一、新建文件
1. 选择微波&射频&光学工作室中的周期性结构;
2. 选择频域求解器,有需要之后也能改成时域求解器。
3. 设置太赫兹频段的单位,主要是 um-THz;
4. 定义频率范围,可以空着之后再设置;
2. 绘制介质基底:定义长宽均为 l 厚度为 h 的介质,
在材料定义中点击材料库选择所需材料(材料库没
有的材料需要新建)
5. 完成后会得到一个 FSS, Metamaterial - Unit Cell 初始
模板,之后新建文件不用重复上述操作,直接用现
有模板。
二、建模
3. 以 PI(Polymide)介质为例,搜索 poly 可以查找到
PI,选择 Polymide(lossy),lossy free 表示不考虑损耗,
lossy 表示考虑损耗。
1. 规则图形如立方体、圆、圆环等可使用现有工具建
模。选择立方体工具绘制介质基底和反射底板。点
击立方体之后按 Esc 可以定义绘制立方体坐标。
4. 设置完成点击 OK,会要求输入参数字母的初始值
Value,此处先将 l 设为 200 um,h 设为 75 um,
Description 可为参数标记备注,参数设多了会混淆。
5. 完成后在 CST 界面下放会有参数表,此处可以更改
参数值或备注。
8. 材料库中选择金属铝 Aluminum
6. 绘制金属反射底板,金属层厚度 i 设为 0.5 um
9. 现在以绘制表面金属方环结构为例,先设置两个金
属贴片,边长分别为 a 和 a+2w
7. 左侧 Components 会显示已绘制的图形,Materials 显
示已添加的材料。上述操作在绘制金属底板时忘记
将材料改为金属,可以在 Components 中右键金属底
板选择 Change Material and Color
10. 在左侧 Components 中选择大贴片 Solid2 再选中布
尔操作中的减法,点击小贴片 Solid1 后回车,即可
减出宽为 w 的金属方环
三、仿真
1. 首先设置频率范围和边界条件;
2. 设置频率范围:在初始设计结构时由于未知结构的
谐振特性,先设一个宽的频率范围,假如中心工作
频率希望在 0.3 THz,则设置 0~0.6 THz 范围,之后结
构 优 化 时 为 了 更 精确 的计 算 可缩 短 设置 范 围 为
0.2~0.4 THz,若是宽带器件则频率范围得包含整个
宽带范围。
3. 设置边界条件:使用频域求解器时 xy 方向设置 Unit
Cell 边界,反射底板设置电边界,辐射空间设置
open(add space)
4. 网格自适应设置:将网格自适应勾上后可以自动收
敛计算得到准确的 S 参数
5. 点击上图右侧的 Start 开始仿真,点下图的 Start 也
可以。
6. 在界面左侧的 1D results 中的 S-Parameters 中看结
果,此处 S 参数中的 1 表示 y 极化方向的波,2 表示
x 极化方向的波,Zmax 表示在 Zmax 端的端口信号,
SZmax(1),Zmax(1)(S11)表示 Zmax 端 y 极化波入射
时,Zmax 端 y 极化波的反射特性,SZmax(2),Zmax(1)
(S21)表示 Zmax 端 x 极化波入射时,y 极化波的
反射特性。由于该结构 xy 方向均对称,因此 S11=S21,
S21=S12。对于为发生极化转换的结构,S21≈0,看 S11
即可。
7. 通过下图切换看计算的幅值和相位,以及数值测量
8. 扫参:通过扫参设置,计算某一参数在不同值下的 S
参数,通过变换参数尺寸实现相移控制。
10. 点击 S 参数后在界面下方的 Results Navigator 中可以
选择不同参数下的计算结果,全选可以同时比较。
11. 看相位时在空白处右键选择曲线属性,将 Wrap
phase 的勾取消可以将相位在-180~180 度范围展开,
看起来更直观。利用测量曲线可以比对不同参数之
间的相移
9. 在扫参设置中点击“新序列-新参数”,设置 a 从
50~200 扫描 4 个点,分别为 a=50, 100, 150, 200
12. 根据上图,显然 0.5 THz 之后的部分未得到计算,此
时应将频率范围的上限提高,然后继续扫参计算。
当 a=200 um 时超出了介质边缘。它的结果不可靠。