CST仿真吸波器选5.8GHz有个小小心思单层电阻超材料的谐振频率一般和单元边长相关大概是谐振波长的0.2-0.4倍等效介电常数εr算进去的话还要除以√εr的平方根用的FR-4基板ε_r4.4、tanδ0.025、厚度1mm那大概算下来单元边长应该在6-8mm左右先随便定个7mm吧调的时候再改。先打开CST Studio Suite的Time Domain时域求解器选Frequency Selective Surface/Metamaterial Absorber的模板这样会自动给你搭好周期性边界和两个平面波端口——省了很多手动加Floquet模式的麻烦虽然这个是入门但手动加Floquet偶尔还是会跳模式相位匹配的小bug新手没必要碰。新建个项目后先把基板和地板搭起来// 打开宏先快速定义变量这样后面调参数比改几何爽多了 DefineParameter(unit_cell_size, 7, Unit cell side length, mm); DefineParameter(sub_h, 1, FR-4 substrate thickness, mm); DefineParameter(loss_tangent, 0.025, FR-4 loss tangent); DefineParameter(res_sheet, 377, Resistance of Jerusalem cross, Ohm/sq); // 自由空间波阻抗是377先凑这个吸光最高搭基板不用写CST自带的VBA不对上面是定义宏参数几何部分其实可以手动拖但偶尔用VBA能批量改不过入门先贴一段生成十字和地板的简化VBA吧反正不用全懂复制粘贴改变量就行// 新建空气盒子基板地板 With Brick .Reset .Name air_box .Component component1 .Material Vacuum .XRange -unit_cell_size/2, unit_cell_size/2 .YRange -unit_cell_size/2, unit_cell_size/2 .ZRange -2*sub_h, 2*sub_h // 空气盒子高度要留够避免平面波反射太快 .Create End With With Brick .Reset .Name fr4_sub .Component component1 .Material FR-4 (lossy) // 选模板里现成的不用自己设介电常数损耗角省事儿 .XRange -unit_cell_size/2, unit_cell_size/2 .YRange -unit_cell_size/2, unit_cell_size/2 .ZRange -sub_h, 0 .Create End With With Brick .Reset .Name metal_ground .Component component1 .Material PEC (Perfect Electric Conductor) // 完全导电地板简单入门的话不用考虑金属损耗影响不大 .XRange -unit_cell_size/2, unit_cell_size/2 .YRange -unit_cell_size/2, unit_cell_size/2 .ZRange -sub_h-0.01, -sub_h // 稍微伸出来一丢丢避免和FR-4重叠没什么用但强迫症友好 .Create End With // 耶路撒冷十字的宏可能有点长不过没关系核心就是横臂竖臂加四个角上的小方块延伸 // 先再补几个十字的参数 DefineParameter(arm_w, 0.8, Jerusalem cross arm width, mm); DefineParameter(cross_l, 5.2, Jerusalem cross total horizontal/vertical length, mm); DefineParameter(end_w, 1.8, Jerusalem cross end block width, mm); DefineParameter(end_l, 1.2, Jerusalem cross end block length, mm); // 搭中间的横臂竖臂 With Brick .Reset .Name cross_arm_h .Component component1 .Material Lossy Metal Sheet // 电阻膜选这个然后参数里设面电阻 .Type Sheet .XRange -cross_l/2, cross_l/2 .YRange -arm_w/2, arm_w/2 .ZRange 0, 0 .Create // 给这个sheet赋面电阻一定要记得不然默认PEC就反射100%了 .SetSheetParameter Resistivity, res_sheet End With With Brick .Reset .Name cross_arm_v .Component component1 .Material Lossy Metal Sheet .Type Sheet .XRange -arm_w/2, arm_w/2 .YRange -cross_l/2, cross_l/2 .ZRange 0, 0 .Create .SetSheetParameter Resistivity, res_sheet End With // 搭四个角上的小延伸块复制粘贴加平移旋转就行或者直接用CST的布尔复制VBA里也有Translation和Rotation // 先搭右上角的 With Brick .Reset .Name cross_end_ur .Component component1 .Material Lossy Metal Sheet .Type Sheet .XRange cross_l/2 - arm_w/2, cross_l/2 - arm_w/2 end_l .YRange end_w/2 - end_l, end_w/2 // 这里坐标得自己算一下和中间的竖臂衔接 .ZRange 0, 0 .Create .SetSheetParameter Resistivity, res_sheet End With // 平移复制剩下的三个或者旋转旋转更简单 With Transformation .Reset .Name rotate_90 .Type Rotation .RotationAxis Z .Angle 90 .Center 0, 0, 0 .Create End With With Copy .Reset .Name copy_rotate_end .UseTransformation rotate_90 .NumberOfCopies 3 .Objects component1:cross_end_ur .Create End With哦对了布尔一下不对这些sheet都是在Z0平面的PEC/电阻膜CST会自动处理重叠的地方的电流不用布尔合并但如果看着别扭的话可以选中所有十字的部分布尔Combine一下VBA里也能写但手动点更直观。接下来是参数化扫描这个是CST做吸波器的灵魂手动改参数改到猴年马月这里只扫unitcellsize和res_sheet两个最关键的看看对谐振频率和吸波率的影响unitcellsize从6mm扫到8mm步长0.2mmres_sheet从300扫到450步长25Ω/sq。扫频范围选4GHz到7GHz足够覆盖5.8GHz的WiFi频段。CST仿真吸波器等个几分钟取决于电脑性能我用的游戏本大概3分钟左右结果出来后看1D Results里的Absorption Curve——CST里吸波率是1-Reflection-Transmission因为我们加了PEC地板Transmission是0所以其实1-Reflection就行不用单独找Absorption直接调plot设置把Transmission删掉就行。先看unitcellsize的影响当unitcellsize变大时谐振频率明显往左低频移——这个和之前的理论估算一致单元边长越大等效谐振的电尺寸越大谐振波长越长频率自然越低。比如unitcellsize6mm时谐振在6.1GHz左右7mm时在5.7GHz左右刚好接近目标的5.8GHz把unitcellsize微调成7.1mm谐振就刚好卡到5.8GHz了。再看ressheet的影响当ressheet从300增加到450时吸波率的峰值先升高后降低在377Ω/sq左右达到最高——这个完全就是自由空间波阻抗匹配的道理嘛吸波器表面的等效面阻抗和自由空间波阻抗377越接近反射就越小剩下的能量要么被电阻膜耗掉要么被FR-4的损耗角耗掉这里主要是电阻膜。比如res_sheet300时峰值只有88%377时到了99.2%450时又降到了91%。最后看1D Results里的Surface Current和Farfield虽然加了PEC地板Farfield基本为0还有Field Monitor里的E-field和H-field分布——5.8GHz时E-field主要集中在耶路撒冷十字的四个小延伸块和中间横臂竖臂的缝隙里H-field主要集中在基板内部靠近地板的地方这就是典型的磁谐振电谐振的混合吸波机制虽然是单层但带宽比纯方环的纯磁谐振要宽一点这里扫出来的-10dB吸波带宽也就是吸波率≥90%大概是5.3GHz到6.3GHz1GHz左右的带宽对于单层电阻超材料来说已经够用了。要是想再宽一点怎么办可以加一层FR-4和一层电阻十字双层吸波器或者把耶路撒冷十字换成更复杂的结构比如方形螺旋、蝴蝶结之类的下次有空再写双层的吧。