矩形波端口连接器仿真
本案例采用EastWave 网络参数计算模式,仿真目标是PEC背景下矩形波端口连接器,计算区域边界为PEC边界。端口类型为矩形波端口,本案例需要手动设置激励源。

EastWave 7.6软件包含 【网络参数计算模式】 ,该计算模式特点如下:该模式用于计算微波器件(多端口)的各种网络参数,包括: S参量矩阵、Y参量矩阵、Z参量矩阵、VSWR、有源S参量、有源Y参量、有源Z参量、有源VSWR 。计算模式根据输入参数(频率范围、端口参数等),自动设置激励源和监视器,完成频率扫描,并自动完成后处理,给出端口网络参数的响应曲线。
网络参数是用来描述单端口和多端口网络模型的输入、输出的参数。网络模型的众多优点包括可以大量减少无源、有源器件的数目,回避电路的复杂性和非线性效应,简化网络输入、输出特性的关系,其中最重要的是不必了解系统内部的结构,即可通过实验确定网络的输入、输出参数。这种所谓 【黑箱 】方法对主要从事电路整体功能研究而不分析电路中单个器件特性的工程师们具有极大的吸引力。网络参数包括阻抗参数(Z参数)、导纳参数(Y参数)、散射参数(S参数)、电压驻波比(VSWR)等,各参数的详细定义参见EastWave 7.6用户文档 【网络参数计算模式】 部分。
启动软件,通过【新建工程向导】进入【计算模式】选项,选择【网络参数计算模式】,设置相关参数。

●新建模型
本案例需要导入CAD模型文件。
通过【导入模型至顶层组】,导入空气圆柱体,命名为vacuum_1 ,选择相应材料“vacuum”,点击完成。


通过 【导入模型至顶层组 】导入另一个圆柱体,命名为 pec_1 ,并设置材料属性为pec。


说明
波端口需要进行模式场求解,但是求解之前必须将网格等参数设置好,如果改变了网格和频率必须重新进行模式求解 。
网络参数计算模式中,需要手动设置波端口作为激励源。
●新建port1

●新建port2




端口激励列表:[1]表示只有1端口馈电,2,3,4端口作为接收,可以得到S11,S21,S31,S41。
●设置边界
点击配置下面的【边界】,将边界条件x、y、z 全部修改为PEC边界。

●设置时间
时间策略选择【散射问题】,尺度因子改为20,其他选择默认。

●设置求解器
能量收敛设置为60dB,最小计算步数设置为1000,表示先计算1000步,再看能量收敛有没有满足60dB,如果没有达到60,就会接着计算直到60dB。

●设置网格
使用FDTD方法仿真,一般要求网格精度至少为关心频率对应波长的1/15以上,同时还要求网格能尽量识别模型的几何细节。一般情况下,用户不需要针对每个物体设定独立的网格策略,只需要使用全局网格设置就可以满足大多数情况的需求,只要设置全局的最大和最小网格质量,EastWave会自动根据用户设置的工程频率范围划分网格。
□设置非均匀网格策略
在模型窗口选择 【配置】 > 【网格】 进行网格参数设置:
❶网格设置

❷共形设置


□设置局域网格
双击【vacuum_1】对空气材料进行局域网格加密设置,点击【杂项】下面的【局部网格信息】,设置局部网格的大小,如下图所示。

□网格剖分检查
网格精度设置完后,启动计算前可预览网格划分情况。

在所要频率和网格设置完成之后,需要对波端口进行模式求解。
●port1端口模式场求解
点击port1,鼠标右键,选择【求解模式场】,如下图:

打开模式求解对话框,具体设置如下:模式求解频率:8,点击【求解模式】按钮,等待模式求解,求解完成之后可以查看模式分布。如果弹出计算时间过长的警告,可点击确定。

●port2端口模式场求解

●port3端口模式场求解

●port4端口模式场求解

说明
波端口需要进行模式场求解,但是求解之前必须将网格等参数设置好,如果改变了网格和频率必须重新进行模式求解。
●验证文档
点击 【文档参数验证 】按钮来进行文档验证,文档验证会提供计算区域信息、网格信息、模型信息。如果弹出【是否将波端口填充类型修改为高级】的窗口,点击【是】。

●求解器设置

●计算进度

●查看实时场
点击求解器窗口的 【查看实时场】 按钮,可以观察电磁波的动态过程:

上图界面为实时场观察器界面,场区域内可以清楚看到物体边界,图中场图为按场值/颜色显示的效果,可以很清楚的看到同轴传输线的电磁波传输过程。
计算完成后,在模型窗口树的 【结果 】中生成【 矩形波端口连接器仿真案例.mxd 】结果文件。鼠标双击 【矩形波端口传输线仿真案例.mxd 】文件,可打开结果窗口;
结果窗口如下。在结果窗口的左下角挂仿真结果和数据。在结果窗口的右上角,工程师可以编辑后处理语言,对数据进行处理。


主要数据结果放到了右边的结果窗口下,方便客户查看结果,双击 【Network_Parameters 】,工程师可以查看仿真结果,具体如下所示:
选择 【S-parameters 】,工程师可以查看端口之间的回波损耗和插入损耗,如下图。该图形集成数据、数据处理和图形处理于一体,工程师可以对图中的线宽、图例、标题等进行设置。

回波损耗


插入损耗