天天看點

CST場源概述

在CST Microwave Studio中,有幾種類型的場源可供印證。

平面波源允許在計算域的邊界有效地激發線性、圓形或橢圓平面波。

遠場源可以通過CST Microwave Studio導出的遠場源檔案激發積分方程求解器和漸近求解器。

近場源允許通過各種格式的近場資料來激勵時域求解器、積分方程求解器和漸近求解器。

平面波源 

平面波激勵源為您提供了模拟來自距離被觀測物體很遠的源的入射波的機會。結合遠場螢幕,可以計算散射體的雷達截面(RCS)。

請注意,由于使用者定義的電場矢量值(機關:V/m),受激平面波的輸入信号被歸一化。

平面波激勵的相位參考位置是全局WCS的原點(0,0,0)。

當用平面波激勵時,必須滿足幾個條件,這些條件将在下一節讨論。

注意:如果在無限周期結構上進行平面波激勵,建議使用單元格方法,可以通過邊界對話框進行通路。

邊界和背景材料

當用平面波激發時,必須滿足幾個條件。首先,必須在入射方向上定義開放的邊界條件。

在下圖中,一個平面波沿(1,1,1)方向通過計算域。至少,xmin、ymin和zmin的邊界必須被定義為開放邊界(對于無幹擾的傳播,xmax、ymax和zmax也必須是開放的)。

CST場源概述

當使用平面波源時,其他激勵端口不能位于邊界條件上。此外,周圍的空間應包括一個均勻的材料分布。這意味着背景材料被設定為法線,而不是導電材料。

多層背景

另外,可以用一個平面波源(目前隻适用于四面體網格的頻域求解器)來刺激一層層的材料排列。在這種配置中,每一層都代表了一塊在兩個方向上延伸到無限遠的均質材料。這種材料是各向同性的,可能有損耗。堆棧上方和下方的區域被認為是其各自相鄰層的延伸。去耦平面可以分割堆棧。歐姆片不能作為去耦平面。

多層背景可以使用背景屬性對話視窗中的編輯器來定義。各層可以在X、Y或Z方向定義。也有一種自動檢測算法,用于檢測在z方向上手工建立的多層背景的模型。

CST場源概述

去耦平面

如果計算域與一個金屬平面相交,該平面應該延伸到無限遠,那麼有必要将這個結構定義為去耦平面。任何接觸到邊界的PEC平面都會被自動檢測為去耦平面。在檢測失敗或錯誤的情況下,可以在平面波對話框中手動定義一個去耦平面。隻支援與直角坐标軸對齊的去耦平面。如果打算對有限PEC結構進行模拟,請在邊界處添加空間。

去耦平面将平面波激勵限制在前域,并将反射波适當納入激勵範圍。下面的圖檔說明了在三維模拟中去耦平面(用粉色框标出)的效果。平面後面可以看到典型的幹擾模式。此外,去耦平面也會影響結構的RCS。根據定義,一個無限的PEC平面的RCS是零,因為反射波是激勵的一個整體部分。是以,隻有額外的特征在RCS中是可見的(例如,下面例子中的槽)。

CST場源概述

 極化

對于一個平面波的激發,可以定義三種不同的極化:線性、圓形或橢圓形。對于線性極化,激勵平面存在一個固定方向的電場矢量。這個電場矢量根據所使用的激勵信号而改變其大小。線性極化顯示為紅色平面,有綠色電場矢量和藍色磁場矢量。線性平面波激勵的可視化顯示在下面的圖檔中。

CST場源概述

對于圓極化或橢圓極化,在激勵平面上存在兩個互相垂直的電場向量。這兩個向量各定義一個線性極化平面波。如果這兩個線性極化平面波同時被激發,産生的平面波是橢圓極化的。請注意,圓極化和線性極化是可能由橢圓極化的定義産生的特殊情況。

對于圓極化或橢圓極化,兩個電場向量根據激勵信号以一定的時間延遲同時被激發。這個時間延遲是根據一個給定的參考頻率和兩個電場矢量之間的相移計算出來的。此外,兩個電場矢量的大小可能不同。軸向比率定義了定義的(第一,主)電場矢量和垂直的第二矢量之間的幅度比率。

如果兩個電場矢量之間的相移為0或180度,就可以得到線性極化平面波激勵的特殊情況。請注意,相移總是與給定的相位參考頻率有關。

對于圓極化,軸向比率總是1,以及相移總是+90或-90度。是以,圓極化隻存在兩種可能的配置:左和右圓極化。圓極化顯示為一個綠色的圓弧,從主電場矢量(灰色)開始,用一個箭頭來表示是使用左還是右圓極化。左右圓形平面波激勵的可視化顯示在下面兩張圖檔中

CST場源概述

如果相移與+90或-90度不同,或軸向比率不等于1,則偏振是橢圓的。橢圓偏振的顯示與圓偏振類似。橢圓弧表示在給定的參考頻率下,關于時間過程中的極化和它在平面内的大小。弧線從主電場矢量(即第一個線性平面波的場矢量)達到最大值時産生的電場矢量開始。如果與主電場矢量(灰色)有明顯的差異,這個産生的電場矢量就顯示為綠色箭頭。

如果參考頻率的相移是正的,那麼對于定義在參考頻率的電場螢幕來說,主場矢量達到最大值的時間等于相位為0度。如果相移是負的,在參考頻率的電場監測儀記錄的場之間會有一個額外的相位偏移,當平面波定義時,綠色箭頭會被可視化。

三個不同的橢圓平面波激勵的可視化顯示在下面三張圖檔中。

CST場源概述

下圖顯示了固定時間内右圓極化的平面波激勵的空間場分布。請注意,在固定的時間内,對于右圓極化的平面波來說,場沿傳播方向的空間旋轉是在左邊。

CST場源概述

 遠場源 

遠場源可作為積分方程求解器或漸進式求解器的激勵源,通過遠場源對話框進行設定。所需的遠場源資料可以通過選擇後處理從遠場螢幕記錄的結果中導出。Exchange > Import/Export > Export > Farfield Source。另外,也可以用遠場源檔案格式寫入外部資料并導入。下圖說明了這個工作流程。

CST場源概述

一個遠場源不僅僅是作為一個激勵,而且還能夠接收輻射。是以,F參數的計算也是通過評估接收源所包圍的表面上的反應積分進行的。由于該公式依賴于對等性定理,它隻适用于用對等材料建立的遠場源。一個重要的特例是,如果遠場源是通過激勵單一的S-參數端口來記錄的:如果F-參數被兩個相關端口的入射電壓波譜重新縮放,它可以被解釋為S-參數歸一化到端口的參考阻抗。關于S-參數和F-參數的進一步資訊可以在這裡找到。

關于遠場源檔案格式的完整描述可以在這裡找到。

近場源 

近場源可以取代采用等效原理的模型的一部分。

使用近場源的CST Microwave Studio模型執行個體可以通過元件庫通路。檔案>元件庫。使用例子按鈕來過濾庫中的所有例子,并激活标簽Nearfield Source來檢視相關例子。詳見教程和執行個體概述頁。

所有的近場源都通過場源對話框作為頻域資料導入。對于CST Microwave Studio積分方程求解器、頻域求解器和漸進式求解器中的印記,資料是以激勵頻率内插的。在CST Microwave Studio時域求解器中,資料是通過寬帶印記進行印記的。

可用的導入格式包括CST Microwave Studio的FSM近場源資料、CST Cable Studio和CST PCB Studio的RSD電流分布以及NFS近場掃描資料交換格式。

在積分方程求解器和漸進式求解器中,F-參數的計算方式與上述遠場源的計算方式相同。是以,同樣的含義也适用。

注意:近場源激勵是基于印記的表面電流,是以不向計算域提供預定的功率。是以,例如輻射功率可能與監測近場源資料的原始模拟不同。

寬帶壓印

對于CST Microwave Studio時域求解器中的壓印,所提供的頻域資料被轉換為寬帶時域信号。産生的時域信号的準确性取決于提供的頻率樣本的數量和範圍。在源頻率範圍之外的仿真結果可能是不準确的。為了獲得準确的結果,提供足夠數量的頻率樣本,覆寫整個模拟頻率範圍。

注:近場源的輸入資料被認為是電流或場的複雜峰值振幅。沒有對輸入資料進行歸一化處理。是以,任何頻域螢幕都會直接顯示出用導入檔案中的電流或場資料進行激勵的結果量。

注意:在CST Microwave Studio時域求解器中激勵寬帶源的過程中,記錄的激勵信号将顯示一個任意的值1,例如,對于名稱為 "fs1 "的近場源,激勵信号可能是這樣的。

CST場源概述

注意:由于寬帶印記的限制,帶有直流成分的激勵可能會導緻一個容易出錯的解決方案。為了規避這個問題,預設情況下會應用一個濾波器來抑制激勵的任何靜态貢獻。這個濾波器可能會在0赫茲以上的區域引入誤差。

如果感興趣的頻率範圍在0Hz以上,請考慮使用高斯正弦作為預設信号,因為它沒有直流成分。要切換到高斯正弦信号,請将預設信号的類型改為 "高斯正弦"。

使用高斯正弦作為頻率範圍在0赫茲以上的預設信号,将停用直流濾波器,并消除由濾波器引入的任何誤差。

等效原則

使用近場源監測器,人們可以通過用近場源取代模型的部分,包括激勵,來表示這些部分。等效原則保證,如果模型外面的場也不改變,那麼這些部分外面的場就不會改變。一些更多的細節在下面的章節中給出了精确的等效性。在實踐中,純等效原則經常被違反,因為信号源被記錄在一個标準的周圍,然後放在不同的目标域中。關于這種設定的一些讨論将在近似使用部分給出。

對于設定利用等價原則的混合模拟,你可以使用混合求解器模拟任務的單向或雙向形式。詳細解釋工作流程的教程可以在CST Studio Suite - Circuit Simulation and SAM (System Assembly and Modeling), Chapter 3 - System Assembly and Modeling for the Hybrid Solver Task中找到。單向耦合和混合求解器任務。雙向耦合的方法。

确切的等效性

等效原則允許你用一個近場源來代替你的模型的一個封閉體。你可以在源項目中用場源螢幕記錄近場源資料,并通過近場源對話框在目标項目中使用該資料作為等效源。錄制卷内的所有對象和源将有效地被場源取代,你将恢複錄制卷外的原始字段和錄制卷内的零字段。是以,在目标項目中,你不需要對記錄體積内的任何對象進行模組化,并且必須關閉記錄體積内的任何源。不過,隻有在記錄體外沒有任何變化的情況下,才會給出一個确切的等價物。也就是說,任何位于錄音體外的物體和聲源都需要在目标模型中再現。

近場源監測器允許監測一個盒子表面的資料,以便替換盒子的内部或外部。替換外部可以通過監測器對話框中的替換外部選項來開啟。

假設你想替換場源監測盒内的對象和源,你可以不使用監測器的 "替換外部 "标志,并確定所有源都嚴格包含在盒内。

CST場源概述

在現場源監控框之外定義任何源可能會導緻不正确的設定。

CST場源概述

(為了使這種情況有效,你必須在印記項目中同時激發該源和近場源。)

如果你想替換場源監測箱的外部(例如,當激勵由平面波完成時),你要激活監測器的 "替換外部 "選項,并確定所有的源都嚴格放在監測箱的外部。

CST場源概述

在這種情況下,在現場源監控框内定義任何源可能會導緻錯誤的設定。

CST場源概述

近似的用法

盡管近場源的标準使用要求人們改變近場源區域之外的模型。例如,人們模拟自由空間中的輻射裝置,監測一個盒子上的近場,并将其印在一個新的模型中,其中包括一個額外的散射器。嚴格地說,不能保證這個新模型的場和派生量與包括輻射裝置和散射體的完整模拟結果相似。隻要與輻射裝置的耦合很弱,通過這種近似就可以取得很好的結果。為了改善新模型的結果,可以通過用近似模型取代近場源區的輻射裝置來近似耦合的一階效應。

單向混合求解器仿真任務指導這些模型作為仿真項目的設定,可以通過首頁:仿真>仿真項目>混合求解器任務>單向通路。對于強耦合情況,考慮使用雙向混合求解器仿真任務,以便将所有耦合效應考慮在内。

下面将通過一個角形天線的例子和一個額外的電媒體散射體來說明這些概念。

考慮一個在波導端口激發的角形天線,以金屬散射體作為源項目。如果在天線周圍放置一個場源螢幕,并将記錄的資料印在印記項目中,同時将源區外的金屬散射體保持在相同的位置,那麼在源區外産生的場E1對于兩個項目是相同的。在壓印項目中,源區域内的場E0為零。是以,壓印項目可以在源區域内任意改變而不改變結果。在下面的例子中,可以看到外面的字段和源區幾乎為零的字段有很好的一緻性。

CST場源概述

 不過,這種不改變源區外的壓印項目的計算并不十分有用,因為源區外的場和衍生量已經從源項目的模拟中知道了。如上所述,現在可以嘗試通過在改變的壓印項目中壓印源項目的場源,來近似一個完整的模拟項目(這裡通過在源區外添加一個電媒體散射器)。這種近似是否合理,取決于手頭的問題。對于添加電媒體散射體的例子,改變後的壓印項目的結果與完整模拟項目(源區之外)的全三維模拟的結果吻合得相當好。

CST場源概述

 在上述改變了的壓印項目中,人們注意到,雖然場被分散到了源區。這些通常會與源結構互相作用。為了近似地說明這些場與角形天線的互相作用,現在可以把角形天線結構(或通常是一個近似值)放在源區裡面。在下面的例子中,我們可以看出源區外的場的近似值有輕微的改進。

CST場源概述

 關于空間内插的說明。輸入的資料包含特定空間離散度的場值。由于這個離散度不一定與模拟中使用的離散度一緻,場值是在原始網格和模拟網格之間插值的。是以,建議在源項目和印記項目中的印記盒上采用足夠精細的模拟網格,以進行精确的模拟。基于能量的網格适應是自動适應壓印項目中網格的好選擇。另外,也可以為近場源設定局部網格屬性。

 近場源格式

近場源可以作為FSM近場資料、NFS近場掃描資料交換格式和RSD電流分布導入。請注意寬帶印記和等效原則的描述。

FSM近場源

FSM近場源可以由CST Microwave Studio的時域解算器、四面體頻域解算器和積分方程解算器通過定義一個場源螢幕來記錄。産生的FSM近場源檔案可以在原始項目的結果檔案夾中找到。FSM近場源可以被印在CST Microwave Studio的時域求解器、積分方程求解器和漸進式求解器中。

CST場源概述

…………

繼續閱讀