CST中如何設(shè)置波端口的模式數(shù)

來源：edatop 更新時(shí)間：2024-07-05 閱讀：

1 引言

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

圖 1 模式數(shù)設(shè)置過少的警告

2 理論

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

圖 2 波端口模式設(shè)置
這就要求CST的使用者對于波導(dǎo)理論有一定的了解，能夠計(jì)算出仿真頻率范圍內(nèi)波導(dǎo)中可以導(dǎo)通的模式數(shù)到底有多少（這是微波技術(shù)課程里面最基本的知識）。
當(dāng)然，上面說的是最學(xué)術(shù)最好的方法了。其實(shí)，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(shù)的方法呢？
答案是：有。
1）設(shè)置端口模式數(shù)足夠多，默認(rèn)是1，你直接設(shè)置10或者100，把需要考慮的和不需要考慮的都考慮進(jìn)去，這太完美了。但是這樣做省事卻不省時(shí)，計(jì)算模式數(shù)的增多，帶來的是運(yùn)算時(shí)間的顯著增加，因而你要這么做的前提是有一臺(tái)足夠威武的服務(wù)器來保證你的運(yùn)算速度。
2）除了特殊情況外，直接使用默認(rèn)的端口模式數(shù)1。所謂的特殊情況，包括但不限于：（1）波導(dǎo)基模存在極化簡并模；（2）波導(dǎo)工作在高次模。
除了特殊情況外，一般情況下，波導(dǎo)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(shí)候只要波端口的模式數(shù)是默認(rèn)的1就可以吸收進(jìn)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(yàn)證

一般情況下的仿真，這里就不做了，因?yàn)榇蠹铱梢噪S便拿一個(gè)自己一起碰到過圖 1所說的警告的仿真，比較下模式數(shù)為1的情況，與模式數(shù)為N且無警告情況下，仿真結(jié)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(gòu)建了一個(gè)方波導(dǎo)（模板Antenna（Horn，Waveguide），邊長a=b=7.112mm, 波導(dǎo)長度L=10 mm,壁厚t=0.5mm，仿真頻率26GHz40GHz），從理論上可以該波導(dǎo)有兩個(gè)極化方向相互垂直的簡并的基模。

Test1：我們設(shè)置兩個(gè)端口的模式數(shù)均為1，且端口1的極化方向?yàn)?度，端口2的極化方向?yàn)?0度，可以看到這兩個(gè)模式是極化隔離的。因而，端口1激發(fā)的極化方向?yàn)?度的模式在端口2中因?yàn)槲幢豢紤]，將會(huì)被完全的反射回去，端口1的反射系數(shù)將為0dB。

圖3 Port2模式數(shù)為1

可以看出仿真結(jié)果跟理論預(yù)測非常的接近，可以說明理論是正確的。

Test2：我們設(shè)置端口1的模式數(shù)為1，且端口1的極化方向?yàn)?度，端口2的模式數(shù)為2，極化方向?yàn)?0度（這時(shí)指的是基模極化方向?yàn)?0度），保持兩個(gè)端口的基模是極化隔離的。這時(shí)，端口1激發(fā)的極化方向?yàn)?度的模式在端口2中因?yàn)楸豢紤]了（即為端口2的模式2），所以將會(huì)被完全的吸收，這時(shí)候端口1的反射系數(shù)將非常的小。

可以看出仿真結(jié)果與理論預(yù)想非常的接近，從而驗(yàn)證了理論。

4 結(jié)論

本文討論了如何設(shè)置波端口的模式數(shù)的問題，“作為一個(gè)準(zhǔn)則，波端口模式數(shù)最少要等于導(dǎo)通的模式數(shù)，因?yàn)槲纯紤]的模式數(shù)將被波端口反射?！倍遥ㄟ^仿真驗(yàn)證了“未考慮的模式數(shù)將被波端口反射”，并且給出了波端口模式數(shù)簡便設(shè)置的方法“除了特殊情況外，直接使用默認(rèn)的端口模式數(shù)1。所謂的特殊情況，包括但不限于：（1）波導(dǎo)基模存在極化簡并模；（2）波導(dǎo)工作在高次模?！?nbsp;
希望本文對于CST的初學(xué)者和愛好者能有所幫助，謝謝!

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