首页/文章/ 详情

S参数反演电磁特性和Floquet端口提取超材料S参数的方法介绍

3月前浏览3301




HFSS中的Floquet端口专门用于平面周期结构。当用Floquet端口提取出S参数之后,就可用NRW方法从S参数中提取材料电磁特性。

S参数反演材料特性的方法



   

Nicolson-Ross-Weir(NRW)方法是一种用于从散射参数(S参数)中提取材料电磁特性的技术,广泛应用于微波工程和电磁学领域。




Floquet和NRW

As shown below👇


Floquet端口

平面周期结构的主要的例子是平面相控阵、超表面超材料、频率选择表面,当其可以理想化为无限大时,可通过分析一个单元格来完成对无限大结构的分析。


单个单元连接边界通常形成单元的侧壁,因此需要一个边界条件来考虑无限大的尺寸。


floquet port端口就是为此目的而设计的。


当适用Floquet端口提取出S参数之后,在频率选择表面材料,或者超材料、超表面、吸波材料等设计中,通过相应的反演公式,反演出最终的材料参数,比如等效介电常数和等效磁导率。


可以使用链接边界和两个Floquet ports构建用于频率选择曲面(FSS)仿真的单元,

一个端口在FSS平面上方,另一个端口在FSS结构之下。所应用的激励是Floquet 模,通常是一种或两种镜面模。作为场解的直接结果,FSS的反射和透射特性是根据计算的与Floquet 模相关的s矩阵项。这与使用pml或辐射边界来终止单元格时的模拟设置有些对比。在这些情况下,除了边界设置外,一个或多个入射波被单独定义为激发。FSS的传输和反射属性,然后自动计算为用户作为对现场解决方案的后处理操作。下面将考虑一个包含圆形孔的菱形晶格的导电屏。晶格的几何形状如下所示,其中一对晶格向量用蓝色表示。晶格矢量之间的夹角是60度。考虑一个正射到平面的平面波,偏振排列如图中红色箭头所示。传输损耗的大小和相位,作为频率的函数,是感兴趣的量。频带为8~20 GHz。



1、创建如下图所示的FSS单元格模型


2、完成FSS单元格的几何图形后,分配主边界和辅助边界。

3、选择顶部设置Floquet ports端口

选择底面,并重复此步骤以设置第二个Floquet ports

4、求解分析之后,选择需要的S参数






NRW方法


Nicolson-Ross-Weir(NRW)方法是一种用于从散射参数(S参数)中提取材料电磁特性的技术,广泛应用于微波工程和电磁学领域。

一、基本原理

NRW方法基于传输线理论,通过测量材料样品在波导或同轴线等传输系统中的散射参数(如反射系数S11和传输系数S21),来反演计算出材料的电磁参数,如复介电常数(ε)和复磁导率(μ)。主要公式如下,

二、方法特点

宽频带特性:NRW方法适用于较宽的频率范围,能够覆盖从低频到高频的多个频段。

高精度:在适当的测量条件下,NRW方法能够提供较为精确的电磁参数反演结果。

局限性:然而,NRW方法也存在一些局限性,如半波谐振、相角跳变和多值性等问题。这些问题可能导致在某些频率点上反演结果的不准确或不稳定。





End



   

NRW方法参考文献

[1] W. B. Weir, “Automatic measurement of complex dielectric constant and permeability at microwave frequencies,” Proc. IEEE, vol. 62, no. 1, pp. 33–36, 1974, doi: 10.1109/PROC.1974.9382.

[2] A. M. Nicolson and G. F. Ross, “Measurement of the Intrinsic Properties of Materials by Time-Domain Techniques,” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 19, no. 4, pp. 377–382, Nov. 1970, doi: 10.1109/TIM.1970.4313932.



floquet端口参考文献:

[1]张国瑞, “宽带周期吸波结构设计及其电磁耦合特性研究,” 博士, 电子科技大学, 2019. [Online]. Available: https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CDFD&dbname=CDFDLAST2020&filename=1019851425.nh&v=

[2]P. Xu et al., “Full-Wave Simulation and Analysis of Bistatic Scattering and Polarimetric Emissions From Double-Layered Sastrugi Surfaces,” IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, vol. 55, no. 1, pp. 292–307, Jan. 2017, doi: 10.1109/TGRS.2016.2606323.

[3]张庆乐, “新型电磁超材料在天线中的应用,” 硕士, 北京理工大学, 2016. [Online]. Available: https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CMFD&dbname=CMFD201602&filename=1016716545.nh&v=

[4]彭洋, “基于电磁超材料的新型平面天线的研制,” 硕士, 电子科技大学, 2016. [Online]. Available: https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CMFD&dbname=CMFD201701&filename=1016169555.nh&v=

[5]李梅, “基于人工电磁材料的宽角扫描相控阵天线研究,” 博士, 电子科技大学, 2016. [Online]. Available: https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CDFD&dbname=CDFDLAST2017&filename=1016170130.nh&v=

[6]冯长乐, “基于电磁超材料的高增益天线研究,” 硕士, 电子科技大学, 2015. [Online]. Available: https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CMFD&dbname=CMFD201601&filename=1015708143.nh&v=

[7]熊汉, “电磁超材料在微波吸波体与天线中的应用研究,” 博士, 电子科技大学, 2014. [Online]. Available: https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CDFD&dbname=CDFDLAST2016&filename=1015711092.nh&v=

[8]H.-X. Xu et al., “Analysis and Design of Two-Dimensional Resonant-Type Composite Right/Left-Handed Transmission Lines With Compact Gain-Enhanced Resonant Antennas,” IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 61, no. 2, pp. 735–747, Feb. 2013, doi: 10.1109/TAP.2012.2215298.

[9]江俊波, “基于周期性结构的天线技术研究,” 博士, 西安电子科技大学, 2012. [Online]. Available: https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CDFD&dbname=CDFD1214&filename=1013114279.nh&v=

[10] “Getting Started with HFSS: Floquet Ports,” 2021.



来源:灵境地平线
ACTHFSS电子ANSAUGUM理论材料曲面
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
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
获赞 22粉丝 18文章 163课程 0
点赞
收藏
作者推荐

矩形微带天线2.4GHz(含hfss模型下载)

微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的。它是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面上敷以金属辐射片,另一面上全部敷以金属薄层作接地板而成的。辐射片可以根据不同的要求设计成各种形状。微带天线具有质量轻、体积小和易于制造等优点。天线基础Asshownbelow👇天线原理微带天线的辐射机理可以用图来进行简单的说明。对于如图所示的矩形贴片微带天线,从理论上来讲,可以采用传输线模型来分析其性能。假设辐射贴片的长度近似为半波长,宽度为w,介质基片的厚度为h,工作波长为λ。我们可以将辐射贴片、介质基片和接地板视为一段长度为λ/2的低阻抗微带传输线,并在传输线的两端断开形成开路。由于介质基片的厚度h实入,故电场沿着厚度h方向基本没有变化。在最简单的情况下,我们可以假设电场沿着宽度n方向也没有变化。那么,在只考虑主模激励(TM,模)的情况下,传输线的场结构如图所示,辐射基本上可以认为是由辐射贴片开路边的边缘引起的。在两开路端的电场可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量。由于辐射贴片长度约为半个波长,因此两垂直分量电场方向相反,水平分量电场方向相同。所以,两开路端的水平分量电场可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙,缝隙的宽度为△L(近似等于基片厚度h),长度为1,两缝隙相距为半波长,缝隙的电场沿着w方向均匀分布,电场方向垂直于w方向。贴片天线的工作频率由长度L确定。中心频率将近似由下式给出归一化辐射方向图为近似由下式给出:辐射性能天线的方向图如下贴片天线的方向性约为5-7dB。这些场是线性极化的。End微带天线因其独特的优势被广泛应用于多个领域,包括卫星通信、导航遥测遥控、武器引信、医疗器件等。随着技术的不断发展,微带天线的应用场合还将继续增多。微带天线可以按照不同的方式进行分类,如按照结构特点分为微带贴片天线、微带缝隙天线以及微带天线阵;按形状分类有圆形、矩形、环形微带天线等;按工作原理分类可以分为谐振型(驻波型)和非谐振型(行波型)微带天线。微带天线技术,这一趋势可能会继续研究下去,因为微带天线的特点使它们从系统的角度来看非常有吸引力。导致这种情形的不是基本的微带天线的电气特性,而是它的机械和制造特性,如低成本、轻质、易共形和易于与MIC的集成。来源:灵境地平线

有附件
未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈