CST 熱-光調(diào)制器仿真實例（2）- 溫控材料，時域多物理耦合

本案例是簡化的一段光頻傳輸線，核心材料硅的介電常數(shù)隨溫度而變化，通過改變其溫度，比如用外界的線圈或熱電阻控制，隨時改變其介電常數(shù)，從而使S21在工作頻率的相位發(fā)生改變，達(dá)到相位調(diào)制的目的。

這里我們讓熱源功率在時域的波形為方形，方便演示。開1微秒，再關(guān)2微秒：

硅材料的溫度變化曲線為線性，溫度越高，介電越高： 

這樣可以預(yù)計其S21在工作頻率的相位波形大致如圖：

下面我們來看如何進(jìn)行這種溫控的時域仿真。

想法是這樣，比如3微秒中，我們采樣51個，這樣每個時間點間隔0.0588微秒，在每個時間點，我們計算一下該時刻的材料溫度，然后電磁仿真中，用該溫度下的介電常數(shù)，算出相位，重復(fù)51次。所以這里難點有幾個：

1）如何設(shè)置時域熱仿真Tht，使每個時間點的起始溫度，自動設(shè)置為上一個時間點計算的結(jié)束溫度。

2）如何設(shè)置電磁仿真，讀取每個時間點熱仿真計算出來的溫度，用于新的S21計算，尤其是第一個時間點。

3） 如何將每個時間點的S21相位結(jié)果保存，串聯(lián)成最終的時域結(jié)果曲線；還要將每個時間點的溫度結(jié)果保存，串聯(lián)成溫度變化曲線。

這樣和以往的電磁和熱耦合仿真不同，以往常見的電磁與多物理耦合方法是先計算電磁損耗，然后將其作為熱源看溫度升高，而本案例是先計算溫度，然后使其控制電磁仿真。 

模型很簡單，硅和二氧化硅，其中硅是溫度變化材料。

生成兩個子項目，用sequence任務(wù)將熱和電磁兩個任務(wù)loop起來： 

先看熱仿真：

熱仿真中定義時域信號，熱源，溫度點監(jiān)視器，和時域溫度場： 

溫度點監(jiān)視器是為了獲取溫度曲線，我們就拿中心點。時域溫度場則需要對應(yīng)我們的時間采樣點，這個是給電磁仿真中溫變材料要用的溫度場。

Tht求解器中，仿真時間為一個時間采樣。TMax是3微秒，NTimeSteps是51。這里一定要選中store result data in cache保存數(shù)據(jù)，并且Start temperature中，設(shè)置起始溫度要讀取上一個時間點數(shù)據(jù)。該方法只適用于sequence任務(wù)。

這里手動仿真第一個時間點，方便我們定義后處理和設(shè)置電磁仿真。添加一個后處理，提取點監(jiān)視器的溫度（比如傳輸線中心）。

由于每個時間點該結(jié)構(gòu)都會被覆蓋，所以在sequence任務(wù)中，我們需要后處理，就是上面截圖中的record results。這個后處理叫0D數(shù)據(jù)寫成1D數(shù)據(jù)，正適合我們這種每個時間點串聯(lián)結(jié)果用。

再看電磁仿真：

將溫度場作為場源導(dǎo)入。

然后高級的操作來了，用計算器計算：

AddToHistory("Set Special Thermal Material Property","Solver.ConsiderThermal Material(""always"")")

這樣可以將其添加到歷史樹，其作用是從第一個時間點開始，我們就讓電磁仿真使用溫度場。  

仿第一個時間點后，需要后處理將S21相位unwrap，然后提取工作頻率的相位： 

最后，sequence任務(wù)中，串聯(lián)每個時間點的相位： 

最后啟動sequence仿真

結(jié)束之后，獲得兩條曲線，一個是監(jiān)視點的溫度隨時間變化，另一個是S21相位隨時間變化。

小結(jié)

本案例是很經(jīng)典的溫控材料電磁仿真案例，不限于光頻，流程主要在于以下幾個高級用法： 

1.    如何設(shè)置時域熱仿真THt，使每個時間點的起始溫度，自動設(shè)置為上一個時間點計算的結(jié)束溫度。

2.    如何設(shè)置電磁仿真，隨時讀取每個時間點熱仿真計算出來的溫度。

3.    如何將每個時間點的S21相位結(jié)果保存，串聯(lián)成最終的時域結(jié)果曲線；還有將每個時間點的溫度結(jié)果保存，串聯(lián)成溫度變化曲線。

本案例也展示了兩個絕大多數(shù)CST用戶都會忽略的兩個功能，一個是sequence任務(wù)的作用，本案例必須用sequence任務(wù)；另一個是CST自帶計算器，可以用來運行簡單的VBA。