Kuester等人提出的GSTCs(Generalized Sheet Transition Conditions)极化率建模的简化涉及传导电流在其导数中可以忽略不计的假设。GSTCs的简化是有利的,因为它们的导数涉及散射体,这些散射体可以通过磁和电表面极化率被磁化和电极化。这个概念不涉及自由电荷的传导电流。
表面磁化和表面电极化的密度分布会在宏观磁场和电场中产生不连续性。然而,这些密度本身源于对由离散磁偶极矩(m)和电偶极矩(p)组成的分布的平均,这些分布与作用场有关。
与极化密度相关的偶极矩可以应用于任何介质。
研究表明,磁化和极化密度可以用平均场的有效表面极化率来表示,而不是用无限薄表面的作用场来表示。磁表面极化密度(M)和电表面极化密度基于超表面响应的微观表示。
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表征
事实上,任何偶极矩都与作用在散射粒子上的场有关,其比例涉及给定散射体的磁性和电表面极化率张量。在超表面响应的微观表示中,作用场(或局部)的概念涉及对超表面两侧的场进行平均,同时考虑所有散射的贡献及其耦合效应,但所考虑的散射除外。在散射的贡献已经使用一个非常小半径的圆盘进行了近似建模,该圆盘包含其磁偶极子和电流偶极子。所说的“非常小”是指表面磁化强度和表面电极化密度被合理地假设在圆盘上几乎保持不变的尺度。换言之,术语“作用场”是指作用于每个单独的散射粒子的局部场,不包括激发散射体自身的场贡献。为了表征基于表面极化率的GSTCs,制定了极化率边界条件,并进行了简化。
惠更斯超表面
GSTC的一个优点是它们能够表征非周期性亚波长结构,这些结构表现出对磁场和电场的响应,类似于惠更斯超表面。事实上,惠更斯原理指出,在波前发现的每一个点都作为虚构的次级源运行,产生出射波前。1901年,洛夫严格扩展了惠更斯原理,将次级源确定为虚拟磁和电流密度。然后,Schelkunoff进一步发展了Love的等价原理,以包含板材两侧的任何任意EM场分布。等效原理阐明了如何使用电流密度和任何其他波的集 合来表示任何电磁波。
亚波长超原子是超材料的散射粒子,通常周期性地嵌入宿主介质中,可以以不同的方式设计,从而产生极端的波操纵性能。由于体积超材料的损耗较低、轮廓尺寸较低且在制造方面存在一些挑战,因此通常采用具有亚波长厚度的二维对应物或超材料的平面版本,称为超表面。超表面是人工电磁表面,其厚度与工作波长相比是无限小的。
在研究超表面最一般情况时,应包括电表面极化密度和表面磁化(磁极化)密度的法向分量和横向分量。