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CST MWS传输线的仿真

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Dear All,
传输线是我们在微波应用中经常用到的,但是传输线再设计的时候往往都是通过一些理论模型进行计算,得到线宽以后进行设计。
就我个人而言 我经常用ADS的LineCalc进行计算,然后按照计算的结果进行传输线的设计。
最近发现一个问题,不论是LineCalc计算,还是利用ADS自带的Momentum仿真,或者通过CST仿真,对象就是一条简单的传输线,发现不同的工具得到不同的结果。而且所有的结果都和实际测量结果较大的差异。
利用CST MWS仿真,利用edge discrete port设置传输线两边50Ohm的端口,进行时域仿真,仿真结果和实验结果相比,特征阻抗的结果总是比实际测得的特征阻抗偏小
利用ADS Momentum进行2.5D仿真,仿真结果的特征阻抗往往比实际测得的结果要大一些,相比之下Momentum更加接近测量值一些。
但是以上两种测量的结果如果从阻抗随着频率的变化趋势上来看 几乎都没有可比性,和测量结果差异太大。
我个人认为好的仿真也许不一定完全与实验测得的结果统一,但是至少可以表现出和实际测量结果一直的规律。但是现在的仿真结果完全不能够达到我的要求,所以想请教一下各位在设计传输线的时候是否也遇到过同样的问题,或者对于传输线设计有比较好的经验或者工具的推荐,请不吝赐教。
P.S. 明天到实验室以后我会将测得数据的图像 以及CST工程文件作为附件上传,我更希望是我在仿真过程中的设置的错误,这样可以保持我对CST的期望:)
工程文件: 将zip改为cst即可

TL from Frank_5.zip
请大家帮我找找问题

建议将CST的激励方式改为波导端口,网格加密些再试试看呢。另外你的特征阻抗是怎么测的?

CST edge discrete port貌似不能看端口的特性阻抗吧。楼上说的很对,首先要自适应网格,保证S参数是收敛的。其次要求用波导端口激励,用波导端口激励才能看端口的特性阻抗的。
根本以往的仿真和经验,无论是同轴还是微带,CST特性阻抗计算还是相当准确的。

我的帖子的表述不够准确,我是想看传输线的特征阻抗,是通过史密斯图目测的,因为设计的是50欧姆的Microstrip line 和co-planar waveguide with Grounding(ADS中的CPWG)的结构,从史密斯图上可以明显的看出不是50欧姆 而且差得还比较远
另外通过读取smith图具体的点的阻抗 也是可以验证LineCalc的运算和仿真结果是否吻合。
最后就是因为有实际的测量结果进行对比
还想请教一下关于waveguide port的设置 对于这个我一直很困惑 可不可以上一个waveguide port仿真传输线的例子,给我指导一下,不胜感激!

非常感谢您的经验的分享,我也觉得cst的仿真结果应该不错 所以想向您请教一下您的wave guide端口是怎么设置的 可否方便上传一个例子 让我看看 特别是waveguide port和物体之间的距离 以及waveguide port的区域大小的选择 还请赐教:)

嗯,今天还是有时间,来分析一下你的这个模型。我想楼主应该已经有实物的实测结果作对照,假设这个尺寸已经是50欧姆的阻抗。
首先分析你上传的原始模型

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离散面端口2的局部视图:

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边界条件:Open Add Space,仿真频率:1-3 GHz,Global Mesh Propoties:20、5、20,总网格数:35819,Min. Mesh Step:0.3。XY面网格视图:

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仿真得到的S参数:

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仿真得到的Smith Chart:

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总仿真时间:39秒(端口1)。
好,这个模型我直观看见第一个问题就会是:问什么要使用Open Add Space边界?一个传输线结构,不进行任何远场辐射的计算,为什么要把计算区域设置得这么大?空间“撑大”的唯一结果就是网格线密度被迫降低,下图是传输线区域的网格线视图:

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仔细看上面的图,中心导体和共面地之间只在金属边缘处生成了两条网格线,中间再没有其余的网格线。再这么重要的空间区域内缺少网格线会造成电磁场计算得很大误差!
好,在原始模型的基础上做一些修改。仍然使用DiscreteFace Port边界条件改为Conducting Wall,X轴正负方向和Z轴正方向加1 mm的"surrounding space"。模型视图:

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Frequency:0-3 GHz,Global Mesh Properties:10、10、10,总网格数:48985,Min. Mesh Step:0.21。XY面网格视图:

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对比上面的网格视图,网格密度已经提升了很多。看看细节处的网格线分布:

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可见金属间距之间多生成了3条网格线。
仿真得到的S参数:

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和上面的仿真结果很不一样,却更合理。仿真得到的Smith Chart:

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对比上面的结果,这个模型“显得”更匹配。
总仿真时间:135秒。
接下来看看Waveguide Port的情况。
把Discrete Face Port删除,由于是Grounded CPW结构,因此不需要设置成为Multipin Waveguide Port,就是用普通的Waveguide Port。Port面选择全部的金属边缘(中心导体、共面地和底层的地)。由于U轴正方向处PCB边缘的接地过孔太靠近波导端口,使得波导传输方向前三个网格inhomogeneouse,因此将第一排过孔删除。模型如下:

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波导端口的设置中,按照CST MWS帮助文件《Waveguide Port Overview》中间Co-planar结构的建议设置,Z轴正方向应该扩展1.31毫米,这个数值是共面地间距(W)的二分之一。不过,运行Port Mode Calculation会发现这个尺寸并不能完全捕获端口处的电磁场,因此这里的扩展直使用2.5毫米。因为端口尺寸和仿真最高频率的原因,这个结构引入了高次模,因此在Waveguide Port Properties里将Mode选择为2,在Transient Solver里选择"Calculate modes only",计算的端口1模式如下:
端口1模式1电场分布:

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这是一个正常的电场分布,注意计算得到的端口1的line impedance是50.3欧姆!
端口1模式2电场分布:

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仿真得到的S参数(只计算模式1):

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仿真得到的Smith Chart(只计算模式1):

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可见,在网格密度提升的前提下,Waveguide Port和Discrete Face Port可以得到近似的仿真结果,具体准确性还需要和实际测量结果相比较才能确定。
:如果你的模型是一些“规则”的传输线结构,比如microstrip, stripline, coupled microstrip, CPW, grounded CPW等等,或者说,你的模型可以在Macros -> Calculate -> Calculate Analytical Line Impedance里面找到对应的选项的话,建议使用Waveguide Port。
收兵回营……

我顺便问一下,共面带状线怎么加端口比较好呢?我直接加波端口的话会提示我必须用multipin port...如果我用集总端口的话,就不能直接看到它的特性阻抗了...
(我发现很多小软件都不能计算它的阻抗啊...比如说cst中的Macros -> Calculate -> Calculate Analytical Line Impedance以及txline吧)

共面结构的方法是类似的,不管是Coplanar Microstrip还是Stripline,都可以看作是Coplanar Waveguide。
我没见过有任何情况是提示必须使用Multipin Waveguide Port的……。
通常我都直接使用Waveguide Port计算端口line impedance。

哦...谢谢哈...还有一个问题,我算一个简单的微带线时,发现结果中的wave impedance比用空气中的波阻抗除以根号下介质相对介电常数大好几十欧姆啊?我还用等效相对介电常数算了一下,还是打了几十欧姆啊?

为什么你认为微带线的wave impedance仍然适用“Z0/(sqrt(mue_r*epsilon_r))”这个公式?

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