CST软件超表面--- 偏振片- 线圆极化转换,Floquet端口,S参数算轴比AR

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)

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