CST超表面仿真实例(1/3) - 线圆极化转换，Floquet端口，S参数算轴比

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)