● 偶極頻率選擇面 (Dipole Frequency Selective Surface)

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The Ansoft designer results are take from :

1. Yang, F., J. Chen, R. Qiang, and A. Elsherbeni (2007), A simple and efficient FDTD/PBC algorithm for scattering

analysis of periodic structures, Radio Sci., 42, RS4004, doi:10.1029/2006RS003526.

2. Elsherbeni and Demir – The Finite-Difference Time-Domain Method for Electromagnetics

with MATLAB. Simulations, 2nd Edition (2015)

範例結果與CAD下載:

Example_DFSS_Theta180

Example_DFSS_Theta150

Example_DFSS_Theta120

Example_DFSS_Theta180_Phi21.3

Example_DFSS_Theta0_Phi21.3

https://mega.nz/#!ap0zGAjb!PdOooi6LCTBo_r3KPho66ODWdU2qBJkF4_ZhgkfHYbg

其中*.FCstd是FreeCAD的存檔

結構檔案加上邊界(使用FreeCAD)

參考 : 3D-CAD 範例 (流程簡介)

偶極頻率選擇面 (Dipole Frequency Selective Surface)結構所使用的參數

1. Yang, F., J. Chen, R. Qiang, and A. Elsherbeni (2007), A simple and efficient FDTD/PBC algorithm for scattering

analysis of periodic structures, Radio Sci., 42, RS4004, doi:10.1029/2006RS003526.

2. Elsherbeni and Demir – The Finite-Difference Time-Domain Method for Electromagnetics

with MATLAB. Simulations, 2nd Edition (2015)

設定參數

A. 主要設定 (Main-Setup)

1. 選取模擬的維度

2. 定義總x,y,z長度相等於模型檔案，然後調整適當的各軸解析度

3. 匯入模型檔案

4. 確定模擬材料定義

5. 按【建立網格 Cad to Grids (Create)】按鈕建立模擬網格

B. 邊界條件 (B.C.)

1. 定義邊界條件

2. 按【創建 (Create)】按鈕 => 建立總網格 (包含邊界條件&增加網格)

C. 波源與觀測 (Wave & Ob.)

使用平面波由上方入射(theta=180), 在Paper中的定義為0度

1. Yang, F., J. Chen, R. Qiang, and A. Elsherbeni (2007), A simple and efficient FDTD/PBC algorithm for scattering

analysis of periodic structures, Radio Sci., 42, RS4004, doi:10.1029/2006RS003526.

反射頻譜觀測為+Z 方向

穿透頻譜觀測為-Z 方向

教學範例 : 觀測範圍 (DFT)

D. 探測與元件 (Probe&Lumped)

1. 載入PCB金屬層，由於金屬層遠小於解析度 thickness << delta (dz)

==> 使用 "載入平面導體Load Wire (*.stl)" 功能

Patch_patch.stl

E. 結構設計 (Geo. Design)

最後檢查結構，按 輸出Output

F.頻譜 & 場 (Spectrum & Pattern)

1.設定頻譜分析 & 觀測波長範圍

2.檢察波源

G.模擬計算 (Calculation)

1.設定模擬時間長

2.存檔

3.計算

H.分析結果 (Result Analysis)

符號所代表的意思為

p1 : polarization 1

Py: Poynting (intensity)

real: real part

co : co-polar (coefficient)

cross : cross-polar (coefficient)

這個指的是總能量，入射波總能量為1，因此穿透強度加上反射強度會為1

Overall-p1-Py-real

Overall : Transmission (intensity)+ reflection (intensity) = 1 (energy conservation for without loss)

Transmission-p1-Py-real : Transmission intensity : T

Reflection-p1-Py-real : Reflection intensity : R

穿透強度與co-polar, cross polar的關係為

Transmission-p1-co = co-polar : |t-co|, 定義為與入射波極化方向相同的係數

Transmission-p1-cross = co-polar: |t-cross|, 定義為與入射波極化方向相差90度

T (intensity) = |t-co|^2+|t-cross|^2

R (intensity) = |r-co|^2+|r-cross|^2

所以這之間的關係式為

Overall =1= T (intensity)+ R (intensity) = |t-co|^2+|t-cross|^2 + |r-co|^2+|r-cross|^2

其他 TM, LHCP, RHCP 亦同

同樣，不同的入射角150度 (paper定義為30度), 120度(paper定義為60度)結果:

模擬範例結果下載:

Example_DFSS_Theta180

Example_DFSS_Theta150

Example_DFSS_Theta120

https://mega.nz/#!ap0zGAjb!PdOooi6LCTBo_r3KPho66ODWdU2qBJkF4_ZhgkfHYbg

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==== 範例2 ====

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在 (2), Chapter 14中

2. Elsherbeni and Demir – The Finite-Difference Time-Domain Method for Electromagnetics

with MATLAB. Simulations, 2nd Edition (2015)

條件: Kx=20 radian/meter, Ky= 7.8 radian/meter

方法1 : 邊界條件使用原本的週期邊界 (period)

設定Kx=20 radian/meter, Ky= 7.8 radian/meter

可以得 phi= atan2(Ky,Kx) = 21.3058 degree

設定 Phi = 21.3 ，其他設定皆相同

模擬範例結果下載:

Example_DFSS_Theta180_Phi21.3

https://mega.nz/#!ap0zGAjb!PdOooi6LCTBo_r3KPho66ODWdU2qBJkF4_ZhgkfHYbg

預設的定義z-為port1, z+為 port 2，而對應的S-parameter則如圖，從上方port2入射只能得到 S12與S22的co-polar與 cross-polar

同樣的，如果要得到s參數中的 S11與S21，那就要再模擬一次，從z-方向入射，設定如下

Example_DFSS_Theta0_Phi21.3

https://mega.nz/#!ap0zGAjb!PdOooi6LCTBo_r3KPho66ODWdU2qBJkF4_ZhgkfHYbg

即可得