CST仿真 - 图文

电子科技大学 自动化工程 学院

标 准 实 验 报 告

（实验）课程名称 微波技术与天线

电子科技大学教务处制表

电 子 科 技 大 学

实 验 报 告

学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间：

一、实验室名称： 二、实验项目名称：微波技术与天线CST仿真实验 三、实验学时：6学时 四、实验目的：

1、矩形波导仿真

（1）、熟悉CST仿真软件；

（2）、能够使用CST仿真软件进行简单矩形波导的仿真、能够正确设置仿真参数，并学会查看结果和相关参数。 2、带销钉T接头优化

（1）、增强CST仿真软件建模能力；

（2）、学会使用CST对参数扫描和参数优化功能。 3、微带线仿真

学习利用CST仿真微带线及微带器件。 4、设计如下指标的微带线高低阻抗低通滤波器

截止频率：2GHz

截止频率处衰减：小于1dB

带外抑制：3.5GHz插入损耗大于20dB 端口反射系数：<15dB

端口阻抗：50欧姆。

五、实验内容：

1、矩形波导仿真

（1）、熟悉CST仿真软件的基本操作流程；

（2）、能够对矩形波导建模、仿真，并使用CST的时域求解器求解波导场量； （3）、在仿真软件中查看电场、磁场，并能够求解相位常数、端口阻抗等基本参数。

2、带销钉T接头优化

（1）、使用CST对带销钉T接头建模；

（2）、使用CST参数优化功能对销钉的位置优化； （3）、通过S参数分析优化效果。 3、微带线仿真

（1）、基本微带线的建模；

（2）、学习微带线的端口及边界条件的设置。 4、微带低通滤波器设计

（1）、根据参数要求计算滤波器的各项参数； （2）、学习微带滤波器的设计方法；

（3）、利用CST软件设计出符合实验要求的微带低通滤波器。

六、实验器材（设备、元器件）：

计算机、CST软件。

七、实验步骤：（简述各个实验的实验步骤）

1、矩形波导仿真：

（1） 启动CST MICROWAVE STUDIO； （2） 建模环境设定，首先对单位进行定义；

（3） 波导建模，三点确定一个长方体，“Material”（材料）栏中的材料为Vacuum

（真空），保持不变；

（4） 设置端口，对波导进行仿真则必须定义端口，以便使能量进入和离开结

构；

（5） 定义频率范围，选择主菜单

；

（6） 定义边界条件，对结构的仿真必须在此结构边界框的内部进行，因此必

须为每个边界面（Xmin/Xmax/Ymin/Ymax/Zmin/Zmax）指定边界条件； （7）开始仿真，定义好所有必备参数之后，从瞬态求解器控制对话框（Solve Transient Solver（ ））开始仿真；

2、带销钉T接头优化：

（1） 启动CST MICROWAVE STUDIO

（2） 建模环境设定，对单位进行定义，定义背景材料。 （3） T接头建模

（4） 销钉建模，销钉是一个半径为1mm的PEC圆柱体。销钉在T接头中的

位置影响了T接头的S参数。本算例的目的是找到使T接头的S11最小 的销钉的最佳位置。所以对于本算例来讲销钉的位置是可变量。 （5） 钉尺寸设置 （6） 设置端口 （7） 定义频率范围

（8） 定义边界条件，边界条件不做改变（均为electric边界）。 （9） 开始仿真，从瞬态求解器控制对话框（

选择“Port1”（1端口）。然后点击“Start”开始仿真。

（10） 观察计算结果，从导航树中选择对应选项，观察S11的仿真结果。 （11） 参数扫描

（ ））开

始仿真。因为本次设计仅关系到S11，所以在“Source type”选项中仅

（12） 为了确定使T接头S11最小的offset的值，必须确定offset的取值范围。 （13） 在参数扫描对话框中，选择“New seq.”,建立一个扫描序列。 （14） 参数扫描设置

（15） 设置对S参数的观测，全部参数设置完成后的窗口如图22所示。点击

“Start”开始进行参数扫描。扫描完成后，导航树的最下方多了一个 “Tables”的文件夹， （16） 单击“|S1,1| in dB”

（17） 使用CST的优化器对求解offset的最优结果。 （18） 参数优化器设置

（19） 接下来设定优化目标，选择用户定义优化目标，点击“Star”开始优化。 3、微带线仿真：

（1） 启动CST MICROWAVE STUDIO，选择“Creat a new project”； （2） 定义相关变量，定义建模过程中需要用到的相关变量，创建微带线的介

质基板，材料选择RogersRO4350 (loss free)。继续创建微带线的导带， 材料选择copper；

（3） 微带线端口设置，阅读CST帮助的微带线端口设置部分，并设置端口； （4） 设置边界条件； （5） 定义频率范围；

（6） 开始仿真，从瞬态求解器控制对话框（

始仿真；

（7） 观察计算结果，从导航树中选择对应选项，观察微带线在中心频率处对

应的特性阻抗；

（8） 进行参数扫描来确定微带线宽度，在瞬态求解器界面上选择

“Par.sweep…”选项，设置好参数后进行扫参。 4、微带低通滤波器设计：

此部分同思考题，在此不做赘述。

ent Solver（ ））开

八、实验结果及分析：

1、矩形波导仿真：

矩形模型

S11参数

TE10电场

TE10磁场

2、带销钉T接头优化：

w=34.2667

3、微带线仿真：

微带线模型

微带线电场

微带线磁场

4、微带低通滤波器设计：

实验结果及结论同思考题，在此不做赘述。

九、实验结论：

1. 3GHz下的相位常数β和波导特性阻抗Z的仿真结果和计算结果基本相

同；

2. 加入销钉能优化参数，销钉的位置不同优化效果也不同；

3. 通过CST仿真软件可以便捷地得到模型参数，对解决实际问题很有帮助。

十、思考题：

1、矩形波导仿真：

（1）、使用CST MICROWAVE STUDIO对矩形波导仿真需要几个步骤？ 答：需要六个步骤，分别为：建模、设置端口、设置频率、仿真、端口计

算、设置场监视器。

（2）、计算3GHz下的相位常数?和波导的特性阻抗Z，并同仿真结果比较，填

写下表。要求：给出计算?和Z的过程。

表1 3GHz波导相位常数与特性阻抗计算值与仿真结果比对 计算值 CST仿真结果

=[2*pi/0.1]*[1-{0.1/{2*86.4*10^(-3)}}^2]^(-1/2)

=120*pi/{1-{0.1/[2*86.4*10^(-3)]}^2}

相位常数 51.24 51.3421 特性阻抗 462.2607 461.357

（3）、从仿真的各个模式中，找出TE20模，并给出分析过程。截图给出1端口

上的电场分布图和上表面的磁场分布图。

答：TE20场结构类似由两个TE10模的场结构并排而成，且左右两边呈

反对称结构，故为TE20模。

TE20电场分布图 TE20磁场分布图

2、带销钉T接头优化：

（1）、在T型接头优化过程中，调谐螺钉尺寸及位置对于端口反射系数的影响。

答：销钉的尺寸会影响反射系数，尺寸越大，反射系数越小，适当的位置

才能是反射系数最小。

（2）、给出你的最佳优化结果（中心频率至少要小于-20dB，中心频率任选）。

W=34.2667

3、微带线仿真：

（1）、微带线端口应该如何设置？观察并贴出你仿真所得的微带线端口的电场和磁场分布图。

答：厚度为5倍的微带线厚度，宽度为6~10倍微带线宽度。

已设置好的微带端口

微带端口电场分布图

微带端口磁场分布图

（2）、调整微带线的特性阻抗到50欧姆，给出你的参扫曲线和最终的微带线尺寸（介电常数，板厚，导带看宽度）。

答：介电常数：3.48；板厚：0.018mm；导带宽度：1.2mm

w=1.7063

4、微带低通滤波器设计：

（1）、简述微带低通滤波器的设计步骤

第一步：根据指标要求选择滤波器阶数,首先根据指标要求，确定滤波器阶数n=7;

第二步：计算得出低通原型等效电路；

第三步：利用有很高或者很低阻抗的短的微带线可以实现串联电感和并联电容。设计出最终所得低通滤波器，计算得出各节微带线电长度； 第四步：在CST中，利用理想元件来验证；

第五步：选择介质板的厚度和介电常数，然后利用CST时域仿真微带线的方法来得到特定阻抗的微带宽度，并通过微带线理论的公式计算特定阻抗的微带长度；

第六步：将高低阻抗线的长度作为变量来进行优化所得结果。

（2）、给出你的最终设计结果，包括尺寸截图和最终优化结果。

尺寸截图

优化结果

L1 8.1451693017324

L2 9.5019862544046 L3 6.41717112 L4 4.1523044454296

十一、总结及心得体会：

通过几次实验熟悉了CST仿真软件的操作和使用，学会了对矩形波导、T型接头、微带线、低通滤波器的建模和仿真，学会了使用CST对参数进行扫描和优化，对微波传输特性有了新的认识和体会。

十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：

报告评分： 指导教师签字：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kldh.html