本文重點(diǎn)在于周期結(jié)構(gòu)的有效仿真及其在天線罩設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。我們將討論從單個(gè)元素到有限陣列的工作流程，以及其有效的仿真方法。

周期結(jié)構(gòu)—天線單元

周期結(jié)構(gòu)通常表現(xiàn)出有趣的電磁行為。超材料、人造磁性導(dǎo)體和頻率選擇表面（FSS）是基于周期結(jié)構(gòu)應(yīng)用的幾個(gè)例子。FSS可作為一種潛在的方法，用于獲得天線應(yīng)用的定制頻率濾波天線罩。

CST Studio Suite 可以使用兩種通用方法處理周期結(jié)構(gòu)。一個(gè)是應(yīng)用本征模求解器，獲得標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果，如色散圖，包括帶隙和光折線曲線。第二種方法則基于Floquet定理，其中“考慮并激發(fā)期望周期結(jié)構(gòu)的不同”的所謂Floquet模式。CST Studio Suite發(fā)現(xiàn)Floquet模式和其他端口之間的傳輸和反射（激勵(lì)）存在于模型中。

單元天線仿真設(shè)置

為了開(kāi)始FSS設(shè)計(jì)，我們考慮一個(gè)六邊形點(diǎn)陣的天線單元，它由一個(gè)金屬圓盤(pán)填充在中心，如圖1所示。它在CST Studio?Suite中使用頻域解算器（F-Solver）和單元邊界條件（Floquet模式分析）進(jìn)行模擬。單元結(jié)構(gòu)借助于頻域解算器內(nèi)提供的單元邊界條件，對(duì)有限陣列進(jìn)行Floquet模式分析，正如單元天線的反射系數(shù)所示。

圖 1.?有限陣列Floquet模式分析圖

圖2.a)有一個(gè)頻率，即19.12GHz，其中場(chǎng)主要穿透周期結(jié)構(gòu)，而在其他頻率有相對(duì)較大的反射。因此，可以確切地說(shuō)，我們得到了一個(gè)帶通濾波器。

圖2.a)基于不同入射角的無(wú)限陣列反射系數(shù) b）單元天線透明和不透明頻率下的電場(chǎng)動(dòng)圖

基于有限尺寸FSS的天線罩

雖然基于無(wú)限周期拓?fù)涞哪M始終是了解FSS工作原理的良好起點(diǎn)，但在有限尺寸FSS天線罩的假設(shè)下，應(yīng)檢查其性能。圖3顯示了從無(wú)限陣列到真實(shí)天線罩結(jié)構(gòu)的完整流程。

圖3.?天線罩周期結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析流程

三種模擬FSS天線罩的方法

這里出現(xiàn)的問(wèn)題是：應(yīng)該使用哪個(gè)解算器或材質(zhì)模型？為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文將介紹以下三種方法：

第一種方法是使用全波解算器，包括天線罩和天線的所有幾何細(xì)節(jié)。雖然這種方法是最完整的方法，但它也是計(jì)算成本最高的方法。然而，CST Studio Suite提供了幾種加速模擬時(shí)間的方法，如GPU硬件加速、分布式計(jì)算、MPI等。

第二種方法是使用全波解算器，同時(shí)借助CST Studio Suite中稱為薄板材料的緊湊材料建模來(lái)表示天線罩。薄板材料將根據(jù)材料的堆疊層或散射矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行定義。FSS的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)被連續(xù)且緊湊的表示材料所取代，這在計(jì)算上是有利的。需要注意的是，薄板是一種基于平面波和一個(gè)入射角（疊加類(lèi)型為正入射，S矩陣類(lèi)型由用戶定制）的近似模型。

第三種方法是將天線與天線罩模擬分離，在最合適的解算器中執(zhí)行每種模擬，并通過(guò)場(chǎng)源建立這些模擬之間的鏈接。例如，這種混合解算器方法使我們能夠使用漸近解算器（A-Solver），其中基于光線跟蹤物理光學(xué)（PO）的算法用于模擬天線罩，而瞬態(tài)解算器用于模擬天線。這使得整個(gè)模擬的計(jì)算成本更低。此外，A-solver支持薄板材料，可以定義不同入射角下的菲涅耳反射和透射表。此功能提高了A-solver模擬的結(jié)果精度。

關(guān)于上海江達(dá)

上海江達(dá)是達(dá)索系統(tǒng)全球知名的合作伙伴，專(zhuān)注于制造業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施和生命科學(xué)領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型及創(chuàng)新的咨詢和實(shí)施服務(wù)，擁有兩百余人的專(zhuān)家顧問(wèn)實(shí)施團(tuán)隊(duì)和二十多年的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。具備汽車(chē)、工業(yè)裝備、建筑、能源、材料、高科技電子、醫(yī)療裝備、航空航天、船舶、消費(fèi)品包裝等多個(gè)行業(yè)的應(yīng)用案例和最佳實(shí)踐。運(yùn)用數(shù)字化創(chuàng)新手段，助力企業(yè)成就未來(lái)！

官網(wǎng)：www.jiangdatech.com

服務(wù)熱線：18621558211