CST激勵源之Multipin port端口

來源：OPERA仿真專家之路更新時間：2024-06-23 閱讀：

含有兩個以上導(dǎo)體的波導(dǎo)端口，將會激勵起TEM模，你可以在Potential Set Definitions和Define Potential SetItem Dialog中確定和編輯指定的模式。為了定義Multipin port，必須在波導(dǎo)端口對話框中激活multipin選框，按下Definepins…按鈕，將彈出PotentialSetDefinitions對話框，在這里你可以定義或編輯Potential設(shè)置。注：在簡并模中，很容易出現(xiàn)不同模式的疊加情況，因此，Multipin port operator（多引腳端口解算器）主要應(yīng)用在均勻的多個同軸或連接器端口中，當(dāng)然，在不同模式之間的傳播常數(shù)只有細微差別的時候，Multipin port也可以用在非均勻端口中。請注意兩個或更多非簡并模的疊加會產(chǎn)生不準(zhǔn)確的瞬態(tài)求解。在易于受非正交模式影響的非均勻多導(dǎo)體端口或引腳定義時multipin port應(yīng)該定義為single-ended port（單端端口）。

Potential definitions

為了定義描述電場的特殊散度分布的模式，必須在相應(yīng)的引腳pin定義正負(fù)電勢potential，該引腳中，設(shè)置電位將作為繼端口數(shù)和模式數(shù)之后的第二個值，（如'2(1,+)'則表示端口2，模式1，正電勢）。屬于另一個電勢設(shè)置的引腳處的電勢將被設(shè)置為0，沒有定義電勢的導(dǎo)體將作為接地導(dǎo)體，因而具有相等電勢的多引腳之間的電壓將被設(shè)置為0。

因為可以選擇指定引腳數(shù)次并定義不同模式（見下面的第二個例子），所以，你應(yīng)該檢

查一下你定義的電勢是否彼此正交，如果沒有檢查，求解器將自動使模式彼此正交以獲取穩(wěn)定的仿真。

Line Impedance definition

多引腳端口的線性阻抗等于多個導(dǎo)體端口定義（見上面波導(dǎo)端口的相關(guān)介紹），考慮一個多引腳模式，注入結(jié)構(gòu)的所有電流按下面的計算準(zhǔn)則考慮。

注：該表達式不同于一般的定義Z＝U/I,因而會得出不同結(jié)果。詳細內(nèi)容見下面的介紹

Symmetries

在多引腳端口中使用對稱是很容易的，如果對稱面兩側(cè)電勢相同，根據(jù)電場分布，必須定義一個磁對稱面，反之，則必須定義一個電對稱面。

Examples：

下面的兩個例子中使用一般的同軸端口來分析多引腳端口解算器（multipin port operator）應(yīng)用范圍、定義、使用。

本征模求解

右圖中是一個由四個內(nèi)導(dǎo)體和一個屏蔽導(dǎo)體構(gòu)成的多引腳波導(dǎo)，本征模求解器求解通過四個不同的2D模式給出，如下圖圖中電場矢量所示。然而，因為這些模式是凋落模，只要模式是正交的，求解器的求解就是任意的，因而，任何經(jīng)線性疊加產(chǎn)生的模式都會在波導(dǎo)中傳播，multipinoperator多引腳解算器就是用來定義這些模式的。

Multipindefinition多引腳定義指定模式的定義是通過確定相應(yīng)導(dǎo)體上的電勢分布來實現(xiàn)的，右圖中就是兩個電勢設(shè)置，第一個是設(shè)置一個正電勢并在其對角的引腳pin處定義為負(fù)電勢即[1(1,+)和1(1,-)]，第二個也有兩個電勢設(shè)置，但是這次兩個都設(shè)置為正電勢[1(2,+)]，兩種情況下，其他模式都被定義為0。在這下面的兩個圖中，你可以看到多引腳模式分布情況，電場的散度分布和導(dǎo)體引腳上的電勢定義是一致的。

Modeset No.1

第一個引腳模式的電場分布，modeset No.2的引腳電勢置為0，其線性阻抗為Z=2*U/I

第二個引腳模式的電場分布，兩個定義的電流引腳的電壓設(shè)置為0，線性阻抗為Z＝U/I/2

Multiplepin selection

第二個例子中，我們給出了對兩個導(dǎo)體引腳使用多重選擇的雙同軸波導(dǎo)端口的微分激勵，在右圖中給出了導(dǎo)體引腳的多重定義。第一個多引腳multipin設(shè)置為彼此相反的電勢[1(1,+)和1(1,-)]，而第二個modeset設(shè)置為兩個正電勢[1(2,+)]，請注意導(dǎo)體引腳的多重選擇不能用于定義single-ended端口。

下圖是多引腳模式設(shè)置并給出了相應(yīng)的電場分布，因為使用了多引腳定義，兩個模式是彼此正交的。

Single-ended waveguide ports單端波導(dǎo)端口如上所述，對于非均勻多導(dǎo)體端口，QTEM模將不在凋落，這意味著會因現(xiàn)有模式的線性疊加產(chǎn)生新的模式，然而，我們對導(dǎo)體之間的耦合更感興趣，例如多導(dǎo)體微帶線之間的竄擾問題。通過單端（single-ended）s參數(shù)可以獲取這方面的信息，每個單個導(dǎo)體都考慮了導(dǎo)體與接地之間的電壓（沿最短的電壓路徑）以及由端口模式引起的導(dǎo)體電流?；诖?，在波導(dǎo)端口對話框中，所有多導(dǎo)體端口都必須定義為single-ended單端端口。在仿真開始時，求解器使用基模計算相應(yīng)的s參數(shù)，然后在后處理階段在重新計算單端s參數(shù)（single-endeds-parameter）,該單端結(jié)果描述了引腳之間的耦合情況，此外，在CST DESIGN STUDIO中，通過相應(yīng)的電路連接，他們也可以用來獲取任意的或微分S參數(shù)。

以上圖中的雙導(dǎo)體微帶線為例，最上面的兩個圖給出了存在于線上的QTEM模分布：奇模和偶模。這兩個模式是在仿真過程中激勵起來的，因此求解器會計算出其相應(yīng)的奇偶模的S參數(shù)。現(xiàn)在啟動后處理根據(jù)給定的電壓/電流重組這些S參數(shù)，因而產(chǎn)生新的S參數(shù)體現(xiàn)這兩個隔離導(dǎo)體間的行為，如可以分析其間的竄擾。

在最后兩個圖中可以看到CST DESIGN STUDIO中的通用或微分準(zhǔn)則使得重組這些S參數(shù)成為可能。在這個例子中，新的S參數(shù)等效于奇偶模仿真求得的S參數(shù)。然而，CST DESIGN STUDIO中，在復(fù)雜和非對稱甚至含有更多導(dǎo)體引腳的結(jié)構(gòu)中，該程序提供了不需重新仿真結(jié)構(gòu)就可以計算不同的連接模式。

單端端口定義對感興趣的非正交模式也是非常有用的，但不太可能直接激勵起這些模式，卻可以通過基模仿真結(jié)果重組獲取他們的S參數(shù)，請注意：使用single-ended端口模式計算求解會自動激活規(guī)一化固定阻抗，但該阻抗值，在仿真前可以在相應(yīng)的求解器對話框中修正。