本文重點在于周期結構的有效仿真及其在天線罩設計中的應用。我們將討論從單個元素到有限陣列的工作流程，以及其有效的仿真方法。
周期結構—天線單元
周期結構通常表現(xiàn)出有趣的電磁行為。超材料、人造磁性導體和頻率選擇表面（FSS）是基于周期結構應用的幾個例子。FSS可作為一種潛在的方法，用于獲得天線應用的定制頻率濾波天線罩。
CST Studio Suite 可以使用兩種通用方法處理周期結構。一個是應用本征模求解器，獲得標準結果，如色散圖，包括帶隙和光折線曲線。第二種方法則基于Floquet定理，其中“考慮并激發(fā)期望周期結構的不同”的所謂Floquet模式。CST Studio Suite發(fā)現(xiàn)Floquet模式和其他端口之間的傳輸和反射（激勵）存在于模型中。
單元天線仿真設置
為了開始FSS設計，我們考慮一個六邊形點陣的天線單元，它由一個金屬圓盤填充在中心，如圖1所示。它在CST Studio Suite中使用頻域解算器（F-Solver）和單元邊界條件（Floquet模式分析）進行模擬。單元結構借助于頻域解算器內(nèi)提供的單元邊界條件，對有限陣列進行Floquet模式分析，正如單元天線的反射系數(shù)所示。
圖 1. 有限陣列Floquet模式分析圖
圖2.a)有一個頻率，即19.12GHz，其中場主要穿透周期結構，而在其他頻率有相對較大的反射。因此，可以確切地說，我們得到了一個帶通濾波器。
圖2.a)基于不同入射角的無限陣列反射系數(shù) b）單元天線透明和不透明頻率下的電場動圖
基于有限尺寸FSS的天線罩
雖然基于無限周期拓撲的模擬始終是了解FSS工作原理的良好起點，但在有限尺寸FSS天線罩的假設下，應檢查其性能。圖3顯示了從無限陣列到真實天線罩結構的完整流程。
圖3. 天線罩周期結構的設計和分析流程
三種模擬FSS天線罩的方法
這里出現(xiàn)的問題是：應該使用哪個解算器或材質模型？為了解決這個問題，本文將介紹以下三種方法：
第一種方法是使用全波解算器，包括天線罩和天線的所有幾何細節(jié)。雖然這種方法是最完整的方法，但它也是計算成本最高的方法。然而，CST Studio Suite提供了幾種加速模擬時間的方法，如GPU硬件加速、分布式計算、MPI等。
第二種方法是使用全波解算器，同時借助CST Studio Suite中稱為薄板材料的緊湊材料建模來表示天線罩。薄板材料將根據(jù)材料的堆疊層或散射矩陣數(shù)據(jù)進行定義。FSS的復雜幾何結構被連續(xù)且緊湊的表示材料所取代，這在計算上是有利的。需要注意的是，薄板是一種基于平面波和一個入射角（疊加類型為正入射，S矩陣類型由用戶定制）的近似模型。
第三種方法是將天線與天線罩模擬分離，在最合適的解算器中執(zhí)行每種模擬，并通過場源建立這些模擬之間的鏈接。例如，這種混合解算器方法使我們能夠使用漸近解算器（A-Solver），其中基于光線跟蹤物理光學（PO）的算法用于模擬天線罩，而瞬態(tài)解算器用于模擬天線。這使得整個模擬的計算成本更低。此外，A-solver支持薄板材料，可以定義不同入射角下的菲涅耳反射和透射表。此功能提高了A-solver模擬的結果精度。
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