[發明專利]一種基于等效電路的極化轉換超表面快速計算方法及系統

在審

• 申請號: 202310273024.3
• 申請日: 2023-03-20
• 公開（公告）號: CN116467998A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 馬云鵬;常奇
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/398
• 分類號: G06F30/398;G06F17/16;G06N3/126
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 賈瑞華

1.一種基于等效電路的極化轉換超表面快速計算方法，其中所述極化轉換超表面的超表面單元包括：斜對角方向對稱的金屬貼片陣列、介質層，其特征在于，所述方法包括：

步驟1：采用全波模擬方法對超表面單元中的目標金屬貼片在設定頻帶內斜對角線極化方向的S參數進行仿真，得到所述目標金屬貼片斜對角極化方向的S參數曲線；

步驟2：根據所述S參數曲線諧振點個數，確定等效電路中支路數目以及每條支路的電容值和電感值；所述每條支路的電容值以及電感值根據所述S參數曲線上頻率點對應的反射參數擬合得到；

步驟3：根據所述等效電路中每條并聯支路的電容值以及電感值，確定所述目標金屬貼片在加載任意介質層厚度、材料以及周期大小時所述超表面單元的ABCD矩陣；

步驟4：根據所述ABCD矩陣，確定所述極化轉換超表面的S參數矩陣。

2.根據權利要求1所述的基于等效電路的極化轉換超表面快速計算方法，其特征在于，所述步驟2具體包括：

根據所述S參數曲線上的頻率點對應的反射參數，確定所述頻率點的等效阻抗；

根據所述S參數曲線上任意兩個頻率點的等效阻抗，擬合一條并聯支路的電容值以及電感值。

3.根據權利要求2所述的基于等效電路的極化轉換超表面快速計算方法，其特征在于，所述根據所述S參數曲線上頻率點對應的反射參數，確定所述頻率點的等效阻抗，具體包括：

根據公式計算所述頻率點u方向的等效阻抗，根據公式計算所述頻率點v方向的等效阻抗；

其中，Z₀為自由空間阻抗，Γ_u和Γ_v分別為超表面單元u方向和v方向的反射系數。

4.根據權利要求2所述的基于等效電路的極化轉換超表面快速計算方法，其特征在于，所述根據所述S參數曲線上任意兩個頻率點的等效阻抗，確定一條并聯支路的電容值和電感值，具體包括：

將所述S參數曲線上任意兩個頻率點u方向上的等效阻抗Z_u′代入公式計算u方向上第i個并聯支路的電容值和電感值；

將所述S參數曲線上任意兩個頻率點v方向上的等效阻抗Z_v′代入公式計算v方向上第i個并聯支路的電容值和電感值；

其中，n為諧振點個數，ω為入射波頻率對應的角速度，L′_ui和L′_vi分別為u和v方向上第i個并聯支路的電感值，C_u′_i和C_v′_i分別為u和v方向上第i個并聯支路的電容值。

5.根據權利要求1所述的基于等效電路的極化轉換超表面快速計算方法，其特征在于，所述步驟2還包括：

根據所述超表面單元的介質層的等效介電常數，對每條并聯支路的電容值和電感值進行修正。

6.根據權利要求5所述的基于等效電路的極化轉換超表面快速計算方法，其特征在于，所述等效介電常數為所述超表面單元的上下介質層相對介電常數的平均值。

7.根據權利要求1所述的基于等效電路的極化轉換超表面快速計算方法，其特征在于，所述步驟3具體包括：

根據所述等效電路中每條并聯支路的電容值以及電感值，確定所述目標金屬貼片的單元阻抗矩陣；

基于傳輸線理論，確定所述超表面單元介質層的傳輸矩陣；

根據所述目標金屬貼片的單元阻抗矩陣和所述介質層的傳輸矩陣，確定所述超表面單元的ABCD矩陣。