[发明专利]一种加载集总元件的反射超表面单元特性分析方法

摘要

本发明提出一种加载集总元件的反射超表面单元特性分析方法，用于解决现有技术中存在的分析速度慢和在不同频段下通用性差的问题。根据超表面单元模型端口的散射参数和集总元件二端口散射参数利用MATLAB编程得到反射特性；根据集总元件等效电路元件参数和超表面单元模型端口的散射参数利用MATLAB编程得到反射特性；根据前面两种方法结果相等时集总原件等效电路元件参数对超表面单元模型仿真获取反射特性；判断仿真和MATLAB编程得到的反射特性是否相等，若是，将仿真得到的反射特性作为最终结果，否则，调整仿真剖分网格重新仿真。本发明能够在不同频段下对加载集总元件的反射超表面单元特性进行快速分析，可用于可重构反射超表面单元的特性分析。

主权项

1.一种加载集总元件的反射超表面单元特性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取反射超表面单元模型端口的散射参数S′：(1a)建立反射超表面单元模型：建立具有n个加载集总元件位置的反射超表面单元模型，n≥1；(1b)设置反射超表面单元模型的仿真条件：设置反射超表面单元模型加载集总元件位置i的集总端口为Li，i＝1,2,…,n，集总端口的阻抗为k,30Ω≤k≤70Ω，边界条件为周期边界条件，目标电磁响应端口为Floquet端口F，工作频段为集总元件的工作频段(fmin,fmax)；(1c)对反射超表面单元模型进行全波仿真，得到反射超表面单元模型集总端口Li和Floquet端口F的散射参数S′；(2)获取集总元件二端口的散射参数S″q：将集总端口的阻抗k作为集总元件测量端口的阻抗，并采用TRL测量方法对工作状态q下的集总元件进行测量，得到集总元件二端口的散射参数S″q，q＝1,2,…,m；(3)获取加载工作状态q下的集总元件的反射超表面单元的反射特性Mag1q和Phase1q：(3a)利用软件MATLAB工具箱RF Toolbox的snp2smp函数，从散射参数S′抽取出集总端口Li的散射参数Si；(3b)利用软件MATLAB工具箱RF Toolbox的cascadesparams函数，对集总端口Li的散射参数Si与散射参数S″q进行级联，得到反射超表面单元模型Floquet端口F的散射参数Saq；(3c)计算加载工作状态q下的集总元件的反射超表面单元的反射特性Mag1q和Phase1q：Mag1q＝dB(Saq)，Phase1q＝Arg(Saq)；(4)获取工作状态q下的集总元件等效电路C1q的元件参数集合Circuitq：查取官方数据手册中工作状态q下的集总元件等效电路C0q所有元件的参数，组成C0q的元件参数集合Circuit0q，并将Circuit0q作为反射超表面单元上加载工作状态q下的集总元件等效电路C1q中所有元件参数组成的元件参数集合Circuitq＝Circuit0q；(5)获取加载工作状态q下的集总元件的反射超表面单元的反射特性Mag2q和Phase2q：(5a)利用软件MATLAB工具箱RF Toolbox的setports函数，通过C1q的元件参数集合Circuitq，计算加载工作状态q下的集总元件的等效电路的散射参数S″′q；(5b)利用软件MATLAB的工具箱RF Toolbox的cascadesparams函数，将散射参数Si与散射参数S″′q进行级联，得到反射超表面单元模型Floquet端口F的散射参数Sbq；(5c)计算加载工作状态q下的集总元件的反射超表面单元的反射特性Mag2q和Phase2q：Mag2q＝dB(Sbq)，Phase2q＝Arg(Sbq)；(6)判断Mag1q＝Mag2q且Phase1q＝Phase2q是否成立，若是，执行步骤(7)，否则，调整元件参数集合Circuitq中元件的参数，并执行步骤(5)；(7)获取加载工作状态q下的集总元件的反射超表面单元的反射特性Mag3q和Phase3q：设置反射超表面单元模型的边界为周期边界条件，同时根据元件参数集合Circuitq中的元件参数，设置反射超表面单元模型加载工作状态q下的集总元件位置i的集总边界为Miq，对反射超表面单元模型进行全波仿真，得到加载工作状态q下的集总元件的反射超表面单元的反射特性Mag3q和Phase3q；(8)判断Mag3q＝Mag2q且Phase3q＝Phase2q是否成立，若是，将Mag3q和Phase3q作为加载工作状态q下的集总元件的反射超表面单元的反射特性，否则，调整步骤(7)全波仿真中的剖分网格，并执行步骤(7)。