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cst软件如何验证“平面波 探针”的频域结果-和记娱乐怡情博娱188

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-10-01 | 26 次浏览 | 分享到:

我们以金属球加平面波为例,平面波从z 方向入射,频率0-5ghz


 


球的半径为25px。其实什么结构不重要,重要的是定义两个探针,一个近场(边界内),一个远场(边界外),然后研究探针的探测结果。这里时域求解器,不检查能量收敛,让平面波足够时间传播到两个探针。


 

 


仿真结束后,应该可以得到这些结果:


 


由于这里平面波电场极化方向为x,探针得到的信号主要也是x方向,我们就看有(x)的结果。yz方向结果忽略。

 

情况fit 默认的高斯激励信号

 

这种情况下,频域探针结果会针对默认信号进行归一

 

首先打开cst软件先把时域结果加上平面波信号放一起,三个结果有个传播上的时间差,这个很好理解。值得注意的是,远场探针的信号很弱,因为平面波基本被z-方向的边界条件吸收,远场也只是结构散射得到的结果,毕竟这里仿的不是天线。换句话说,平面波的仿真中,远场探针基本无意义,我们还是拿来一起展示。


 


好,回到频域,刚才说这种情况下,频域探针结果会针对默认信号进行归一,先看近场探针频域结果,可见幅度为1上下,这就是针对激励信号归一的结果。


 


然后我们用后处理,把对应的时域信号做个傅里叶变换成频域:


 


得到以下频域结果。怎么样?差别很大吧?不光纵坐标量级变了,上升下降的趋势也不同,这就是没有对激励信号归一化。


 


那么如何将其调整成一样的呢?我们可以手动归一化:我们把这个傅里叶变换的结果称为a,再计算一下激励信号的傅里叶变换结果,称为b,然后用a/b


 

 


得到的频域振幅就一样了:


 


当然还没看相位:


 


诶?振幅一样,相位却还不一样。这是因为,探针的频域和时域,处理平面波的相位参考位置不同。

 

如帮助文档所解释,平面波的相位参考是坐标中心零点,这是指频域,而时域的相位参考则是平面波发射过来的位置,也就是z 边界。


 

 

那么既然边界用的openadd space),怎么确定z 边界的位置呢?这里可以用个小技巧,点击波导端口,就能自动检测边界位置,所以这里平面波位置是z=3.9979


 

 

然后就是归一化时要考虑这段3.9979cm的传播相位了,我们知道复数的相位是可以用自然指数函数exp(j)调整,所以我们改进刚才的归一公式,加上相位调整:


 


这里的xaxis(a)0-5ghz,1e9就是hz0.039979除光速就是传播时间差,然后相位就一样了:


 

 

近场探针结果验证完成,其实远场探针也可以用同样方法验证,这里我们省略步骤,直接看振幅和相位:


 

 


可见远场验证结果也一致,除了低频振幅的计算有点误差,这是因为在这种低频,z=-150px的远场位置不算远,应属近场,所以不够准。

 

 

情况2fit 自定义激励信号

 


这种情况就有可能探针结果不归一,为什么说有可能呢,因为归不归一取决于时域的这个设置,也可以看到标注说默认信号一直都有归一化。


 

 

所以这里我们尝试不归一,就是不选,为了看验证探针的公式有什么变化。信号我们从默认的0-5ghz高斯脉冲,改成3-4ghz的脉冲,同样先看时域信号,时间差一样,因为探针位置不变,远场探针接收信号依旧很弱。


 


然后验证近场探针频域结果,还是对时域做傅里叶变换,为了和探针的频域相比较。频率范围改成3-4ghz


 


可以看到,傅里叶变换直接就可以拿到同样的振幅,不需要手动归一化:


 


但是,相位依然不同。所以,我们说的时域求解器对信号归一化,通常只是归一化振幅。


 


所以,这里相位要想达到一致,还是需要手动归一化,并且加上相位调整。这里因为振幅不需归一化,所有相位归一时就要补回振幅,我们加上个mag(b)


 


然后相位就一样了:


 


同样方法,远场振幅和相位也可以对的上:


 

 

 

 

情况3: tlm 默认impulse信号

tlm的默认信号是impulse,不是高斯,所以三个时域信号(0-5ghz)是这样的:


 


可见探针的采样不够多,需要在求解器设置更高的采样,比如nyquist*5nyquist*10,这样时域信号会更平滑,当然仿真时间也越长。


 

 


而且频域结果也随着采样增加而一致,这里可以看出频域结果是自动振幅都归一化好的,因为激励信号是没有归一化的。


 


而相位无需归一和调整参考点,就可以验证。


 


当然,并不是所有的tlm激励信号都不需要归一或调整参考点,这里我们就不讨论其他信号了,方法都一样。

 

最后总结:

1)近场探针和远场探针本质还是有区别的,中间隔着吸收边界所以效果截然不同。建议远场一定要远,不然计算有误差。根据实际距离好好定义,别像本文举的例子,明明两个探针距离结构都很近,非要一个近场一个远场。

2)傅里叶变换可以验证时域频域结果,振幅要注意归一化,相位要注意归一化和参考点。

3)目前各求解器归一化情况比较复杂,参考点也不同也不好理解,这是因为要照顾更多应用场景,比如rcs扫描或emp;所以只要用户知道自己在干什么就行,今后版本策略会改也说不定。

 

(内容、图片来源:cst仿真专家之路公众号,侵删)

 

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