CST仿真，波導(dǎo)端口線阻抗為什么會(huì)隨著頻率而變化?

來(lái)源：CST仿真專(zhuān)家之路更新時(shí)間：2024-06-23 閱讀：

作者 | Danner Dan

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

首先通過(guò)宏命令：Macros > Calculate > Calculate analytic Line Impedance創(chuàng)建接地共面波導(dǎo) (CPW)，在下圖所示參數(shù)設(shè)置后，點(diǎn)擊Build 3D按鈕，會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建好接地共面波導(dǎo)3D模型。

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

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)?1.41 Ohm。

仔細(xì)對(duì)比兩個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的端口模式3D場(chǎng)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(chǎng)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屬性的材料，此傳輸線就必定色散。簡(jiǎn)而言之，在這種情況下，同一模式的阻抗會(huì)隨著頻率的變化而變化。此類(lèi)傳輸線稱(chēng)為非均勻傳輸線 (inhomogeneous transmission line)。

為了觀察模式場(chǎng)型和端口線阻抗與頻率之間的對(duì)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(chǎng)模式圖。

① 中心頻率5GHz：線阻抗38.05 Ohm：

② 中心頻率8GHz：線阻抗40.04 Ohm：

③ 中心頻率12GHz：線阻抗60.44 Ohm：

④ 中心頻率15GHz：線阻抗91.41 Ohm：

通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)隨著中心頻率逐漸變大，QTEM模式的場(chǎng)型也隨之漸變，從8GHz左右，傳輸線的色散特性開(kāi)始顯現(xiàn)，整個(gè)場(chǎng)型開(kāi)始逐漸變化，端口線阻抗也開(kāi)始非線性增大。對(duì)比中心頻率為5GHz和15GHz的端口模式場(chǎng)型圖，即可發(fā)現(xiàn)雖然端口模式的類(lèi)型沒(méi)有變化，但是場(chǎng)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(xiàng)卡下，點(diǎn)擊T-Solver 圖標(biāo)，進(jìn)入時(shí)域求解器設(shè)置對(duì)話框，勾選上紅框顯示部分，啟用非均勻端口精度增強(qiáng)；然后點(diǎn)擊Specials按鈕，切換到Waveguide選項(xiàng)卡，確認(rèn)Number of frequency samples設(shè)置為20。此時(shí)CST仿真會(huì)在整個(gè)頻段根據(jù)設(shè)置的采樣頻點(diǎn)（此處設(shè)置為20個(gè)）對(duì)每個(gè)頻點(diǎn)的端口阻抗進(jìn)行匹配，從而為之后的S參數(shù)等計(jì)算進(jìn)行歸一化。設(shè)置完成后點(diǎn)擊時(shí)域求解器窗口中的Start按鈕即可開(kāi)始仿真。

仿真完成后，在導(dǎo)航樹(shù)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(yàn)證的中心頻率分別在5GHz、8GHz、12GHz和15GHz的端口線阻抗值。