龙伯透镜天线 --- 空间变化介电材料【CST 仿真案例】

龙伯透镜(Luneburg lens)是由若干层介电常数不同的材料制成的介质球,能使照射在透镜上的电磁波,通过透镜聚焦在金属反射面的内表面上,经过反射,将反射波通过透镜返回发射源方向。
这期我们看一下自带案例,龙伯透镜。

结构很简单,金属弧面加上介质球:


重点就是这个介质是空间不均匀的,介电常数在求中心为 2,表面为 1:


那么如何创建这样的材料呢?可以利用 macro->Materials-> Create Spatially Varying Material for Optical Application

选择龙伯球模型,中心折射率为根号 2:
n=√(μ_r ε_r )

其实该宏就是添加了一些 VBA 定义空间变化材料:

然后将球结构赋予该材料:

已经定义了频域电磁场和远场来看 RCS,我们可以加上一个时域电场来观察:


这里我们把频率范围调宽,为了时域高斯信号更清晰:

激励源是个平面波:

仿真结束之后,可见介电常数的空间分布:

如果是绝对值 Abs,中心的介电常数则是根号 12,这是因为 XYZ 三个方向都是 Eps=2。


可观察时域结果,可见反射波比较集中:
也可观察远场,可见 RCS 在反射方向较强:


作为对比,我们将介质球换成真空材料(或排除仿真),重新仿真,可见只有金属罩的反射波更加发散。


小结:
1. 龙伯透镜是利用空间介电变化材料的经典案例。
2. 随着 3D 打印技术的发展,基于龙伯透镜的天线应用越来越广:雷达反射,卫星通信,军舰战机,甚至 5G/6G 等等。
3. CST 仿真龙伯天线很容易~
改或删除。
评论