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CST 软件分析:超表面 --- 经典蘑菇型结构的 AMC 特性与 EBG 特性

作者:思茂信息
  • 2025-03-03
    广东
  • 本文字数:1399 字

    阅读完需:约 5 分钟

CST软件分析:超表面---经典蘑菇型结构的AMC特性与EBG特性

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


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