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期刊观察--超表面极化率模型

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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。

表面极化密度



   

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。




简化

As shown below👇


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。




End



   

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。




来源:灵境地平线
电场材料
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首次发布时间:2024-08-14
最近编辑:3月前
周末--电磁仿真
博士 微波电磁波
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期刊观察--超表面与其上作用的宏观电磁场理解

从宏观上理解作用在超表面上的电磁场,以及散射体分布对电极化和磁极化密度的影响。前言表面电极化和磁化密度分布导致宏观电场和磁场(定义为入射场加上整个片的场)的不连续性。将散射体的分布视为与所讨论结构的任何大尺度维度(可能是波长,或者可能是其他一些宏观长度)相比是密集的。意味着平均场的变化足够缓慢,以至于其在表面上的不连续性可以看作是由电极化的连续表面分布造成的Ps和磁化强度Ms。作用在散射体上的电场和磁场Asshownbelow👇超表面的宏观场宏观场被定义为入射场+整个板材的场,取平均值,以便消除场在板材中分离量级上的快速变化。该场与散射体平面中的连续电极化和磁极化密度有关,可能分布不均匀。宏观场在板材的所有点上都有不连续性(从经典边界条件来看)。这些不连续性可以用下式表示,极化和磁化密度是通过平面中电偶极矩和磁偶极矩的密度得到的。这些偶极矩反过来取决于作用在每个散射体上的场,以及散射体的极化率。作用场被定义为入射场,加上来自整个平面的电场和磁极化密度。不包括以所考虑的散射体的位置为中心的半径为R的小圆盘的作用。具体来说,作用在rl处的散射体上的场可以通过从宏观场中减去半径为R的圆盘产生的场来获得。可以表示为同理,圆内的电磁场磁场和电场Hdisk和Edisk,由在z=0的x-y平面半径为R的“小”的圆来计算。所说的“小”是指可以假设表面磁化强度和极化密度在圆上大致恒定。为了找到具有均匀表面极化和磁化分布的圆盘的电场和磁场,将使用电势和磁矢量势。在极化面电流和磁极化面电流同时存在的情况下,磁场可以写为电势和磁势的叠加,同理电场可以写成磁势和电势的叠加,电矢量势和磁矢量势,分别可以通过求解亥姆霍兹方程来获得,该方程的源包含圆上的表面电流。对于极化圆,亥姆霍兹方程可以写成如下:确定了电势矢量和磁势矢量,可以将这些矢量代入电磁场表达式中,以求出圆盘的电场和磁场。EndGSTC有几个重要的潜在应用。在处理场的数值建模时,使用任何标准技术,如FDTD、FEM或矩矩法,减少计算时间和存储要求的一个重要考虑因素是,为了达到足够的计算精度,必须将空间区域精细地细分为单元或网格。当被分析的结构包含非常小的特征时,空间格网必须相应地精细,从而导致需要确定的未知数大大增加,因此计算速度更慢,更耗费资源。如果超膜可以被本文中推导的GSTCs替换,那么所需的空间分辨率将要粗糙得多(如果我们愿意放弃对超膜内部或附近的场的精确知识)。因此,可以大大节省计算机内存和仿真时间。来源:灵境地平线

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