CST超表面仿真實例(2/3) - 線圓極化轉(zhuǎn)換，天線陣任務(wù)，優(yōu)化

本期我們繼續(xù)看線極化轉(zhuǎn)圓極化。本案例是個三層結(jié)構(gòu)，比單層的偏振片有更寬的頻率和更少的反射。我們將利用CST的天線陣列任務(wù)中的單元任務(wù)，加上優(yōu)化器優(yōu)化，使偏振片在多個入射角、多個頻率，S11反射都夠小，AR都夠圓 

具體優(yōu)化目標(biāo)是在6-10GHz， 多個角度，滿足：

S11<-10dB 和 AR<3dB

模型參數(shù)化如圖，這里我們固定介質(zhì)材料，只優(yōu)化尺寸：

隱藏掉基板介質(zhì)是這樣的：

由于網(wǎng)格隨尺寸變化，為了確保優(yōu)化結(jié)果有效，需要很好的加密網(wǎng)格。首先是全局加密： 

然后對金屬微帶線本地加密，比如用meshstep等于線寬除以3，這樣保證隨時都有三個網(wǎng)格；或者用邊緣加密比0.2，這樣邊緣20%都有網(wǎng)格等等方法。這里我們用linewidth/3。

重點是介紹天線陣列任務(wù)和優(yōu)化器。在電路原理圖中，使用Array task，然后unit cell仿真，頻域求解器。因為我們只需要單元仿真，所以陣列的單元個數(shù)無所謂。 

然后設(shè)置掃描角度，這里為了方便就掃四個角度：

Theta=0,Phi=0 （垂直入射）

Theta=45,Phi=0，45，90  

遠(yuǎn)場觀察6-10GHz五個頻點，然后進入單元子任務(wù)，進入?yún)?shù)掃描，調(diào)整（添加）掃描角（系統(tǒng)參數(shù)），確保包括了剛才我們要掃的四個角：

邊界為unit cell，Z方向各加25mm背景，然后Floquet端口要確保是45度極化，并且與掃描角無關(guān)，這樣才能使偏振片工作，我們還能看不同角度的入射。 

頻域求解器，從Zmin激勵，已有本地加密，為了加速，我們不用自適應(yīng)

網(wǎng)格（也可使用）。

更新天線陣任務(wù)開始仿真：

仿真結(jié)束查看結(jié)果：

反射S11是二維平面，遠(yuǎn)場是四個掃描點：

下面我們后處理一下這些結(jié)果，然后使用優(yōu)化器。

遠(yuǎn)場提取Theta=45度的軸比（三個角度的最大值）：

遠(yuǎn)場提取Theta=0度的軸比：

根據(jù)幫助，遠(yuǎn)場軸比公式:

再提取所有頻點S11二維圖的最大值：

作為起始結(jié)果，我們將軸比和反射放在一起觀察，可見目前S11都還滿足要求，垂直入射的軸比都不錯，唯一有問題的是45度角有的方向軸比較差。

天線陣列任務(wù)中添加優(yōu)化任務(wù)：

將單元任務(wù)拖拽進優(yōu)化任務(wù)中，并將單元任務(wù)的參數(shù)與主項目的參數(shù)聯(lián)系起來，這樣我們用優(yōu)化器才能控制子任務(wù)的參數(shù)。當(dāng)然局限就是主項目的參數(shù)也隨之改變，那么為什么不在主項目中直接優(yōu)化參數(shù)呢？因為我們想利用天線陣列任務(wù)的掃描角功能。

優(yōu)化器設(shè)置，這里我們就用CMA Evolution 算法，比較大的范圍內(nèi)自動優(yōu)化全部參數(shù)：

目標(biāo)添加之前三個后處理的結(jié)果，AR<3dB，S11<-10dB：

屬性中限制計算次數(shù)，適當(dāng)提高sigma避免局部極值：

開始優(yōu)化。結(jié)束后查看結(jié)果：

S11仍表現(xiàn)良好：

垂直入射仍滿足圓極化：

45度入射的AR雖沒能滿足3dB，但顯著改善：

優(yōu)化前后：

小結(jié)：

1. 本案例旨在介紹天線陣列任務(wù)和優(yōu)化器，可利用其掃描角功能優(yōu)化一些單元結(jié)構(gòu)，比如超表面。本文最后結(jié)果沒有完全達到優(yōu)化目標(biāo)，并不表示該設(shè)計不可達到。

2. 本案例網(wǎng)格設(shè)置只是一組設(shè)置方法的介紹，并沒有最優(yōu)化。

3. 本案例是離散的頻率，只是展示優(yōu)化流程和遠(yuǎn)場如何獲取軸比AR。寬頻的AR也可從S參數(shù)獲得，以后再介紹。

4. CST自帶若干優(yōu)化算法，若需更先進的優(yōu)化器或DOE分析，請了解SIMULIA的Isight軟件或達索平臺的Process Composser。以后有機會再介紹本案例在達索平臺上優(yōu)化。