当使用特定的阻抗值在预计会出现横向电磁（TEM）模式的位置上激励或终止一个射频设备时，集总端口特征是一个很有用的功能。RF 模块是 COMSOL Multiphysics®软件的一个附加产品，集总端口特征是一个具有许多不同变化和应用领域的边界条件。这篇博客，我们来讨论该特征的几个应用。
集总端口简介
集总端口用于激励或终止无源电路和天线，以及计算设备的频率响应，例如根据 S 参数的阻抗匹配和插入损耗。
在使用集总端口时，有几个条件可以获得物理上有效的 S 参数。为了生成 S 参数，必须有一个单一激励的集总端口。传统的 S 参数定义仅适用于实数特性阻抗。当使用复数端口参考阻抗时，计算的 S 参数是没有物理意义的。例如，对于UHF RFID 标签建模，需要研究功率波反射系数项来计算设备的匹配特性。
虽然集总端口和端口边界条件都非常适合电磁波问题，但在这里我们将通过 RF 模块案例库中的几个示例，重点介绍每种端口类型的集总端口应用。
显示了波束扫描能力的单极天线阵列模型。该模型使用了具有算术相位变化的多个集总端口激励。对于相控阵天线应用，有可能激励具有相位级数的多个集总端口。
集总端口特征可以应用在模型的一个小区域，这些集总端口边界的大小相对于工作波长足够小。因此，假设在小区域中的任何相位变化都可以忽略不计。此特征仅限于支持 TEM 模式的两个金属(导体)边界之间的间隙表面。
集总端口按其几何形状可以分为以下几类：
- 均匀
- 同轴
- 单元均匀
- 用户自定义
让我们来看几个例子……
均匀集总端口
使用均匀集总端口通过小的矩形边界激励或终止器件。RF 模块案例库中的几个示例演示了这类集总端口的使用。
带状天线
当激励一个印刷在介电板上的带状天线来测量输入阻抗和 S 参数，以及计算具有远场特征的辐射方向图时，可以在两个导电带之间的间隙上使用集总端口。
左：UHF RFID 标签模型。右图：印刷金属条中间的均匀集总端口的边界选择。
微带电路
当激励和终止微带线电路以计算 S 参数时，可以在微带线末端和底部接地层之间的间隙上添加一个集总端口。微带线周围的边缘场被忽略。如果需要考虑边缘场，可以使用带有TEM选项的数值端口。
左图：耦合线滤波器模型。右图：微带线滤波器末端均匀集总端口的边界选择。
开槽天线
当激励在电介质基板上印刷的缝隙天线来计算输入阻抗和 S 参数，以及研究具有远场特征的辐射特性时，可以在连接导电平面两个边缘的缝隙上指定一个集总端口。
左图：缝隙螺旋天线模型。右图：开槽之间的均匀集总端口的边界选择。
微带贴片天线
要激励由微带线馈电的微带贴片天线来计算输入阻抗和 S 参数，以及计算具有远场特征的辐射方向图时，可以在微带线末端与底部接地面之间的间隙上指定一个集总端口。
左图：微带贴片天线模型。右图：微带天线末端均匀集总端口的边界选择。
同轴集总端口
同轴集总端口适用于处理同轴电缆和同轴连接器，例如 SMA 连接器和边缘发射连接器。
SMA 连接器
当激励和端接一个同轴连接器来计算 S 参数和输入阻抗时，可以在 SMA 连接器的中心和外导体之间的环形边界上指定一个集总端口。
左图：分支线耦合器模型。右图：SMA 连接器上同轴集总端口的边界选择。
同轴电缆
同轴电缆的末端可以用同轴集总端口终止，用于计算 S 参数和输入阻抗。就像 SMA 连接器外壳一样，可以在电缆的中心导体和外导体之间的环形边界上使用集总端口。
左图：同轴低通电缆滤波器模型。右图：二维轴对称模型中同轴集总端口的边界选择。
多单元均匀集总端口
要解决共面波导或两条平行微带线上的共模或差模的激励和终止问题，可以使用多单元均匀集总类型。
共面波导
当使用单一集总端口边界激励或终止共面波导时，它需要在接地平面或围绕中心导体的公共接地平面之间建立导电空气桥。我们可以通过选择多单元均匀集总端口避开这项额外的建模工作。此端口使用一对称为均匀元件的子特征配置共面波导模型。每个均匀元件分别指派给靠近中心导体左侧和右侧的开槽。仅当功率在两个开槽上均等分配时才有效。
左图：共面波导带通滤波器模型。右图：多单元均匀集总端口的边界选择。
用户定义的集总端口
如果集总端口边界的形状不能通过同轴、多单元均匀或均匀集总端口定义，则可以使用用户定义类型，只要集总端口边界的高度和宽度是恒定的且极化是确定的。
弯曲边界上的激励和终止
如果要将集总端口指派给圆柱形结构，应该选择一组位于导电边界之间的周向边界。集总端口适用于导电圆柱结构的一小段或通过信号路径（微带线）和底部接地层之间的金属结构。
左图：偶极天线模型。右图：圆柱结构中间的用户定义集总端口的边界选择。
使用集总元件特征类比集总端口
集总元件特征是一种无源集总端口边界条件，可以用来终止一个指定设备类型的电路或者天线。该特征不适用于作为源激励电路或天线。
可以使用集总元件特征来描述在两个导电边界之间插入电容器、电感器、一般阻抗或无电抗器件的简单组合。当使用单激励的集总端口计算 S 参数时，这个特征不会生成 S 参数。集总元件特征支持与集总端口特征相同的几何形状，它被定义为具有用户定义的阻抗、电容、电感、串联 LC (电感-电容组合)、并联 LC、串联 RLC (电阻-电感-电容组合)，或并联 RLC 电路。
电阻
可以在微带线中间添加一个表面贴装器件，例如电阻。在桥接两个导电边缘的间隙上使用一个具有指定阻抗值的集总元件。
左图：Wilkinson 功分器模型。右图：均匀电阻集总元件的边界选择。
电容器和电感器
电抗式表面贴装器件，例如电容器和电感器，用于构建低频射频滤波器。选择合适的集总元件器件类型，并将集总元件分配在两个微带线末端之间的边界上。
左图：集总元件滤波器模型。右图：均匀电容器集总元件的边界选择。
下一步
了解更多 COMSOL 中可用于射频和微波建模的专用特征：
集总端口特征的应用并不限于本文中提到的示例。您可以在 COMSOL 案例库中找到许多有用的RF 教程模型，其中包含了易于遵循的逐步说明。
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