一种快速分析频率选择表面角度稳定性的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速分析频率选择表面角度稳定性的方法，方法步骤中包含：步骤S1：采用FKEO软件对待分析FSS单元结构进行建模；步骤S2：一过程，采用Matlab软件将建模文件中默认的平面波激励用包含N个入射角度信息的平面波入射源替代，再引入FEKO软件，计算FSS单元结构响应电流；重复所述过程M次，得到M组FSS单元结构响应电流，M＜N；步骤S3：重构出N个入射角度激励下的FSS单元结构实际响应电流；步骤S4：采用Matlab软件，将FSS单元结构实际响应电流扩展至任意阵列的FSS实际响应电流；步骤S5：计算散射场，得到N个入射角度激励下FSS的透射率及反射率，完成其角度稳定性分析。本发明专利技术可以提升多角度入射下FSS的透射率及反射率的分析效率，节省了设计成本。

A Fast Method for Analyzing Angular Stability of Frequency Selective Surface

【技术实现步骤摘要】
一种快速分析频率选择表面角度稳定性的方法
本专利技术涉及一种快速分析频率选择表面角度稳定性的方法，属于电磁仿真分析与射频元器件设计领域。
技术介绍
频率选择表面(FrequencySelectiveSurface,FSS)是一种二维周期阵列结构，其本质是一个空间滤波器，在电磁波的照射下表现出明显的带通或带阻的滤波特性，被广泛应用于天线罩、雷达副反射器、吸波材料等领域。透射率及反射率是表征FSS控制电磁波传播的重要指标参数之一，其受到入射波形式变化的影响，主要体现在宽频率响应与角度稳定性方面。FEKO是一款以矩量法为基础算法的三维全波电磁仿真软件，具有强大的建模及求解功能，由于其不需要额外设置辐射边界条件，与其他仿真软件相比，FEKO分析FSS特性的步骤较为简便。在分析FSS的宽频响应方面，FEKO采用了自适应频率点采样等先进的快速分析技术，可实现对FSS宽频响应的高效分析，但是，在FSS的角度稳定性分析方面，FEKO仍采用的是传统逐个入射角度计算的方法，耗费大量的时间，增加设计成本。如何提升FSS在多角度入射波激励下的分析效率，成为了本领域亟待解决的技术难题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种快速分析频率选择表面角度稳定性的方法，它可以提升多角度入射下FSS的透射率及反射率的分析效率，大大节省了设计成本。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种快速分析频率选择表面角度稳定性的方法，方法步骤中包含：步骤S1：采用FKEO软件对待分析FSS单元结构进行建模，生成建模文件；步骤S2：一过程，其中，采用Matlab软件读写建模文件，将建模文件中默认的平面波激励用包含N个入射角度信息的平面波入射源替代，以完成对建模文件的修改，再将修改后的建模文件引入FEKO软件，调用FEKOsolver计算FSS单元结构响应电流；重复所述过程M次，得到M组FSS单元结构响应电流，其中，M＜N；步骤S3：将M组FSS单元结构响应电流导入Matlab软件，利用恢复算法重构出N个入射角度激励下的FSS单元结构实际响应电流；步骤S4：采用Matlab软件，将FSS单元结构实际响应电流扩展至任意阵列的FSS实际响应电流；步骤S5：采用Matlab软件，根据任意阵列的FSS实际响应电流，计算出散射场，得到N个入射角度激励下FSS的透射率及反射率，完成其角度稳定性分析。进一步，FSS由若干个FSS单元结构按照周期分布排列而成。进一步，步骤S2中，包含N个入射角度信息的平面波入射源是将N个角度的平面波入射源随机叠加而成。进一步，步骤S2中，将N个角度的平面波入射源随机叠加，是采用高斯随机向量与N个角度的平面波入射源的向量相乘积；其中，包含N个入射角度信息的平面波入射源如式(1)所示：式(1)中，c1i为高斯随机值，N为实际的入射角个数，θi为入射角度，V为默认的平面波激励。进一步，步骤S2中，FSS单元结构响应电流等价于N个角度的平面波入射源下响应矩阵的叠加，如式(2)所示：FSS单元结构响应电流的向量形式如式(3)所示：M组FSS单元结构响应电流如式(4)所示：进一步，步骤S3中，利用恢复算法重构出N个入射角度激励下的FSS单元结构实际响应电流的步骤中包含：步骤S31，采用离散余弦变换矩阵ψN×N对M组FSS单元结构响应电流做稀疏变换，即如式(5)式所示：其中，获取M组FSS单元结构响应电流矩阵的稀疏系数AN×1＝(α1,α2…,αN)T。步骤S32：调用广义正交匹配追踪法(GOMP)来求解式(5)的稀疏解AN×1，再将其代入即可恢复出各个入射角度激励下的FSS单元结构实际响应电流I(θi)。进一步，步骤S4中，在Matlab软件中，将FSS单元结构实际响应电流乘以相应的相位变换矩阵，即将FSS单元结构实际响应电流扩展至任意阵列FSS实际响应电流。进一步，所述相位变换矩阵依据周期边界条件和待分析FSS的结构尺寸自适应生成。进一步，按二维周期分布排列的FSS实际响应电流如式(6)所示：式(6)中，kx和ky为平面波入射源的波矢量分别在x和y轴上的分量，m和n的取值范围由待分析的FSS尺寸确定。采用了上述技术方案，本专利技术具有一下的有益效果：1、现有技术在针对FSS的角度稳定性分析时，需要对实际N个入射角度激励进行N次重复计算，而本专利技术的优点在于：设计了包含N个入射角度信息的平面波入射源，并引入FEKO软件进行计算，在仅需计算M(M<N)次的情况下，借助恢复算法，即可精确的恢复实际N个入射角度下FSS的角度响应，以达到提升FSS角稳定性分析效率及节省设计成本的效果；2、现有技术在利用FEKO软件分析FSS的角度稳定性时，只能针对无限大的周期结构进行分析，本专利技术可以通过调整相位变换矩阵的维数，来仿真任意尺寸的FSS，增强设计的灵活性。附图说明图1为本专利技术的待分析FSS单元结构图；图2为本专利技术的待分析FSS的阵列结构图。图3为N角度入射下FSS的透射率响应图；图4为N角度入射下FSS的反射率响应图。具体实施方式为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。下面结合附图，以单位结构为圆环的待分析FSS在入射角度(θ＝-80°-80°,)范围内的透射率和反射率分析为例详细说明。应该强调的是，下述说明是仅仅是示范性的，并不是为了限制本专利技术的范围及应用。步骤S1：采用FEKO软件对待分析FSS的单元结构进行建模，生成建模文件，建模方法如下：①启动CADFEKO，新建一个工程“****.cfx”。②定义单位长度单位为“mm”,定义工作频率变量f＝7e9Hz。③通过定义材料，建立FSS单元结构模型，如图1所示，定义FSS单元结构的内环半径Rin＝0.6，FSS单元结构的外环半径Rout＝1.2，FSS单元结构的厚度t＝0.018，并将该模型的材料属性定义为“copper”；定义介质层材料相对介电常数epsr1＝3.4，介质损耗正切tand1＝0.005，厚度h＝0.5。④将求解频率设置单频模式(此处也可设置成扫频模式，因本专利技术主要针对角度响应，选择单频点不失一般性)，取工作频率f；将激励设置成“planewave”，选择选择默认值。⑤求解设置过程中，选择待求项为“Currents”；对所构建FSS单元结构进行剖分；保存所建模型的工程文件。步骤S2：一过程，采用Matlab软件对步骤S1保存的*.pre文件进行读写和修改，将默认的平面波激励用包含N个入射角度信息的平面波入射源代替，包含N个入射角度信息的平面波入射源如式(1)所示：式(1)中，c1i为高斯随机值，N＝161，为实际的入射角个数，θi为入射角度，V为步骤1中默认的平面波激励；调用FEKOsolver求解FSS单元结构响应电流，因为FEKO的运行内核矩量法针对多角度激励问题是一个线性系统，故FSS单元结构响应电流就等价于N个角度的平面波入射源下响应矩阵的叠加，如式(2)所示：其向量形式如式(3)所示：将结果保存在*.ffe文件中；重复上述过程M次，本实施例选取M＝N/4，约为40次，每一次都从*.ffe文件导出FSS单元结构响应电流数据保存至Matlab软件，得到M组FSS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速分析频率选择表面角度稳定性的方法，其特征在于，方法步骤中包含：步骤S1：采用FKEO软件对待分析FSS单元结构进行建模，生成建模文件；步骤S2：一过程，其中，采用Matlab软件读写建模文件，将建模文件中默认的平面波激励用包含N个入射角度信息的平面波入射源替代，以完成对建模文件的修改，再将修改后的建模文件引入FEKO软件，调用FEKO solver计算FSS单元结构响应电流；重复所述过程M次，得到M组FSS单元结构响应电流，其中，M＜N；步骤S3：将M组FSS单元结构响应电流导入Matlab软件，利用恢复算法重构出N个入射角度激励下的FSS单元结构实际响应电流；步骤S4：采用Matlab软件，将FSS单元结构实际响应电流扩展至任意阵列的FSS实际响应电流；步骤S5：采用Matlab软件，根据任意阵列的FSS实际响应电流，计算出散射场，得到N个入射角度激励下FSS的透射率及反射率，完成其角度稳定性分析。

【技术特征摘要】
1.一种快速分析频率选择表面角度稳定性的方法，其特征在于，方法步骤中包含：步骤S1：采用FKEO软件对待分析FSS单元结构进行建模，生成建模文件；步骤S2：一过程，其中，采用Matlab软件读写建模文件，将建模文件中默认的平面波激励用包含N个入射角度信息的平面波入射源替代，以完成对建模文件的修改，再将修改后的建模文件引入FEKO软件，调用FEKOsolver计算FSS单元结构响应电流；重复所述过程M次，得到M组FSS单元结构响应电流，其中，M＜N；步骤S3：将M组FSS单元结构响应电流导入Matlab软件，利用恢复算法重构出N个入射角度激励下的FSS单元结构实际响应电流；步骤S4：采用Matlab软件，将FSS单元结构实际响应电流扩展至任意阵列的FSS实际响应电流；步骤S5：采用Matlab软件，根据任意阵列的FSS实际响应电流，计算出散射场，得到N个入射角度激励下FSS的透射率及反射率，完成其角度稳定性分析。2.根据权利要求1所述的快速分析频率选择表面角度稳定性的方法，其特征在于：FSS由若干个FSS单元结构按照周期分布排列而成。3.根据权利要求1所述的快速分析频率选择表面角度稳定性的方法，其特征在于：步骤S2中，包含N个入射角度信息的平面波入射源是将N个角度的平面波入射源随机叠加而成。4.根据权利要求3所述的快速分析频率选择表面角度稳定性的方法，其特征在于：步骤S2中，将N个角度的平面波入射源随机叠加，是采用高斯随机向量与N个角度的平面波入射源的向量相乘积；其中，包含N个入射角度信息的平面波入射源如式(1)所示：式(1)中，c1i为高斯随机值，N为实际的入射角个数，θi为入...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明生，孔勐，曹欣远，张量，张忠祥，
申请(专利权)人：合肥师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34