端口，并可设置端口的 “Amplitude”（幅度）和 “Phase”（相位）。还可选择激励方式，如 “Sequential (port S - parameter)” 为依次释放端口进行仿真分析，采用幅度为 1、相位为 0 的固定信号，可查看标准 S 参数结果；“Sequential (user defined)” 同样是依次释放端口，但用户可自定义幅度、相位和信号；“Simultaneous” 则是信号同时入射到选中的端口进行仿真分析。

 

在 CST Studio Suite 中正确设置和使用各种激励端口，需要深入理解每个端口的用途、原理，并严格按照设置步骤进行操作。同时，合理进行激励与端口的关联以及高级设置，能帮助用户更准确地模拟各种电磁现象，为电磁设计和分析提供有力支持。

 

希望这篇文章能让你清晰了解CST Studio Suite中激励端口的使用。若你在操作中有过特别的经历，或者想补充某些应用场景，欢迎分享。