在cst软件传统蘑菇型( mushroom-like)结构是超材料或超表面领域的基础结构。早期这种蘑菇结构是为了实现高阻抗面的目的,就是利用他的人造磁导(artificial magnetic conductor, amc)特性;而将蘑菇结构做成周期结构,便具有二维周期结构的电磁带隙(electromagnetic bandgap,ebg)特性,这样就可以用于人造传输线或左手材料等等。
了解其amc特性之前,首先介绍面阻抗。
1. pec低阻抗特性:
由于完美电导体的表面切向电场为零,反射回来的相位与入射波相反,差180度,属于阻抗为零的表面。我们可以用pec结构,或直接利用电边界,然后用f求解器,计算floquet port来验证,amc特性研究推荐模板是“周期材料->fss->相位反射图”
floquet port可以入射任意角度,这里我们就用默认的垂直入射。
2. pmc低阻抗特性:
由于完美磁导体的表面切向磁场为零,反射回来的相位与入射波相同,差0度,属于阻抗为无穷大的表面(high impedane surface, his)。我们直接利用磁边界,然后用f求解器,计算floquet port来验证:
问题来了,现实生活中没有完美磁导体怎么办?所以这种蘑菇周期结构就被提出来,作为人造的高阻抗磁导面使用。
3. 蘑菇的阻抗曲线
可见其相位在某个频率是完美磁导,这里等效电路和理论分析就跳过了,因为大量文献都有解释。比如这个高阻抗放在天线周围,减少副瓣传播,都是常用的高阻抗表面的应用。
这里主要解释的是利用f求解器,可用平面波激励,观察相位,判断一个平面的高阻抗频率。这个方法和实际测量人造磁导平面的方法一样,测量时,两个喇叭天线面对dut,然后看接收相位。
下面重点看ebg特性。
ebg 特性研究推荐模板是“周期材料->fss->色散曲线”
介质epsilon=2.65,6.5*6.5*1 mm,2d pec 6.2*6.2mm, 过孔直径0.2mm。
背板pec有无均可,因为z-为电边界。z 为空气背景,距离 10mm.
周期边界x和y,相位由phasex和phasey两个参数分布控制,而这两个参数由一个“pathpara”在0-3范围内控制。
这种计算布里渊区的色散问题,一定不要简单运行求解器,而是要参数扫描。参数避免0和3。
e 求解器,我们先跑两个模式,0-12ghz。
进入参数扫描,开始。
仿真结束后,选中所有的结果id,两个基本模式的色散图如下:
这个跟很多文献中的蘑菇形结构色散图有些不同,这是因为空气背景距离(磁边界影响)和采样。我们修改这两处,重新仿真。
右键点曲线属性,设置成marker only就只有离散的点了,这样就非常像传说中的色散图了。
那么为什么加大空气背景会对pathpara=0和pathpara=3的附近产生这么大的影响呢?
其实这个和频率相位有关。这个色散图两边是指同一个点,就是phase x=phasey=0,所以表示的是,x轴两个周期边界电场相等,y轴两个周期边界电场相等,而z方向的磁边界离表面太近会破坏模式电场,所以需要拉大背景距离,直到磁边界处几乎无电场。
下面我们添加空气线:
空气线添加方法一:
重新创建文件夹储存两个模式的色散曲线,然后导入空气线数据:
1*pi/0.0065*2.998e8/1e9/(2pi)=23.06 (因为单元长0.0065m)
给文件夹改名:
空气线添加方法二:
小结
1. 分析amc和ebg特性可用不同的模板。
2. 相位扫描需要参数“pathpara”,所以强烈建议开始时用模板,省事很多。
3. 参数要避免0和3。
4. 可添加空气线作为色散图的标尺
(内容、图片来源:cst仿真专家之路公众号,侵删)
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