CST MWS仿真頻率設(shè)置與高斯脈沖激勵(lì)時(shí)長(zhǎng)的關(guān)系
該貼源自中6樓hefang的回復(fù)
看后對(duì)“仿真頻率為0-200Mhz，高斯脈沖時(shí)長(zhǎng)為18ns”不甚理解，為什么為18ns，經(jīng)研究后，特發(fā)此貼跟各位大神討論下：
1.仿真頻率定位0-200MHz時(shí)，default的脈沖寬度確實(shí)為18ns，見(jiàn)下圖：
2. 對(duì)其作FT后得到其頻譜，如下圖所示：
結(jié)論：脈沖時(shí)長(zhǎng)的選取是以其頻譜下降20dB作為標(biāo)準(zhǔn)選取的。
后續(xù)： 我的結(jié)論是否正確？ 如正確，具體如何求得的能否給出理論依據(jù)驗(yàn)證我的想法！
樓主研究的好細(xì)，好像一般圖1那個(gè)高斯脈沖很少稱為18ns脈沖，也就是CST里那么定義，可能就是為了給那個(gè)頻段內(nèi)有效激勵(lì)。
看到介紹高斯脈沖的文獻(xiàn)定義
圖1的脈沖如果按下降為峰值10% 則是7.5ns脈沖比較多。
也有按下降3dB計(jì)算高斯脈沖寬度的，則是4ns。
這個(gè)問(wèn)題我本身并沒(méi)有研究過(guò)，我是只看CST顯示的excitation signal。不過(guò)既然提出來(lái)了，一起討論下。
首先在《信號(hào)與系統(tǒng)》里激勵(lì)函數(shù)確實(shí)叫做“脈沖”，全稱叫做“鐘形脈沖信號(hào)”，它的函數(shù)表達(dá)式叫做“鐘形脈沖函數(shù)（高斯函數(shù)）”。
對(duì)于CST使用-20 dB，這個(gè)本身并沒(méi)有什么特別的理論。-20 dB意味著99%的能量被包括在0-200 MHz之間的信號(hào)頻譜之內(nèi)，頻譜之外從負(fù)無(wú)窮到正無(wú)窮只有1%的能量。
假設(shè)現(xiàn)在使用-30 dB作為參考值，意味著有99.9%的能量會(huì)被包括在內(nèi)，對(duì)時(shí)域的影響是什么呢？根據(jù)上面頻域信號(hào)圖，如果要在200 MHz時(shí)達(dá)到-30 dB，那么意味著頻域內(nèi)脈寬被壓縮。按照傅里葉變換的基本原理，時(shí)域信號(hào)會(huì)對(duì)應(yīng)展寬。
那么這就變成了這樣一個(gè)問(wèn)題：需要多少硬件資源（仿真時(shí)長(zhǎng)）來(lái)?yè)Q取更高的仿真準(zhǔn)確度（更完備的激勵(lì)能量）。
用Freemat簡(jiǎn)單計(jì)算一下：（以下只是純理論驗(yàn)證）
omega = 0 : 200;
tau = 0.045;
F = exp(-(omega*tau/2));
F_log = 10*log10(F);
plot (omega, F_log);
tau等于0.045，高斯脈沖信號(hào)在200處是-20 dB左右：
如果要讓200處是-30 dB，tau等于0.07：
也就是說(shuō)，如果要增加0.1%的信號(hào)能量，激勵(lì)信號(hào)時(shí)長(zhǎng)增加接近2倍。作為一個(gè)工程應(yīng)用，問(wèn)題轉(zhuǎn)化為：“值嗎？”
頻率越高，高斯脈沖時(shí)長(zhǎng)越段，脈沖越尖？
看了一下樓上幾位的討論，深感自己當(dāng)年沒(méi)有在這個(gè)問(wèn)題上抱有各位的那種鉆研精神，慚愧。。。
我是純靠多仿真積累經(jīng)驗(yàn)的選手，說(shuō)說(shuō)我的理解。
1、高斯脈沖，本身這個(gè)是CST最早的時(shí)域算法的一個(gè)特色，很多人在用慣了HFSS和FEKO這類(lèi)頻域軟件后，不理解高斯脈沖的作用，總是問(wèn)類(lèi)似如何加一個(gè)xxxGHz的信號(hào)之類(lèi)的問(wèn)題。其實(shí)高斯脈沖只是一個(gè)軀殼，本質(zhì)就是一個(gè)包含了用戶關(guān)注的頻率范圍的時(shí)域信號(hào)。說(shuō)到這，就很明顯了，改頻率，時(shí)域信號(hào)就會(huì)跟著變。
2、頻率范圍，高斯脈沖包含的頻率范圍，理論化的解釋就是FFT后，信號(hào)能量較為集中的頻率內(nèi)，至于有多集中，那就是hefang和樓主的計(jì)算了。而說(shuō)到這，引出一個(gè)以前也有很多人問(wèn)的問(wèn)題，我關(guān)注1GHz，是不是頻率范圍設(shè)置到1GHz即可？這個(gè)問(wèn)題CST官方給出的建議，是用戶關(guān)注頻點(diǎn)的1.3倍，至于原因，就是希望用戶關(guān)注的頻點(diǎn)處的激勵(lì)能量，不會(huì)比最高能量的頻點(diǎn)值小太多，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致在邊緣頻點(diǎn)處計(jì)算的不精確。
3、能量，能量指的，就是CST的1D result里那個(gè)Energy，這個(gè)我認(rèn)為在仿真過(guò)程中，唯一能告訴我大概多久能仿真完的參數(shù)。只要激勵(lì)信號(hào)還不是0，仿真空間內(nèi)就會(huì)有能量的增加，但是當(dāng)激勵(lì)信號(hào)=0的時(shí)候，就意味著，仿真空間內(nèi)的能量不會(huì)增加了，而這時(shí)，就是第一個(gè)脈沖時(shí)間走完的時(shí)候，在Energy曲線上，如果你的模型設(shè)置都對(duì)，結(jié)果不發(fā)散的話，那么Energy應(yīng)該到了那個(gè)歸一化的0dB并將開(kāi)始減少。通常我們?cè)O(shè)置的仿真終止條件，是-30dB，這個(gè)-30dB指的就是整個(gè)仿真空間內(nèi)，能量衰減到最大值的1/1000時(shí)終止。我做那些用很久時(shí)間才能仿真完的仿真的時(shí)候，就會(huì)盯著energy的曲線，根據(jù)斜率，脈沖到達(dá)open邊界的時(shí)間，來(lái)判斷仿真到底多久能夠結(jié)束。。。
4、諧振，諧振是時(shí)域仿真里比較不喜歡出現(xiàn)的，因?yàn)橹C振使得整個(gè)仿真區(qū)域內(nèi)的能量，衰減的極慢，這時(shí)，我一般會(huì)終止仿真，看修改一下頻率范圍有沒(méi)有好點(diǎn)（把已知或未知的諧振頻點(diǎn)隔離到有用的信號(hào)外），如果還沒(méi)好，時(shí)間又緊，我可能會(huì)很不情愿的用一下頻域或者積分方程法。。。
5、歸一化，我其實(shí)一開(kāi)始，最不理解的就是CST時(shí)域的歸一化。后來(lái)有了TLM，我一看那激勵(lì)信號(hào)都是GV/m的量級(jí)，就更糊涂了。。。后來(lái)認(rèn)真，仔細(xì)的研究和試驗(yàn)了一下，明白了這個(gè)是怎么回事，大概來(lái)說(shuō)，就是CST的時(shí)域激勵(lì)是個(gè)高斯信號(hào)，其仿真結(jié)果，比如探針、場(chǎng)監(jiān)視器，在時(shí)域上都是高斯信號(hào)激勵(lì)出來(lái)的結(jié)果，而在頻域上，則是用高斯信號(hào)激勵(lì)出來(lái)的時(shí)域結(jié)果FFT后除以高斯信號(hào)FFT的結(jié)果，這個(gè)過(guò)程，就是歸一化。其歸一化的含義，就是把高斯信號(hào)的FFT結(jié)果，等效成一個(gè)在頻域各點(diǎn)都=1的激勵(lì)。這是一個(gè)數(shù)學(xué)上的變化，不是物理上的。而TLM算法，則是在激勵(lì)的時(shí)候，就用一個(gè)極大的脈沖，該脈沖的FFT結(jié)果，則就是在全頻段=1，這是物理上的1，不是數(shù)學(xué)上的1。
希望能對(duì)大家有點(diǎn)幫助。
不早了，該睡了，明天還得去加班。。。
謝謝解答這個(gè)一般人想不到的問(wèn)題
謝謝你們！
請(qǐng)教樓主，您的ft變換在CST里如何實(shí)現(xiàn)。謝謝！
