电磁超构表面阵列的快速特征模式分析方法

摘要

特征模式分析作为分析和设计电磁超构表面天线的新方法,在大规模超构表面天线阵列上的应用受到了计算时间和内存空间的限制,主要原因是超构表面阵列的复杂、电大、跨尺度结构需要大量精细网格以保证结果的收敛。本文针对超构表面及其阵列的结构模型及其等效阻抗模型,比较了对两种物理模型进行特征模式分析所需的网格数量、计算时间和收敛速度。结果表明,基于等效阻抗模型的特征模式分析的网格数量降低了至少69.4%,计算时间降低至少96.7%。同时,基于该等效阻抗模型,本文对多层超构表面单元的层数N、层间距H、介质基板的介电常数εr对谐振模式的影响进行了分析。结果表明,随着层数N、层间距H、介电常数εr的增长,谐振器基模的谐振频率降低,且模式电流和方向图几乎不受影响。该方法有望促进电磁超构表面在超大规模多入多出天线阵列技术中的进一步应用。