21、超表面性能的可扩展性分析

超表面性能的可扩展性分析

1. 基本概念与参数

1.1 超表面相关假设

假设超表面（MS）中单元数量 $M = N$，即 MS 覆盖一个边长为 $D_m$ 的正方形区域。

1.2 关键参数

• 波长（λ） ：从电磁学角度看，确定感兴趣的频段对单元设计至关重要。从可扩展性角度，假设单元按预期响应，关键在于单元尺寸和超表面尺寸相对于波长的归一化情况。单元需为亚波长，超表面应覆盖多个波长才有效。
• 单元状态数量（$N_s$） ：理想情况下，可实现对单元响应幅度和相位的连续控制，但因调谐元件及驱动方法的复杂性，单元响应会离散化。离散化对超表面性能影响有限，$N_s$ 用于模拟控制子系统提供的单元状态数量。
• 目标方向（$\theta_r, \varphi_r$） ：反射方向是波束转向的特定应用要求。获取所需反射方向的单元状态取决于入射和反射方向。为便于分析，假设垂直入射（$\theta_i = \varphi_i = 0$），将反射目标方向作为主要参数，用角度（$\theta_r, \varphi_r$）表示。

2. 方法与模型

2.1 总体方法

对于具有任意数量单元的超表面，Floquet 周期边界条件可模拟单元在垂直于指定边界方向上的无限周期性，简化结构模型并减少全波电磁仿真的计算负担。但该方法仅适用于静态设计或只需全局调谐的功能。对于需要局部调谐的功能，如异常反射，需对整个结构建模。为进行可扩展性分析，采用分