在 CST 边界条件设置中有两种周期边界条件可选,分别是 Periodic 和 Unit Cell 边界条件。在Simulation 选项卡下点击 Boundaries 图标,在弹出的 Boundary Conditions 对话框中进行边界条件的设置。例如展开 Xmin 一栏的下拉菜单,其中可以看到 Periodic 和Unit Cell 这两种边界条件。
元胞边界条件 (Unit Cell)和周期边界(Periodic)条件都是适用于无限周期性的模型结构,两者的主要区别如下:
1. Unit Cell 只能用于频域求解器:Floquet Port 的理论基础为 Floquet 定理。Floquet 定理描述的是对于给定的传输模式,在给定的稳态频率下,任一截面内的场与相距一定空间周期的另一截面内的场只相差一复常数,由于 Floquet 定理描述的是稳态问题,所以 Unit Cell 边界条件只适用于频域求解器。
2. Unit Cell 和 Periodic 边界的激励方式不相同:在电磁仿真中,Floquet 作为端口激励,配合周期性的边界条件,用于研究周期性结构,Unit Cell 边界只能采用 Floquet 端口激励。Floquet 端口与波导端口(Waveguide Port)类似,都能求解反射和传输系数。但是
Waveguide 端口可用于时域求解器(FIT,TLM)和频域求解器(FEM),而 Floquet 只支持频域求解器(FEM)。
3. 周期性:Unit Cell 可以在任意角度上呈周期性,但只能实现二维平面(XY 平面)的周期结构;而 Periodic 只能沿着坐标轴呈周期性,可以实现一维(沿某一坐标轴呈周期结构)、
二维(沿任意两个坐标轴组成的平面呈周期结构)、三维周期结构(在 X/Y/Z 三个方向上均呈
周期性)。
4. 主要适用范围: Unit Cell 主要用于散射问题仿真(仿真结构对空间电磁波的散射,例如FSS 平面); Periodic 解决的是辐射问题仿真(仿真波导端口周期激励下对空间的辐射,
如相控阵天线)对上述几点进行归纳总结,元胞边界条件 (Unit Cell)和周期边界(Periodic)条件的对比如下表所示:
此外还需要注意的是,时域求解器中使用周期边界(Periodic)时,因为时域中没有相位的概念,所以只能仿真单元结构同相和反相两种特殊情况,也就是需要将 Phase_x,Phase_y,Scan theta,Scan_phi 均设为 0。
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