在仿真材料設(shè)置的過(guò)程中,我們根據(jù)仿真類(lèi)型和需求可以將金屬材料設(shè)置為 PEC、Lossy metal 和 Normal。如下方左圖所示,在 Modeling 選項(xiàng)卡下點(diǎn)擊 New/Edit 圖標(biāo),在其下拉菜單中選擇 New Material,彈出 New Material 對(duì)話(huà)框。在彈出的對(duì)話(huà)框中 Type 一欄下拉菜單中可以選擇材料 類(lèi)型,如下方右圖所示。
首先 PEC 是理想導(dǎo)電體(Perfect electric conductor),其電導(dǎo)率趨于無(wú)窮大,因此 PEC 材料不 會(huì)產(chǎn)生趨膚損耗。當(dāng)仿真一些導(dǎo)電性能優(yōu)良且可以忽略仿真的金屬損耗時(shí),可以用 PEC 來(lái)代替有耗金屬。
Lossy metal 是有耗金屬,電導(dǎo)率值是有限的,電導(dǎo)率高但為有限值時(shí)推薦使用這種類(lèi)型,比如銅,鋁等。這類(lèi)金屬材料會(huì)考慮趨膚效應(yīng),趨膚深度必須遠(yuǎn)小于材料厚度,即電磁場(chǎng)不能穿透設(shè)為有耗金屬材料的物體。如下圖所示,以銅(Copper)為例,在 Type 一欄選擇 Lossy Metal;在Electric conductivity 一欄設(shè)置電導(dǎo)率。
電磁場(chǎng)無(wú)法穿過(guò)設(shè)為 Lossy metal 的材料,所以當(dāng)頻率很低或者金屬很薄時(shí),也就是電磁波能穿透金屬的情況下不能將金屬材料設(shè)置為 Lossy metal,而應(yīng)該設(shè)置為 Normal。
如果需要計(jì)算趨膚深度,可采用 CST 自帶的宏命令,點(diǎn)擊 Home 選項(xiàng)卡中的 Macros 按鈕,在彈出的下拉菜單中選擇 Calculate > Calculate Skin-Depth and Surface Roughness,彈出對(duì)話(huà)框如下圖所示:
在 Frequency 一欄輸入 0.00001GHz 即 10KHz,Conductivity 一欄輸入 58000000S/m,點(diǎn)擊OK,自動(dòng)計(jì)算得到趨膚深度 Skin-Depth 為 0.66mm。因此,當(dāng)材料厚度小于 0.66mm 時(shí),10KHz 的電磁波將穿透電導(dǎo)率為 58000000S/m 的金屬,在這種情況下需要考慮電磁波穿透的影響,所以應(yīng)將材料類(lèi)型設(shè)置為 Normal;再切換到 Conductivity 選項(xiàng)卡,在 Electric conductivity 一欄輸入58000000,如下圖所示:
這樣設(shè)置為 Normal 的材料,將根據(jù)材料的趨膚深度,計(jì)算穿透材料的電磁能量的大小。如果將金屬材料類(lèi)型設(shè)置為 Normal,則需要十分精細(xì)的網(wǎng)格將此材料的厚度方向剖分出來(lái),因此網(wǎng)格數(shù)量可能會(huì)比較巨大,所需仿真時(shí)間也更長(zhǎng)。
需要注意的是,無(wú)論采用 Normal 還是 Lossy metal,金屬材料的趨膚效應(yīng)均將被仿真考慮進(jìn)去。但是 Normal 是采用網(wǎng)格來(lái)分辨趨膚深度,而 Lossy metal 則是采用表面解析式作為近似,是一個(gè)等效模型。將材料設(shè)置為 Normal 對(duì)于趨膚深度較深時(shí)更精確,而將材料設(shè)置為 Lossy metal 則對(duì)于趨膚深度極淺時(shí)更有效。換個(gè)方式來(lái)講,就是對(duì)于同一個(gè)金屬來(lái)說(shuō),頻率低時(shí)設(shè)置為 Normal 比較合理,頻率高時(shí)設(shè)置為 Lossy metal 更可取。
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