Коаксиальный волновой порт

Назначение

Коаксиальный волновой порт предназначен для возбуждения и приема электромагнитных волн в коаксиальных линиях передачи. Порт обеспечивает физически корректное моделирование подключения устройства к внешнему коаксиальному тракту.

Является специализированным типом волноводного порта. В отличие от сосредоточенного порта он задает не условное напряжение между двумя точками, а формирует структуру электромагнитной волны, существующей в реальной коаксиальной линии.

Типичными объектами применения являются:

• SMA-разъемы;
• N-разъемы;
• BNC-разъемы;
• коаксиальные кабели;
• антенные фидеры;
• коаксиально-микрополосковые переходы;
• коаксиально-волноводные переходы;
• СВЧ-фильтры;
• антенные устройства.

Физический смысл

Коаксиальная линия состоит из:

1. Центрального проводника.
2. Диэлектрика.
3. Внешнего проводника (экрана).

Энергия распространяется между центральным проводником и экраном в виде TEM-моды.

Использование коаксиально-волнового порта позволяет воспроизвести данное распределение поля на границе расчетной области.

TEM-мода в коаксиальной линии

Основной рабочей модой большинства коаксиальных линий является TEM-мода (Transverse Electromagnetic Mode).

Особенности данной моды:

• электрическое поле направлено радиально от центрального проводника к экрану;
• магнитное поле образует концентрические окружности вокруг центрального проводника;
• отсутствуют продольные составляющие электрического и магнитного полей;
• отсутствует частота отсечки;
• энергия распространяется вдоль оси коаксиальной линии.

Когда использовать

Рекомендуется использовать коаксиальный волновой порт если:

• модель содержит коаксиальную линию передачи;
• требуется получить корректные S-параметры;
• необходимо вычислить характеристический импеданс;
• моделируется коаксиальный разъем;
• выполняется анализ антенны с коаксиальным питанием;
• требуется исследовать переход между различными линиями передачи.

Когда не использовать

Не рекомендуется использовать коаксиальный волновой порт если:

• в модели отсутствует коаксиальная структура;
• необходимо задать фиксированное напряжение;
• требуется локальное возбуждение в одной точке;
• размеры возбуждаемой области значительно меньше длины волны.

В таких случаях рекомендуется использовать:

• сосредоточенный порт;
• источник напряжения;
• источник тока.

Назначение коаксиального волнового порта в САПР "ГАММА"

Рекомендация по позиции порта

Порт должен располагаться либо на границе расчетной области, либо внутри, но с использованием проводящей заглушки. В этом случае порт будет нагружен строго на соответствующую линию передачи, а точность результатов не будет искажена.

Создание условия

1. В главном меню выбрать вкладку Решение.

   

2. Выбрать Возбуждение.

   

3. В окне Назначить возбуждение выбрать Коаксиальный волновой порт.

   

4. В 3D-области указать место, куда будет назначен коаксиальный волновой порт.

   

5. В окне Начначить возбуждение указать направления порта с помощью кнопки Направление вращения. Для коаксиальной линии общеприянтым направлением является направление от центральной жилы к внешнему проводнику.

6. Сохранить условие, сначала нажав Применить, а затем ОК.

   

7. Проверить корректность назначения в дереве проекта в папке Условия в группе Возбуждения

   

Проверка корректности назначения

Необходимо убедиться, что:

• порт расположен на торце линии;
• выбран правильный центральный проводник;
• выбран правильный экран;
• проводники имеют проводящие материалы;
• отсутствуют разрывы геометрии.

Проверка материалов

Для центральной жилы должен быть назначен проводящий материал. Это значит, что объемная проводимость не должна быть равна 0. Значение объемной проводимости можно проверить в дереве проекта, перейдя в папку Материалы и нажав на назначенный материал. Внизу появится окно Свойства, в котором можно увидеть значение объемной проводимости.

Если внешняя оболочка моделируется не в янвном виде с назначением проводящего материала, то для нее на поверхности коаксиала назначается граничное условие Идеальный электрический проводник:

1. В главном меню выбрать вкладку Решение.

   

2. Выбрать Граничное условие.

   

3. В окне Назначить граничное условие выбрать Идеальный электрический проводник.

   

4. В 3D-области выбрать внешнюю грань коаксиала.

   

5. Сохранить условие, сначала нажав Применить, а затем ОК.

   

6. Проверить корректность назначения в дереве проекта в папке Условия в группе Граничные условия

   

Типичные ошибки

Используются непроводящие материалы для центральной жилы и внешнего проводника

Следствие:

• невозможность построения TEM-моды.