CST中如何設置波端口的模式數

來源：edatop 更新時間：2024-07-05 閱讀：

1 引言

CST中對于波端口模式數的設置對于新手來說往往很困惑，不知道設置多少個為宜，而在CST的仿真中，特別是當仿真帶寬比較寬的情況下，經常會遇到圖 1所示的警告，讓人對結果的真實性產生一些懷疑。于是，出于對結果的精益求精有的人可能會不斷的逐步增加端口的模式數來進行仿真。幸運的情況下，你可能增加一次端口模式數，該警告就消失了。否則，你可能增加不知道多少次，該結果依然存在，讓你感到崩潰。特別是對于仿真時間比較長的模型，在時間上是不允許這么來回的嘗試的，那么我們應該怎樣設置端口的模式數呢？

圖 1 模式數設置過少的警告

2 理論

其實,CST的help文件中《Waveguide Port Overview》->《Port Modes》中，如圖 2所示，已經給出了明確的回答：

圖 2 波端口模式設置
這就要求CST的使用者對于波導理論有一定的了解，能夠計算出仿真頻率范圍內波導中可以導通的模式數到底有多少（這是微波技術課程里面最基本的知識）。
當然，上面說的是最學術最好的方法了。其實，很多情況下，對于仿真精度要求沒有那么高的情況下，有沒有簡便的確定波端口模式數的方法呢？
答案是：有。
1）設置端口模式數足夠多，默認是1，你直接設置10或者100，把需要考慮的和不需要考慮的都考慮進去，這太完美了。但是這樣做省事卻不省時，計算模式數的增多，帶來的是運算時間的顯著增加，因而你要這么做的前提是有一臺足夠威武的服務器來保證你的運算速度。
2）除了特殊情況外，直接使用默認的端口模式數1。所謂的特殊情況，包括但不限于：（1）波導基模存在極化簡并模；（2）波導工作在高次模。
除了特殊情況外，一般情況下，波導都是工作在主模模式，高次模的能量非常小，且主模通常是單一的，即沒有簡并模式，這時候只要波端口的模式數是默認的1就可以吸收進入該波端口的絕大部分能量，因此我們也就無法直觀的看出該波端口反射未考慮的模式的效果了。

3 仿真驗證

一般情況下的仿真，這里就不做了，因為大家可以隨便拿一個自己一起碰到過圖 1所說的警告的仿真，比較下模式數為1的情況，與模式數為N且無警告情況下，仿真結果是否非常的接近。這里我主要討論為什么上面所說的特殊情況要除外，即“unconsidered modes will be reflected by the port operator.”。

這里我拿特殊情況1作為例子，為了看到明顯的效果，這里我們構建了一個方波導（模板Antenna（Horn，Waveguide），邊長a=b=7.112mm, 波導長度L=10 mm,壁厚t=0.5mm，仿真頻率26GHz40GHz），從理論上可以該波導有兩個極化方向相互垂直的簡并的基模。

Test1：我們設置兩個端口的模式數均為1，且端口1的極化方向為0度，端口2的極化方向為90度，可以看到這兩個模式是極化隔離的。因而，端口1激發的極化方向為0度的模式在端口2中因為未被考慮，將會被完全的反射回去，端口1的反射系數將為0dB。

圖3 Port2模式數為1

可以看出仿真結果跟理論預測非常的接近，可以說明理論是正確的。

Test2：我們設置端口1的模式數為1，且端口1的極化方向為0度，端口2的模式數為2，極化方向為90度（這時指的是基模極化方向為90度），保持兩個端口的基模是極化隔離的。這時，端口1激發的極化方向為0度的模式在端口2中因為被考慮了（即為端口2的模式2），所以將會被完全的吸收，這時候端口1的反射系數將非常的小。

可以看出仿真結果與理論預想非常的接近，從而驗證了理論。

4 結論

本文討論了如何設置波端口的模式數的問題，“作為一個準則，波端口模式數最少要等于導通的模式數，因為未考慮的模式數將被波端口反射。”而且，通過仿真驗證了“未考慮的模式數將被波端口反射”，并且給出了波端口模式數簡便設置的方法“除了特殊情況外，直接使用默認的端口模式數1。所謂的特殊情況，包括但不限于：（1）波導基模存在極化簡并模；（2）波導工作在高次模。”
希望本文對于CST的初學者和愛好者能有所幫助，謝謝!

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