CST天线仿真笔记
CST微波工作室学习笔记（3）
CST微波工作室学习笔记（3）六、边界条件和背景材料为什么要设置边界条件：•使用计算机来进行电磁计算或电磁仿真分析，都是只能处理有限空间内的电磁问题•在CST微波工作室中，通过设置适当的边界条件，实现把电磁问题设定于有限空间内背景概念：•用户创建的结构模型区域以外的空间背景材料•指用户所创建模型的外侧的填充材质背景材料设置•Modeling > Materials > Background•常用材质：PEC（理想导体）、Nomal（空气或真空）、Anisotropic（各向异性）、Lossy Metal（有耗导体）边界条件设置•Simulation > Setting > Boundaries边界条件类型1. Electric（电边界）•等效于理想导体（PEC），电场垂直于边界表面•当背景材料设置为理想导体时，自动设置为电边界•2. Magnetic（磁边界）•边界条件上的电场方向与表面相切，磁场垂直于边界表面•-实际上不存在理想磁边界，只是理论上的约束条件•3. Open(PML)（开放边界）•相当于理想匹配层(PML)，电磁波几乎无反射通过该边界•可用于等效自由空间情况4. Open(add space)•与 Open 边界条件相同，边界表面设置与模型有一定的距离，主要是用于远区场的计算•用于天线、RCS等辐射/散射问题的仿真分析5. Periodic（周期性边界条件）•用于阵列天线、FSS等周期性结构的仿真分析•成对出现、需要设置相位差6. Counducting wall（有耗导体边界条件）•良导体/非理想导体边界条件，等效于有耗导体，电场垂直边界表面•当背景材料设置为有耗导体(lossy metal)，自动设置为有耗导体边界•7. Unit Cell（用于周期性问题求解的边界条件）•类似周期边界条件、用于周期性结构的仿真分析•只能用于通用频域求解器8. Symmetry Planes（设置对称面的边界条件）•应用对称边界构造结构时仅构造一部分，减小结构尺寸和设计复杂性、缩短计算时间•有电壁对称面、磁壁对称面两种类型•电场垂直对称面且对称，选择电壁对称面•磁场垂直对称面且对称，选择磁壁对称面••七、端口和激励详解•激励•指在进行仿真分析时需要提供的激励信号源•在CST微波工作室中，提供了多种不同类型的激励源，用于分析不同类型问题•在运行仿真分析之前，至少要设置一个激励源作为结构的输入信号激励•激励类型•- 端口激励(Port)：可以分析给出的S参数、也可分析给出场分布•——离散端口（Discrete Ports）•——波导端口（Waveguide Ports）•- 场源激励(Field Source)：只能分析给出场分布•——平面波激励（Plane Waves）•——远区场激励（Farfield Sources）•——近区场激励（Nearfield Sources）••负载——集总元件(Lumped Element)••1.波导端口——Waveguide Ports•什么是波导端口•模拟一段连接在结构模型上的无限长的波导，因为波导端口模式匹配良好，几乎能全部吸收结构模型内传输过来的电磁波，从而达到很高的仿真精度•波导端口默认的输入激励信号功率是1W•设置操作和端口对话框•General：设置端口的名称等•Position：设置端口的位置坐标•Reference plane：设置端口位于模型外部或内部位置••应用范围•波导结构模型•同轴线结构模型•微带线/带状线/共面波导等传输线结构模型•2.离散端口——Discrete Ports•什么是离散端口•离散端口是由具有内阻的电流源组成，设置于结构模型内部•定义更简单，只需要定义域结构相连的两个管脚即可•端口的电长度最好小于1/10个波长，否则仿真结果相差大•离散端口设置•离散棱边端口（选中两个端口表面进行设置）•离散表面端口（选中两个棱边进行设置）•Properties：设置激励源类型、端口名称、内阻等•Location：设置端口的坐标••3.平面波激励——Plane Waves•模拟从无限远处发射过来的电磁波激励，主要用于RCS一类的散射问题的分析•只分析远区场，不计算S参数•需要设置开放边界条件（Open）••4.远区场激励——Farfield Sources•把在其他微波工作室分析出的远区场导入到另一个微波工作室中用作激励源•5.近区场激励——Nearfield Sources•把在其他微波工作室分析出的近区场导入到另一个微波工作室中用作激励源•波导端口平面设置•波导结构••同轴线结构••微带线•端口需要足够大以覆盖准TEM模的重要部分••另一方面，端口又不能太大，会激发高次模••如果激发高次模，造成时域求解器能力衰减十分缓慢，频谱结果会看到非常多的毛刺•分析完成后，查看端口处的场分布，确认端口大小是后合适••共面线/共面波导•不接地共面线和接地共面线••模式数••负载——Lumped Element•Type：电阻、电感、电容串联；电阻、电感、电容并联；二极管等；•R：电阻大小•L：电感大小•C：电容大小•Location：定义各器件所在坐标••八、求解器详解•- 求解器的分类•Time Domain Solver——时域求解器•Frequency Domain Solver——频域求解器•Eigenmode Solver——本征模求解器•Integral Equation Solver——积分方程求解器•Asymptomatic Solver——高频渐进求解器•Multilayer Solver——多层平面矩量法求解器••- 电尺寸的定义•是物体的几何尺寸除以波长，单位为波长；电尺寸小于5个波长称为电小；大于5小于50称为电中；大于50小于500称为电大；大于500称为超电大•- 计算电磁学的电磁数值算法•全波算法（精确算法）：分为时域全波和频域全波算法，直接求解麦克斯韦积分或微分方程。
2024版CSTMWS教程共形天线建模专
随着CST MWS软件的不断升级和完善，其在共形天线领域的应用 将更加广泛和深入。
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天线能够与载体平台外形 紧密贴合，不破坏载体表 面的完整性。
天线高度低，有利于减少 雷达散射截面和降低风阻。
能够在较宽的频带内工作， 适应多种通信和雷达应用 需求。
具有较高的辐射效率和接 收效率，保证通信和雷达 系统的性能。
工作原理与辐射特性
工作原理
共形天线通过特定的馈电结构和辐射单元设计，实现电磁波的辐射和接收。其工作 原理与普通天线相似，但由于与载体平台共形，需要考虑载体平台对天线性能的影 响。
建模
选择合适的建模工具，按照实际需求构建三维电磁模型，并设置相应 的材料属性和边界条件。
仿真设置
选择合适的求解器类型，设置仿真频率范围、激励源等参数，进行仿 真前检查以确保模型正确无误。
运行仿真
启动求解器进行仿真计算，根据模型复杂程度和计算机性能，仿真时 间可能较长。
结果分析
利用后处理功能对仿真结果进行分析和处理，包括数据可视化、性能 参数提取等。根据分析结果优化模型设计或进行下一步工作。
2
该软件基于时域有限积分法（FIT）和频域有限元 法（FEM），具备高效、精确的电磁场求解能力。
3
CST MWS提供了丰富的材料库和模型库，支持 多种CAD数据格式导入，方便用户快速构建复杂 的三维电磁模型。
界面布局与功能模块
建模模块
提供多种建模工具，支持参数 化建模和脚本编程，可实现复 杂结构的快速建模。
通过仿真软件提供的可视化工具，查 看电场、磁场、电流等物理量的分布 和变化情况。
后处理技巧
利用数据处理和分析工具，对仿真结 果进行进一步处理和分析，如计算S 参数、辐射方向图、增益等天线性能 参数，以及进行误差分析和优化设计。
cst微带贴片天线仿真实验报告
cst微带贴片天线仿真实验报告CST微带贴片天线仿真实验报告1. 引言1.1 背景介绍1.2 目的和意义2. 实验原理2.1 微带贴片天线的结构和工作原理2.2 CST仿真软件简介3. 实验步骤3.1 设计微带贴片天线的几何结构3.2 导入设计参数到CST软件中3.3 进行电磁场仿真分析3.4 对仿真结果进行分析和优化4. 实验结果与讨论4.1 微带贴片天线的辐射特性分析结果- 辐射图案分析- 增益和方向性分析- 驻波比和带宽分析4.2 影响微带贴片天线性能的因素讨论- 基底材料特性对性能的影响- 贴片尺寸对性能的影响5. 实验结论与展望5.1 实验结论总结5.2 对实验结果的评价与展望6. 参考文献7. 致谢1 引言：1.1 背景介绍在现代通信系统中，微带贴片天线因其小巧、轻便、易制造等优点被广泛应用于无线通信设备中。
通过对微带贴片天线的仿真实验，可以分析其辐射特性，优化设计参数，提高天线的性能。
1.2 目的和意义本次实验旨在使用CST仿真软件对微带贴片天线进行电磁场分析，探究不同设计参数对天线性能的影响，并通过优化设计参数提高天线的工作效果。
这对于实际应用中的无线通信系统设计具有重要意义。
2 实验原理：2.1 微带贴片天线的结构和工作原理微带贴片天线由导体贴片和基底材料组成。
导体贴片被固定在基底上，并与馈电源相连。
当电流通过导体贴片时，产生电磁场并辐射出去，实现无线信号传输。
2.2 CST仿真软件简介CST是一款常用于电磁场仿真分析的软件工具。
它基于有限元方法和时域积分方程等数值计算方法，可以模拟各种复杂结构下的电磁场分布，并提供丰富的分析工具和可视化功能。
3 实验步骤：3.1 设计微带贴片天线的几何结构根据实验要求和设计目标，确定微带贴片天线的几何结构，包括导体贴片的形状、尺寸和基底材料等参数。
3.2 导入设计参数到CST软件中在CST软件中创建一个新项目，导入微带贴片天线的设计参数。
包括导体贴片的形状、尺寸、基底材料的特性等。
CST学习笔记
CST学习笔记1.CST的倒⾓操作建⽴模型如下（1）直倒⾓⾸先选中要建⽴直倒⾓的边------Objects------Chamfer Edges出现对话框如下：在Chamfer Width中输⼊直倒⾓的长度，在Angle中输⼊直倒⾓的⾓度，得出模型如下：（2）圆倒⾓⾸先选中要建⽴圆倒⾓的边------Objects------Blend Edges出现对话框如下：在Radus中输⼊圆倒⾓的半径得出模型如下：2.拉伸、旋转和渐变选择要拉伸的模型的⼀个⾯------Objects------Extrude得出下图对话框（1）在Height中输⼊⾼度即是拉伸，如下图所⽰：（2）旋转时要求输⼊⼀条旋转轴和⼀个被选⾯。
旋转轴可以是模型中选定的⼀条直边或⽤数值指定的边。
本例中新建⽴⼀条直线：Objects------Pick------Edge from Coordinates如下图所⽰：Objects------Rotate得对话框如下：在Angle中指定⼀个⾓度如90度。
得出模型如下图（3）渐变选择要在两个物体之间进⾏渐变操作的两个对⽴⾯------Objects------Loft得到如下对话框：在Smoothness中输让进度条靠近High⼀侧，让两个物体之间有光滑的过渡。
3.尺⼨放缩可以对物体进⾏固定⽐例放⼤或缩⼩⾸先选中要进⾏尺⼨放缩的物体------Objects------Transform在对话框的Operation中选择Scale再调整Scale vector，即把X、Y、Z的因⼦扩⼤或缩⼩，如0.2或3。
4.对物体掏空Objects------Shell Solid or Thicken Sheet出现如图所⽰的对话框：在Thickness输⼊掏空后留下的壳的厚度，如果只选择整个物体，则物体从内部被掏空，如果事先选择物体的上下两个⾯，则该⾯也会被掏空。
如图所⽰：5.历史记录的操作当我们创建了⼀些基本结构并执⾏了⼀些简单的⼏何变换。
实验二电磁波发射天线的模拟仿真
实验二电磁波发射天线的模拟仿真电动力学实验报告电磁波发射天线的模拟仿真学院: 应用科学学院专业班级: 学生姓名: 某某某学号:指导教师: 完成时间: 2013年7月2号一、实验目的1(熟悉并了解CST 的软件环境。
2(通过实验掌握天线的实际画法及步骤。
3(了解电磁波发射天线的模拟仿真过程，进一步了解电磁波发射现象。
二、实验原理及要求在CST微波工作室中，通常采用瞬态求解器来计算天线，典型的天线特性，如S参量(S参数)、主瓣方向、增益、效率等，都将被自动计算和显11 示。
按照如下图的天线模型形自行设计可接受2GHz左右的电磁波信号的天线并仿真出结果，同时作出一定分析。
(碳纳米管的半径为R，轴向方向沿z轴，长度为L，中间馈电端口缝隙为D)三、实验步骤1、选择天线模板启动CST，在弹出的“Welcome”对话框中点击“OK”按钮，创建一个新项目。
然后会看到选择模板对话框，选择Antenna(Horn,Waveguide)，并点击OK按钮。
2、设置单位用鼠标左键单击主菜单上的<Solve>按钮，在下拉菜单中选择<Unit>，然后在弹出的对话框中将单位设置值更改为:mm，GHz，ns，然后点击OK按钮。
3、设置背景材料假设天线在理想的真空环境中。
用鼠标左键单击主菜单上的<Solve>按钮，在下拉菜单中选择<BackgroundProperties>，然后在弹出的对话框中设置各参数。
4、定义天线结构用鼠标左键单击主菜单上的<Edit>按钮，在下拉菜单中选择 <Parameters>，然后在弹出的对话框中设置各参数。
其中a,,。
5、建立模型天线为圆柱结构，用鼠标左键单击主菜单上的<Objects>按钮，在下拉菜单中选择<Basic Shapes>，在出现的子菜单中选择<Cylinder>，然后再按下键盘上的ESC键，在出现在对话框中输入碳纳米管天线的半径、长度、材料特性等参数。
CST中仿真设计WLAN频段的盘锥天线
CST中仿真设计Βιβλιοθήκη lan频段的盘锥天线 时间：2015-08-23 作者：天线设计网 TAGS：cst 盘锥天线 吸顶天线 wlan 双锥天线的一个锥用盘状导电平板代替便构成盘锥天线，结构如下图所示。
该天线由穿过内部的同轴线馈电，同轴线的 内导体与顶部导电 圆盘中心相连，外 导体在间隙处与圆 锥顶部连接。盘锥 天线通常用于VHF 和UHF频段，作为水平面全向的垂直极化天线，它可以在5∶1的频率范围内保持驻波比VSWR<=1.5。
圆盘的尺寸对方向图的影响很大，尺寸过大将减弱上半空间的场强，尺寸太小会破坏天线的阻抗带宽特性和方向图形状。圆盘与锥体之间的间隙对天线的性能影响不大，可根据工作频率适当选择。
在方向图参数满足常规要求的前提下，合理选择天线的尺寸，可设计出具有宽带阻抗特性（驻波比小于1.5，带宽为7：1）的盘锥天线。相对于中心工作波长λ，典型结构参数为如下：
CST仿真实验实验报告
电子科技大学自动化工程学院标准实验报告（实验）课程名称微波技术与天线电子科技大学教务处制表电子科技大学实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：C2-513二、实验项目名称：微波技术与天线CST仿真实验三、实验学时：6学时四、实验目的：1、矩形波导仿真（1）、熟悉CST仿真软件；（2）、能够使用CST仿真软件进行简单矩形波导的仿真、能够正确设置仿真参数，并学会查看结果和相关参数。
2、带销钉T接头优化（1）、增强CST仿真软件建模能力；（2）、学会使用CST对参数扫描和参数优化功能。
3、微带线仿真学习利用CST仿真微带线及微带器件。
4、设计如下指标的微带线高低阻抗低通滤波器截止频率：2GHz截止频率处衰减：小于1dB带外抑制：3.5GHz插入损耗大于20dB端口反射系数：<15dB端口阻抗：50欧姆。
五、实验内容：1、矩形波导仿真（1）、熟悉CST仿真软件的基本操作流程；（2）、能够对矩形波导建模、仿真，并使用CST的时域求解器求解波导场量；（3）、在仿真软件中查看电场、磁场，并能够求解相位常数、端口阻抗等基本参数。
2、带销钉T接头优化（1）、使用CST对带销钉T接头建模；（2）、使用CST参数优化功能对销钉的位置优化；（3）、通过S参数分析优化效果。
3、微带线仿真（1）、基本微带线的建模；（2）、学习微带线的端口及边界条件的设置。
4、微带低通滤波器设计（1）、根据参数要求计算滤波器的各项参数；（2）、学习微带滤波器的设计方法；（3）、利用CST软件设计出符合实验要求的微带低通滤波器。
六、实验器材（设备、元器件）：计算机、CST软件。
七、实验步骤：（简述各个实验的实验步骤）1、矩形波导仿真：①. 建模：建立矩形波导的模型（86.4mm*43.2mm*200mm）；②. 设置端口；③. 设置频率：将频率设置为2.17-3.3GHz，仿真高次模的时候将上限频率设置成6GHz；④. 仿真；⑤. 端口计算，场监视器：得到S11图以及场分布图；⑥. 计算β和Zwave参数2、带销钉T接头优化：①. 建模：建立带销钉T接头模型；②. 设置端口；③. 设置边界条件；④. 设置频率；④. 仿真；⑤. 扫参；⑥. 优化微带线仿真：①. 建模：建立微带线模型；②. 设置端口；③. 设置边界条件；④. 设置频率；④. 仿真；⑤. 扫参；⑥. 优化4、微带低通滤波器设计：①. 根据指标选择滤波器阶数；②. 确定原型电路；③. 确定基本结构；④. 在CST中，利用理想元件来验证；⑤. 利用CST时域仿真微带线的方法来得到特定阻抗的微带宽度，并通过微带线理论的公式计算特定阻抗的微带长度八、实验结果及分析：1、矩形波导仿真：矩形波导模型及端口图S11参数图f=3时的电场图f=3时的磁场图计算f=5.2时的电场图（高次模）f=5.2时的磁场图（高次模）高次计算2、带销钉T接头优化：带销钉T接头模型图及端口图扫参图参数优化图优化后反射系数图3、微带线仿真：模型图特性阻抗曲线图端口电场图端口磁场图4、微带低通滤波器设计：模型图优化前的S db图理想原件验证图优化后的S db图九、实验结论：1. 使用CST对矩形波导进行建模，并求解波导场量（如图1-3~图1-6），在仿真软件中查看电场、磁场，求解相位常数，端口阻抗（等基本参数。
CST-偶极子相控阵天线的仿真与优化
实验报告学生：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：二、实验项目名称：微波工程CAD实验三、实验学时：20四、实验原理：CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。
本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。
五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。
六、实验容：第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率围，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。
第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率围优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。
七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。
八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加，从而得到阵列的结果。
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Results -> Combine Results Template Based Postprocessing (TBP) -> Farfield and Antenna Properties -> Farfield Result -> Evaluation Range: 3D -> Result value: TRP
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
Phase Center Calculation
= y‘z‘ plane = x‘z‘ plane
Finding the best location to place the horn inside a parabolic antenna. The best position is to match the focal point of the dish with the phase center of the horn.
Kra, Jeb / v1.0 / 02. July 2012 CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
Antenna Examples
Ready-to-simulate antennas are available here:
Online Help -> Examples and Tutorials
Specify linear or logarithmic TIS output. Only one (TIS or TRP) can be displayed at the time. TIS can also be applied to CST Design Studio full system or multi-port combined results (similar to TRP).
In order to use different polarizations for transmitting/receiving, an antenna design goal might be to maximize the co-polarized and minimize the cross-polarized component.
For lossless antennas in isotropic environment the correlation and diversity gain can also be calculated from S-Parameters
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
Farfield Definitions
Approximation:
EAbs (enabled)
EAbs (disabled)
E1
E1
2
2
E2
E2
2
2
ER
2
Radiation efficiency:
Define boundaries as open (add space) Define a farfield monitor at the frequency of interest Make sure that the antenna radiates at the farfield monitor frequency
TIS far-field monitors are created. TIS is also displayed in far-field plot.
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
SAR Results
2D or 3D plot including information about the position of the maximum. Opens logfile containing all results.
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
How to generate Farfield Results II
Define a farfield monitor at several frequencies (macro is available)
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
Total Isotropic Sensitivity (TIS)
TIS handling is very similar to TRP .
Specify receiver sensitivity in Watt or dBm.
Antenna Examples Overview
Category Reflector Examples Parabolic dish Corner reflector Rectangular horn Circular horn Ridged horn Waveguide array Dipole LPDA, Yagi-Uda Helix Printed antennas Discone Typical Applications Communication Radar Radio astronomy Radar Reflector feed Calibration standards Measurement Communication GPS EMC measurement RFID Almost anything else… Radar Communication GPS Imaging Solvers
Aperture
Wire (Slot)
Patch
Rectangular patch Circular patch Patch arrays
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
How to generate Farfield Results I
Visualization of max. SAR cube Macros -> Results -> 2D 3D Results -> Plot Averaging Volume for maximum SAR value
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
Construct simple Antenna Examples
Please note: Simulation settings in these macros are optimal for fast simulation runtime.
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
D( , ) 4
Component definition:
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
Total Radiated Power (TRP)
There are three possibilities to calculate the TRP value: Macros -> Results -> Farfield -> Show Total Radiated Power (TRP)
Diversity / MIMO Antennas
Multiple antennas (antenna diversity) may overcome problem of fading dips.
Antenna 1
TBP -> Farfield Result -> MIMO
Select from:
CST MWS Examples -> Transient Analysis Examples -> Antennas -> Overview
CST MWS Examples -> Integral Solver Examples -> Antennas -> Overview
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
Co- / Cross-Polarization
The co-polarized far field component has the same polarization as the excitation (y-oriented in above case). The cross-polarized far field component is orthogonal to the copolarized component and main lobe direction.
Antenna Simulation
Application Note CST STUDIO SUITE™
Antenna Examples Simulation Setup Post Processing Co/Cross Polarization Phase Center Ludwig 3 Antenna Array Tips & Tricks
CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY |
Definition of Farfield Probes
Farfield monitors record the radiation in all directions for one frequency. Farfield probes record the radiation in one direction for all frequencies.