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这期我们看一个超表面极化分析，用到floquet端口模数，s参数读出极化和轴比，还有平面波散射截面等技巧。

 

使用模板，频率0-25ghz，电场监视器8.06ghz:

 

 

 

 

画一片pec：

 

 

 

画第二片pec，insert到第一片里面：

 

 

                          

移出第二片：

 

 

边界unit cell：

 

背景距离要够大：

 

 

 

端口去嵌到平面：

 

 

 

 

频域仿真开始，模式1是y轴极化，模式2是x轴极化：

 

 

 

以zmax方向入射为例,在众多结果中识别：

y轴极化传输系数tx: szmin(1),zmax(1)

y轴极化反射系数rx: szmax(1),zmax(1)

x轴极化传输系数ty: szmin(2),zmax(2)

x轴极化反射系数ry: szmax(2),zmax(2)

 

因为我们同时观察了18.7ghz-25ghz的区间，这个频段内，单元尺寸（16mm）大于波长，即便垂直入射，衍射波也可存在，所以必须计算高次模。

 

计算2模：

 

计算10模：

 

 

 

考虑高次模后，s参数较精确，其中tx=rx=ty=ry的频率即为理想圆极化的中心频率，一个6ghz ，一个8.06ghz左右。这两个点的圆极化轴比接近1.

 

 

 

同时看相位，在衍射频率之前，相位差保持90度，证明是圆极化。

 

 

 

回忆轴比定义：ar(db)=20*log10(abs(emajor)/abs(eminor))

 

所以3db 轴比带宽为ar(3db) ∆f, 在s参数中满足：

1/√2<|t_x|/|t_y | =|t_x |/|t_y | <√2

 

放大tx/ty可见在带宽7.8ghz-8.3ghz之内,还能算个“圆“极化：

 

 

 

 

 

 

如果按垂直或水平的极化入射，是得不到极化转换效果的：

 

 

 

 

 

 

调整floquet极化角到45度，方可得到圆极化转换：

 

 

 

 

 

 

 

下面我们进行完整的表面分析,复制单元文档，添加新模板：

 

 

 

 

 

复制单元32x16个：

 

 

通过模板参数alpha改变入射平面波电场极化45度：

 

 

 

时域求解器运行过后，观察散射截面scs，此时入射角theta=0：

 

 

 

修改theta=30，重新仿真，可见清晰的衍射波束。

 

 

 

小结：

1.  不同fss模板可充分帮助用户自动设置很多东西：

2.  频域f-solver和unit cell floquet port，适合分析传播反射，s参数，轴比带宽等。

3.  文中的s参数计算轴比ar是简单的垂直入射时的公式。任意角度的s参数计算轴比以后再写。（还在推导公式，欢迎提供理论或参考）。远场的轴比ar计算也会再写哦。

4.  时域t-solver与gpu加速，适合完整宽带的超表面计算，运用平面波，远场散射面。

 

参考文献：self-complementary metasurfaces for linear-to-circular polarization conversion. physical ,review b 92, 245413 (2015)

 

（内容、图片来源：cst仿真专家之路公众号，侵删）

 

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