CST MWS仿真频率设置与高斯脉冲激励时长的关系

该贴源自中6楼hefang的回复 
看后对“仿真频率为0-200Mhz，高斯脉冲时长为18ns”不甚理解，为什么为18ns，经研究后，特发此贴跟各位大神讨论下： 
1.仿真频率定位0-200MHz时，default的脉冲宽度确实为18ns，见下图： 
 
2. 对其作FT后得到其频谱，如下图所示： 
 
结论：脉冲时长的选取是以其频谱下降20dB作为标准选取的。 
后续： 我的结论是否正确？ 如正确，具体如何求得的能否给出理论依据验证我的想法！ 
 

网友回复:

楼主研究的好细，好像一般图1那个高斯脉冲很少称为18ns脉冲，也就是CST里那么定义，可能就是为了给那个频段内有效激励。 
看到介绍高斯脉冲的文献定义 
图1的脉冲如果按下降为峰值10% 则是7.5ns脉冲比较多。 
也有按下降3dB计算高斯脉冲宽度的，则是4ns。 
 

网友回复:

这个问题我本身并没有研究过，我是只看CST显示的excitation signal。不过既然提出来了，一起讨论下。 
 
首先在《信号与系统》里激励函数确实叫做“脉冲”，全称叫做“钟形脉冲信号”，它的函数表达式叫做“钟形脉冲函数（高斯函数）”。 
 
对于CST使用-20 dB，这个本身并没有什么特别的理论。-20 dB意味着99%的能量被包括在0-200 MHz之间的信号频谱之内，频谱之外从负无穷到正无穷只有1%的能量。 
 
  

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假设现在使用-30 dB作为参考值，意味着有99.9%的能量会被包括在内，对时域的影响是什么呢？根据上面频域信号图，如果要在200 MHz时达到-30 dB，那么意味着频域内脉宽被压缩。按照傅里叶变换的基本原理，时域信号会对应展宽。 
 
那么这就变成了这样一个问题：需要多少硬件资源（仿真时长）来换取更高的仿真准确度（更完备的激励能量）。 
 
用Freemat简单计算一下：（以下只是纯理论验证） 
 
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，高斯脉冲信号在200处是-20 dB左右： 
 
 
如果要让200处是-30 dB，tau等于0.07： 
 
 
也就是说，如果要增加0.1%的信号能量，激励信号时长增加接近2倍。作为一个工程应用，问题转化为：“值吗？” 

网友回复:

频率越高，高斯脉冲时长越段，脉冲越尖？

网友回复:

看了一下楼上几位的讨论，深感自己当年没有在这个问题上抱有各位的那种钻研精神，惭愧。。。 
我是纯靠多仿真积累经验的选手，说说我的理解。 
1、高斯脉冲，本身这个是CST最早的时域算法的一个特色，很多人在用惯了HFSS和FEKO这类频域软件后，不理解高斯脉冲的作用，总是问类似如何加一个xxxGHz的信号之类的问题。其实高斯脉冲只是一个躯壳，本质就是一个包含了用户关注的频率范围的时域信号。说到这，就很明显了，改频率，时域信号就会跟着变。 
2、频率范围，高斯脉冲包含的频率范围，理论化的解释就是FFT后，信号能量较为集中的频率内，至于有多集中，那就是hefang和楼主的计算了。而说到这，引出一个以前也有很多人问的问题，我关注1GHz，是不是频率范围设置到1GHz即可？这个问题CST官方给出的建议，是用户关注频点的1.3倍，至于原因，就是希望用户关注的频点处的激励能量，不会比最高能量的频点值小太多，因为这样会导致在边缘频点处计算的不精确。 
3、能量，能量指的，就是CST的1D result里那个Energy，这个我认为在仿真过程中，唯一能告诉我大概多久能仿真完的参数。只要激励信号还不是0，仿真空间内就会有能量的增加，但是当激励信号=0的时候，就意味着，仿真空间内的能量不会增加了，而这时，就是第一个脉冲时间走完的时候，在Energy曲线上，如果你的模型设置都对，结果不发散的话，那么Energy应该到了那个归一化的0dB并将开始减少。通常我们设置的仿真终止条件，是-30dB，这个-30dB指的就是整个仿真空间内，能量衰减到最大值的1/1000时终止。我做那些用很久时间才能仿真完的仿真的时候，就会盯着energy的曲线，根据斜率，脉冲到达open边界的时间，来判断仿真到底多久能够结束。。。 
4、谐振，谐振是时域仿真里比较不喜欢出现的，因为谐振使得整个仿真区域内的能量，衰减的极慢，这时，我一般会终止仿真，看修改一下频率范围有没有好点（把已知或未知的谐振频点隔离到有用的信号外），如果还没好，时间又紧，我可能会很不情愿的用一下频域或者积分方程法。。。 
5、归一化，我其实一开始，最不理解的就是CST时域的归一化。后来有了TLM，我一看那激励信号都是GV/m的量级，就更糊涂了。。。后来认真，仔细的研究和试验了一下，明白了这个是怎么回事，大概来说，就是CST的时域激励是个高斯信号，其仿真结果，比如探针、场监视器，在时域上都是高斯信号激励出来的结果，而在频域上，则是用高斯信号激励出来的时域结果FFT后除以高斯信号FFT的结果，这个过程，就是归一化。其归一化的含义，就是把高斯信号的FFT结果，等效成一个在频域各点都=1的激励。这是一个数学上的变化，不是物理上的。而TLM算法，则是在激励的时候，就用一个极大的脉冲，该脉冲的FFT结果，则就是在全频段=1，这是物理上的1，不是数学上的1。 
 
希望能对大家有点帮助。 
 
不早了，该睡了，明天还得去加班。。。

网友回复:

谢谢解答这个一般人想不到的问题

网友回复:

谢谢你们！

网友回复:

请教楼主，您的ft变换在CST里如何实现。谢谢！

申明：网友回复良莠不齐，仅供参考。如需专业解答，请学习易迪拓培训专家讲授的CST视频培训教程。