CST仿真，波導端口線阻抗為什么會隨著頻率而變化?

作者 | Danner Dan

CST中如果使用波導端口進行激勵，則在仿真完成后，可以從導航樹2D/3D Results > Port Modes > Port 1 > e1/h1中查看到端口處的線阻抗。

首先通過宏命令：Macros > Calculate > Calculate analytic Line Impedance創建接地共面波導 (CPW)，在下圖所示參數設置后，點擊Build 3D按鈕，會自動創建好接地共面波導3D模型。

在CPW兩端添加波導端口激勵，并將仿真頻率范圍設為0 ~ 10GHz（中心頻率5GHz）后運行仿真，查看端口模式和端口線阻抗，其線阻抗值為38.05 Ohm。

將頻率范圍改為0-30GHz（中心頻率15GHz）后再仿真，可以觀察到線阻抗值變為91.41 Ohm。

仔細對比兩個頻率對應的端口模式3D場型圖，可以發現隨著頻率范圍的改變，端口處雖然都是QTEM模式，但其模式場型已經不再相同。只要在傳輸線的橫截面上存在兩種或兩種以上不同屬性的材料，此傳輸線就必定色散。簡而言之，在這種情況下，同一模式的阻抗會隨著頻率的變化而變化。此類傳輸線稱為非均勻傳輸線 (inhomogeneous transmission line)。

為了觀察模式場型和端口線阻抗與頻率之間的對應關系，下面分別給出了中心頻率為5GHz、8GHz、12GHz、15GHz處的端口電場模式圖。

① 中心頻率5GHz：線阻抗38.05 Ohm：

② 中心頻率8GHz：線阻抗40.04 Ohm：

③ 中心頻率12GHz：線阻抗60.44 Ohm：

④ 中心頻率15GHz：線阻抗91.41 Ohm：

通過觀察可以發現隨著中心頻率逐漸變大，QTEM模式的場型也隨之漸變，從8GHz左右，傳輸線的色散特性開始顯現，整個場型開始逐漸變化，端口線阻抗也開始非線性增大。對比中心頻率為5GHz和15GHz的端口模式場型圖，即可發現雖然端口模式的類型沒有變化，但是場型已經發生了改變，所以端口線阻抗也隨之改變。

如果端口處的傳輸線是色散的，且仿真帶寬較大的話，建議作如下設置：在功能區的Simulation選項卡下，點擊T-Solver 圖標，進入時域求解器設置對話框，勾選上紅框顯示部分，啟用非均勻端口精度增強；然后點擊Specials按鈕，切換到Waveguide選項卡，確認Number of frequency samples設置為20。此時CST仿真會在整個頻段根據設置的采樣頻點（此處設置為20個）對每個頻點的端口阻抗進行匹配，從而為之后的S參數等計算進行歸一化。設置完成后點擊時域求解器窗口中的Start按鈕即可開始仿真。

仿真完成后，在導航樹中選擇1D Results > Port Information > Line Impedance，即可查看端口線阻抗值關于頻率變化的曲線圖，從圖中可以找到前述驗證的中心頻率分別在5GHz、8GHz、12GHz和15GHz的端口線阻抗值。