CST入門15-激勵源之波導端口
波導端口代表了計算域的一種特殊邊界條件，它既可以激發能量，也可以吸收能量。這種端口等效一個無限長波導連接到結構。波導模式從結構向邊界平面傳播，以非常低的反射水平離開計算域。
當端口中的波導模式與結構內部波導的模式完全匹配時，可以實現非常低的反射。微波工作室使用二維特征模式求解器來計算波導端口模式。
定義波導端口的面需要覆蓋整個傳輸線與端口區域間的場域。特征模態求解器可以在這些邊界內計算出精確的端口模態。要考慮的模式數量在波導端口對話框中定義。如何合適的定義波導端口在一定程度上取決于傳輸線的類型。
激發波導端口的輸入信號被歸一化為1（瓦^1/2）的峰值功率。
波導端口定義菜單說明
Distance to ref. plane:在進行S參數的去嵌（de-embeding）時，需要確定參考平面與待測器件之間的距離以獲得正確的相位信息。正值表示將參考平面向外移動，負值則向內移動。此外，在計算運行后也可以進行去嵌入操作。后處理中Signal Post-Processing > S-Parameter Calculations > Deembed S-Parameter....
Multipin port: 定義多引腳端口勾選此框
Define pins...: 按下此按鈕后出現多引腳定義對話框。
Number of modes:指定用于計算使用的模式數量。
Single-ended:勾此選項會在后處理中將先前定義的單端多引腳端口重新計算S參數。在設置多引腳定義期間，必須為每個內導體創建一個單獨的模式，留一個最外層導體不定義表示地。
單端口模式計算時，求解器會自動激活阻抗歸一化到固定阻抗的功能。在開始仿真前，可以在相應的求解器對話框中修改這個固定阻抗值。
Ensure shielding: 如果端口模式域內沒有電氣屏蔽（例如在同軸波導中），則可以勾選此框以激活邊界做特殊處理。electric: 波導端口的邊界被視為PEC屏蔽層。magnetic: 波導端口的邊界被視為PMC屏蔽層。積分方程求解器不支持磁場屏蔽，會自動應用電場屏蔽。
Monitor only:勾選后會監測模態振。
Impedance and calibration: 勾選此框定義阻抗、校準和極化線。
Polarization angle: 兩個共享一個傳播常數的模式可以線性組合，形成模式退化。通過輸入極化角度（0到360度之間），可以確定第一個模式的E場主方向，并在端口平面上用綠色箭頭可視化該方向。
空腔波導
端口定義方法
這種類型波導的端口分配非常簡單。只要確保端口覆蓋整個波導截面。定義端口可以通過選擇空腔中介質的面定義，也可以通過選擇多條邊或者多個點，只要能確定唯一平面就可以定義：
端口模式
微波工作室中波導端口不僅僅可以使用基本模式，也可以考慮高階模式。
下圖中，列出了空腔波導按照截止頻率排序的前三種模式。傳播模式的數量隨設置的頻率范圍而變化。在波導端口設置的模式數要足夠，否則將有未考慮的模式被端口反射。
如果選擇了倏逝模結果，則會出現一個框，顯示端口模式衰減至-40dB時與端口的距離:
多個波導模式可以在結構不連續處相互轉換能量。由于這些現象，傳播模式的s參數也會受到倏逝模的影響。因此，需要考慮一定數量的倏逝模。建議輸入的模式數，使最后一個模式的-40dB距離短于到結構的下一個不連續處。這樣對未考慮到的模式的影響最小化。
同軸電纜
端口定義方法
這種類型波導的端口分配非常簡單，只要確保端口覆蓋整個同軸電纜的橫截面。通過選擇點/線/面定義端口面，端口尺寸將自動調整為所選單元的邊界框。
端口模式
在大多數情況下，只需要考慮同軸波導饋電的基本模式。模式自動極化為電場從內導體指向外導體，如下圖所示:
微帶線
這種類型的結構需要對微帶線上方的空氣進行建模。
端口模式/端口大小
端口的大小是一個非常重要的因素。一方面，端口需要足夠大，以覆蓋微帶線的基本準tem模式。另一方面，端口尺寸也不能太大，因為這可能會導致高階模式在端口中傳播。
下面的圖片顯示了微帶線的基本模式（左）和高階模式（右）：
微帶線的高階模式與矩形波導中的模式非常相似。場型由波導端口一周的閉合edge描述，edge上采用的邊界條件就是模型中boundary中的設置。如果總設置中用的是“open”開放邊界，則端口edge上會用“magnetic”磁邊界。圍繞端口的封閉面使得該端口表現出類似于矩形波導的特性。
端口越大，這些模式的截止頻率就越低。由于高階模式很多都是人為造成的，在仿真中可以不考慮。端口尺寸應選擇得足夠小，以使高階模式無法傳播，并且只選擇一個（基本）模式作為端口。
高階微帶線模式的傳播會導致瞬態仿真中能量衰減非常緩慢，頻域仿真則會出現尖峰。然而，端口尺寸過小會降低S參數精度甚至引起瞬態求解器不穩定。如果遇到此類問題，需檢查端口尺寸大小是否合適。
端口的大小通常由系數k確定，如下圖：
端口的最佳大小取決于w/h的比值、基底介電常數和頻率范圍，其較優值在5到10之間。可以通過2D云圖查看端口模式的E和H場來驗證端口大小是否合適。如果場云圖明顯被端口邊界修剪了，則應該增大其尺寸。更可靠的方法是將k進行掃參，通過線阻抗收斂曲線評估系數k是否合適。
端口定義方法
選取微帶線的整個端面或選取位于介質基板表面上的端面邊緣定義。
然后打開端口定義對話框（Sources and Loads > Waveguide Port）。如果選擇了單個線條，則還需要設置端口的法向方向和方向。
確保準確輸入微帶線下基底的高度h，否則會在基底和接地金屬之間引入一些不必要的額外空間，或者端口可能根本沒有連接到地。建議定義參數來表示基板的高度的其他方向的端口擴展。如上圖。
當需要模擬屏蔽微帶線時，端口通常可以選擇覆蓋整個結構的尺寸。或者使用端口定義對話框中的全平面選項來定義覆蓋計算域整個邊界面的波導端口是最簡單的方法。
當多個微帶線位于計算域的同一邊界時，如果彼此足夠遠，則場的相互作用可以忽略不計。各自定義即可，如下示例：
兩條微帶線距離很近時，它們就不再作為兩個獨立的微帶線工作，因為模場相互作用并且波導變成了多引腳波導。就要用到Multipin Port多引腳端口。
微帶線模擬中的另一個重要方面是，模式圖與頻率相關（區別于空腔波導或同軸電纜中的模式圖）。
頻域求解器會自動重新計算每個頻點的模式圖。
與之相反，時域求解器在整個頻帶使用相同的模式圖，這可能導致端口模式在除了模式計算頻率外的其他頻率上不匹配。離模式計算的頻率越遠，誤差越大。
瞬態求解器默認計算頻帶中心頻率的模式圖，但可以通過在Setup Solver > Specials > Waveguide中指定Mode calculation frequency 模式計算頻率來更改。
盡管端口存在很少的不匹配，寬帶仿真結果在大多數情況下仍然會保證足夠精度。但是，對于非常高的精度要求或非常大的帶寬時，可能需要在求解器設置中(Time Domain Solver)中激活inhomogeneous port accuracy enhancement不均勻端口精度增強選項。這能提高S參數的準確性，但會降低仿真速度。
舉例：單條微帶線加2個波導端口。
根據設置的計算頻率范圍（0-20GHz）只能在10 GHz左右比較準確，而應用不均勻端口精度增強的計算結果顯示，在整個頻率范圍內反射小于-60 dB，符合預期。
共面傳輸線
高頻設備中經常使用共面傳輸線。根據基板是否由金屬屏蔽，波導被稱為非接地共面線（下左圖）或接地共面線（下右圖）。
這種波導類型從電磁角度來看相對復雜，與微帶線情況類似。
端口模式/端口大小
端口的大小是非常重要的考慮因素。一方面，端口需要足夠大以包含共面線場的主要部分。另一方面，端口尺寸不應過大，因為這可能會導致高階波導模式在端口中傳播。
下圖分別展示了未接地共面波導的基本偶模、奇模以及高階模：
推薦接地和非接地共面線兩種情況下端口的推薦尺寸：
非接地：
接地：
理想情況下，端口的寬度應該是內導體寬度加上兩個間隙的三倍，但如果存在尺寸限制，則可以將其縮小到內導體寬度加上間隙的兩倍左右。
對于非接地共面線，端口應該至少擴大內導體寬度的一半+上下層金屬之間的寬度。對于接地共面線，在內導體上方同樣適用，同時使端口足夠大到觸及下方的接地金屬。
端口定義方法
與微帶線方式相同
多引腳波導端口
多引腳波導端口的特點是端口中具有兩個以上的導體。根據這個定義，共面線也是一種多引腳波導。
同質多引腳波導端口
同質多引腳端口中出現的TEM模式是退化的（具有相同的傳播常數），彼此正交可以疊加到新的模式圖中。例如，以下同軸多引腳端口由一個外導體和四個內導體組成，因此存在四種不同的TEM模式。
建議使用多引腳操作multipin operator功能來指定要激發的模式圖。
非同質多引腳波導端口
在輕微不均勻的同軸波導或連接器端口情況下，可以使用多引腳端口將結果QTEM模式疊加起來。但是模式之間傳播常數的差異會導致一些不準確性，這取決于端口的不均勻性。
當不均勻性較大時，所有端口都應定義為單端口。仿真完成后，單端S參數將作為后處理步驟計算，并通過類似于結構的多引腳配置的差分激勵在CST Design Studio中重新組合。
