[实践应用]CST中如何设置波端口的模式数

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0楼发表于: 2013-09-22 13:44:52

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1 引言

CST中对于波端口模式数的设置对于新手来说往往很困惑，不知道设置多少个为宜，而在CST的仿真中，特别是当仿真带宽比较宽的情况下，经常会遇到图 1所示的警告，让人对结果的真实性产生一些怀疑。于是，出于对结果的精益求精有的人可能会不断的逐步增加端口的模式数来进行仿真。幸运的情况下，你可能增加一次端口模式数，该警告就消失了。否则，你可能增加不知道多少次，该结果依然存在，让你感到崩溃。特别是对于仿真时间比较长的模型，在时间上是不允许这么来回的尝试的，那么我们应该怎样设置端口的模式数呢？

图 1 模式数设置过少的警告

2 理论

其实,CST的help文件中《Waveguide Port Overview》->《Port Modes》中，如图 2所示，已经给出了明确的回答：

图 2 波端口模式设置

这就要求CST的使用者对于波导理论有一定的了解，能够计算出仿真频率范围内波导中可以导通的模式数到底有多少（这是微波技术课程里面最基本的知识）。
当然，上面说的是最学术最好的方法了。其实，很多情况下，对于仿真精度要求没有那么高的情况下，有没有简便的确定波端口模式数的方法呢？
答案是：有。
1）设置端口模式数足够多，默认是1，你直接设置10或者100，把需要考虑的和不需要考虑的都考虑进去，这太完美了。但是这样做省事却不省时，计算模式数的增多，带来的是运算时间的显著增加，因而你要这么做的前提是有一台足够威武的服务器来保证你的运算速度。
2）除了特殊情况外，直接使用默认的端口模式数1。所谓的特殊情况，包括但不限于：（1）波导基模存在极化简并模；（2）波导工作在高次模。
除了特殊情况外，一般情况下，波导都是工作在主模模式，高次模的能量非常小，且主模通常是单一的，即没有简并模式，这时候只要波端口的模式数是默认的1就可以吸收进入该波端口的绝大部分能量，因此我们也就无法直观的看出该波端口反射未考虑的模式的效果了。

3 仿真验证

一般情况下的仿真，这里就不做了，因为大家可以随便拿一个自己一起碰到过图 1所说的警告的仿真，比较下模式数为1的情况，与模式数为N且无警告情况下，仿真结果是否非常的接近。这里我主要讨论为什么上面所说的特殊情况要除外，即“unconsidered modes will be reflected by the port operator.”。

这里我拿特殊情况1作为例子，为了看到明显的效果，这里我们构建了一个方波导（模板Antenna（Horn，Waveguide），边长a=b=7.112mm, 波导长度L=10 mm,壁厚t=0.5mm，仿真频率26GHz~40GHz），从理论上可以该波导有两个极化方向相互垂直的简并的基模。

Test1：我们设置两个端口的模式数均为1，且端口1的极化方向为0度，端口2的极化方向为90度，可以看到这两个模式是极化隔离的。因而，端口1激发的极化方向为0度的模式在端口2中因为未被考虑，将会被完全的反射回去，端口1的反射系数将为0dB。

图3 Port2模式数为1

可以看出仿真结果跟理论预测非常的接近，可以说明理论是正确的。

Test2：我们设置端口1的模式数为1，且端口1的极化方向为0度，端口2的模式数为2，极化方向为90度（这时指的是基模极化方向为90度），保持两个端口的基模是极化隔离的。这时，端口1激发的极化方向为0度的模式在端口2中因为被考虑了（即为端口2的模式2），所以将会被完全的吸收，这时候端口1的反射系数将非常的小。

可以看出仿真结果与理论预想非常的接近，从而验证了理论。

4 结论

本文讨论了如何设置波端口的模式数的问题，“作为一个准则，波端口模式数最少要等于导通的模式数，因为未考虑的模 ..

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