【技术实现步骤摘要】
一种高效的三维谱元超表面电磁仿真技术
[0001]本专利技术属于电磁仿真领域，尤其是涉及超表面仿真方法、谱元法和广义薄片过渡条件相结合的一种高效的三维谱元超表面电磁仿真技术。
技术介绍
[0002]超表面是一种可以由微小的金属或纳米结构组成的亚波长人工二维结构。通过特殊的结构设计和排列方式，超表面能够在特定频率范围内使电磁波发生异常反射和透射现象，这为操纵电磁波提供可能性。(C.L.Holloway,E.F.Kuester,and J.A.Gordon,“An overview of the theory and applications of metasurfaces:The two
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dimensional equivalents of metamaterials,”IEEE antennas and propagation magazine,vol.54,no.2,pp.10
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35,2012)。
[0003]随着对超表面结构研究的深入,不断有轻薄、紧凑的超表面结构被提出，但...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高效的三维谱元超表面电磁仿真技术，其特征在于包括以下步骤：1)确定超表面所要实现的功能，找到符合需求的超表面散射单元；通过电磁仿真软件求出其散射参数，并将散射参数带入到广义薄片过渡条件需要确定的极化率张量中，合成极化率张量；2)建立三维几何模型，选定模型中的计算域大小、材料参数、边界条件，选定入射光束；3)对几何模型进行六面体网格剖分，将有厚度的超表面等效为零厚度的薄片，用四边形网格对薄片进行网格划分；4)读取网格信息，进行预处理，设定边界条件及材料参数，采用谱元法生成系统矩阵，得到空间离散后的矩阵方程组；5)求解方程得到电场值；6)判断电场结果是达到预期超表面所要实现的功能，若是，则绘制电场分布；若否，则通过调整散射参数重新求解极化率张量，并返回重复步骤4)～5)，直至仿真结果符合预期。2.如权利要求1所述一种高效的三维谱元超表面电磁仿真技术，其特征在于在步骤1)中，所述找到符合需求的超表面散射单元，通过调整散射单元的材质和尺寸，在周期边界下进行全波段仿真，求解不同结构的散射单元的散射参数；找到符合需求的波段和散射单元结构，求得散射单元的散射参数并合成均匀化超表面模型的电磁极化率张量。3.如权利要求1所述一种高效的三维谱元超表面电磁仿真技术，其特征在于在步骤1)中，所述将散射参数带入到广义薄片过渡条件需要确定的极化率张量中，对于单轴单各向异性表面，极化率分量与散射参数关系为：异性表面，极化率分量与散射参数关系为：异性表面，极化率分量与散射参数关系为：异性表面，极化率分量与散射参数关系为：其中，和为超表面等效的面极化率分量，散射参数的定义为从入射端口1入射x极化波从透射端口2透射出y极化波时的电场比值，其他散射参数同理。4.如权利要求1所述一种高效的三维谱元超表面电磁仿真技术，其特征在于在步骤2)中，所述建立三维几何模型，确认区域的形状、尺寸、边界条件、材料参数；确定入射光束的振幅、频率以及传播方向；确定超表面等效薄片的大小和放置位置。5.如权利要求1所述一种高效的三维谱元超表面电磁仿真技术，其特征在于在步骤4)中，所述采用谱元法生成系统矩阵，将谱元法与广义薄片过渡条件相结合，生成三维系统矩阵方程。6.如权利要求1所述一种高效的三维谱元超表面电磁仿真技术，其特征在于在步骤4)中，所述系统矩阵方程的建立，具体步骤为：对于三维的电磁场，控制方程为矢量的亥姆霍兹方程：
其中，Ω为求解的计算区域，E为计算区域内的总场，k为波数，μ
r
为相对磁导率张量，ε
r
为相对介电常数张量；通过伽辽金的加权余量法和有限元法，得到单元e的残数加权积分为：其中，代表单元上的测试函数，E
e
代表单元上的电场矢量；通过引入格林恒等式，式(4)写为：式中，Γ
e
表示包围V
e
的...
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