CST微波工作室学习笔记（4）

十、参数扫描分析和优化设计

1.变量的定义和使用

• 在参数列表窗口定义
  

  

• 在模型属性窗口定义
  

  

• 变量名：可用a-z，A-Z，0-9，中间不要有空格

• 变量值：常数或表达式，(),+,-,*,/,sqr(),^,long(),exp(),sin()等

2.参数化模型的创建

• 使用变量来设置模型的结构尺寸，或相关属性参数

3.参数扫描分析

参数扫描分析： 分析设计模型的性能随着指定变量的变化而变化的关系，在优化设计前一般使用参数扫描分析功能来确定被优化变量的合理变化区间

参数化扫描步骤：

1. 定义变量，创建参数化模型
   

   

2. 进行仿真分析的相关设置
   

   
   
   
   
   
   
   

3. 添加参数扫描分析项，设定扫描分析变量
   

   

4. 运行分析查看分析结果
   

   

4.优化设计

1.初始设计和参数化模型

2.添加优化变量

3.构造目标函数

勾选要优化的变量：

5.参数扫描分析和优化设计实例

• 使用之前的 T 形波导模型实例来演示参数扫描分析和优化设计

• 1.参数扫描分析实例

• 使用T形波导模型分析

• 改变挡板位置，查看在10GHz频点上波导两侧输出端口信号能量的变化

• 定义变量x_pos，用于设置挡板中心点的位置

• 使用数据后处理模板设置只输出10GHz频点上S11、S21和S31参数的幅度值分析结果

• 定义参数扫描分析，分析变量x_pos在0 ~ 1in范围内变化时，在10GHz频点上S11、S21和S31参数的变化

• 2.设计优化实例

• 使用优化设计，找出合适的挡板位置，使左侧端口输出的信号功率是右侧端口输出信号功率的两倍

• 设置优化变量为x_pos，优化变量的变化范围0 ~ 3in

• 设置优化目标

• 6. T 型波导实例讲解

• 1.参数扫描分析

• 打开 T 型波导实例，另存为一个新的工程文件用于本次实例，File > Save as
  

  

• 定义参数变量
  

  

• 用参数变量设置 T 型波导中的挡板在 X 轴的位置
  

  
  
  选择 OK 删除之前的仿真结果：
  

• 通过改变参数调整挡板的位置
  

  
  
  此时发现挡板在 X 轴的位置发生变化（参数化模型）：
  
  

• 数据后处理中定义10GHz频点上的 S 参数的幅度
  

  

• 设置参数变化范围
  

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  点击 Start ，仿真运行对参量变化时，S参数的变化情况 ( 在导航树的Tables目录下可以查看 )
  
  

• 设置目标函数，来满足2端口和3端口的关系
  

  
  
  
  
  
  在对话框中输入端口关系的表达式：
  
  
  
  在Result Name下查找刚刚创建函数的名字，在Conditions 里选择表达式的结果：
  
  
  
  点击 Start 可以开始优化分析，同样在Tables下可以查看优化结果：
  
  

• 十一、微带线结构器件设计分析实例

• 微带线结构器件

• 设计有一个图示微带线结构的3dB定向耦合器
  

  

• 图示微带线耦合器，信号从端口①输入

• 端口③输出信号有3dB衰减，90°相移

• 端口④输出信号有3dB衰减，180°相移

• 端口②没有信号输出

• 设计要求

• 工作频率：2.4GHz

• 端口阻抗：50Ω

• 介质板材：Rogers RT5880（Er=2.2），板厚1mm

• 微带线走线厚度：35um

• 理论设计

• 使用CST微波工作室的宏工具计算微带线的线宽和介质波长（使用前先把工作环境设置好）

• 50Ω微带线宽度：3mm

• 35.4Ω（Zo/根号2）微带线宽度：5mm

• 1/4介质波长：22.5mm
  

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  1/4波长为22.847mm：
  
  

• 设计简介

• 1.设计环境

• 求解器：通用频域求解器

• 默认单位：mm、GHz

• 背景材料：Normal

• 分析频率范围：1.8 ~ 3GHz

• 2.变量和参数化模型

• 
  
  
  

• 3.波导端口

• 波导端口的设置
  

  

• 微带线结构器件实例分析

• 1.新建工程

• 
  
  
  

• 2.设置工作环境

• 1.设置单位

• 

• 2.设置求解器

• 

• 3.设置背景材料

• 

• 3.创建3dB定向耦合器的结构模型

• 1.定义参数变量

• 

• 2.创建模型

• 1. 介质层部分

• 
  
  
  

• 2. 微带走线部分

• 1.先创建局部坐标系：
  

  
  
  
  
  
  
  
  
  2.创建50Ω微带线模型：
  
  
  
  3.创建35Ω微带线模型：
  
  
  
  
  
  
  4.创建另一条耦合臂：
  
  
  
  
  
  
  5.创建另外两条耦合臂：
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

• 4.设置波导端口（重点）

• 波导端口设置 ，左右延申8mm，下延时1mm，上延申10mm：
  

  
  
  
  
  
  按照相同方法设置其他3个波导端口：
  
  
  
  设置金属地：
  
  

• 5.设置频率范围

• 

• 6.运行仿真分析

• 1.运行仿真

• 
  
  
  

• 2. S 参数分析

• 可见工作频率稍微的有些偏移到了2.5GHz左右，可能影响工作频率的参数是1/4波长，因此要对1/4波长进行优化设计（1/4波长偏小）
  

  

• 7.参数优化分析

• 1.参数修改

• 
  
  
  
  
  F7更新模型后，运行仿真

• 2. S 参数分析

• 
  
  
  
  
  可见③④端口的输出信号都有3dB的衰减，②端口衰减很大，相当于隔离：
  
  
  
  ③④端口的相位差近似为90°：
  
  
  
  特性阻抗近似为50Ω：
  
  

• 8.查看电流分布

• 1.设置场监视器

• 

• 2.表面电流

• 值在②端口几乎没有电流（被隔离），③④端口有电流：