在 CST 微波工作室中,可以使用两种表面阻抗材料——Surface Impedance 和 Ohmic Sheet,下面将使用一个半径为 20mm,厚度为 0 的球壳为例,说明这两种材料的区别。球壳模型以及球壳截面图如下方所示。
1. Surface Impedance 材料设置:在 Modeling 选项卡下点击 New/Edit 图标,在其下拉菜单中选择 New Material,弹出 New Material 对话框。如下方右图所示,在 New Material 对话框中 Material name 一栏输入材料名 surface impedance,在 Type 一栏的下拉菜单中选择 Surface imp.(table),然后点击 Properties 按钮。
2. 如下图所示,点击 Properties 按钮后,弹出 Tabulated Surface Impedance 对话框,在表格中输入参考频率、与各频点一一对应的电阻及电抗值;电阻和电抗值可以是用户定义或者实际测量得到的。完成表格输入后,点击 OK 按钮完成设置并关闭对话框,返回 New Material 对话框,再次点击 OK 按钮,完成材料的设置。
3. 在导航树下的 1D Results > Materials > surface impedance > Surface Impedance 文件夹中,可以查看 Surface Impedance 材料在整个频段内的属性,如下图所示。
4. 将球壳材料设置为 Surface Impedance:在导航树下 Components 文件夹中,选中球壳 solid2,然后右键选择 Assign Material and Color,弹出对话框。在 Material 一栏的下拉菜单中选择 Surface Impedance,然后点击 OK 按钮,完成球壳材料设置。
5. 新建另一个仿真工程,同样先创建一个半径为 20mm,厚度为 0 的球壳。
6. 创建新材料 Ohmic Sheet:在 Modeling 选项卡下点击 New/Edit 图标,在其下拉菜单中选择New Material,弹出 New Material对话框。如下方右图所示,在 New Material对话框中 Material name一栏输入材料名 ohmic sheet,在 Type 一栏的下拉菜单中选择 Ohmic Sheet,在 Reference freq. 一栏输入 5,在 Resistance 一栏输入 50,在 Reactance 一栏输入 5,点击 OK 按钮完成。
7. 在导航树下的 1D Results > Materials > ohmic sheet > Surface Impedance 文件夹中,可以查看ohmic sheet 材料在整个频段内的属性,如下图所示。
8. 将球壳材料设置为 Surface Impedance:在导航树下 Components 文件夹中,选中球壳 solid2,然后右键选择 Assign Material and Color,弹出对话框。在 Material 一栏的下拉菜单中选择 Surface Impedance,然后点击 OK 按钮,完成球壳材料设置。
9. 将球壳材料分别设置为 Surface Impedance 和 Ohmic Sheet 的两个仿真工程均采用平面波激励,采用时域求解器(Time Domain Solver)进行求解,如下图所示。
10. 仿真完成后,比较 Surface Impedance 和 Ohmic Sheet 的两种材料的电场分布。下图所示为球壳材料设置为 Surface Impedance 材料时的电场分布。
11. 球壳材料设置为 Ohmic Sheet 时的电场分布如下图所示。
需要注意的是,Surface Impedance 和 Ohmic Sheet 两种材料都不适用于低频仿真。从以上材料设置和仿真结果对比中可以看出,Surface Impedance 和 Ohmic Sheet 两种材料的区别主要有以下两点:
a) Surface Impedance 是色散材料,可以设置其频率-阻抗曲线;Ohmic Sheet 虽然同样是色散材料,但只能设置一个参考频点及其对应的阻抗值,软件会自动拟合出频率-阻抗曲线;
b) 电磁场不能穿透Surface Impedance材料,但可以穿透Ohmic Sheet材料(TLM求解器除外,在 TLM 求解器中,电磁场不能穿透 Ohmic Sheet 材料)。
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