CST超表面仿真实例 - 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