可變焦的超表面（focus tunable metasurface）類型反射鏡具有超薄、智能可控等特點，可用于成像、顯微等應用。而且經(jīng)常有朋友問如何用電容或二極管調(diào)控超材料，這期我們就用個簡單的案例看看調(diào)控效果。

1. 單元仿真

單元尺寸我們用16x16x2mm, 介質eps=2.5，上面兩片銅片，下面銅層為地。中間畫一個空氣盒子，一來方便我們畫電容，二來可用空氣盒子對縫隙進行網(wǎng)格加密。

是的，這里用的就是普通的集總電容，電容值可以參數(shù)化，比如就叫“cap”。邊界可限制X軸極化，端口相位去嵌到表面。

如果有可變電容的數(shù)據(jù)，我們可以直接仿真用。這里我們假設沒有這些信息，我們做個電容值的參數(shù)掃描。

S11的相位。我們?nèi)?.5GHz工作頻率，有廣泛的相位可用。

可用后處理將相位unwrap，然后提取6.5GHz相位對電容的曲線：

2. 二維平面（相同電容）

為了驗證焦點通過相位可調(diào)，我們復制單位結構成一列，然后看XZ平面上的焦點位置。激勵我們換成平面波，極化方向為X軸。

仿真結束，看電場（總場）。

這里簡單回顧：

復制項目，將所有結構排除仿真，由于是Hex網(wǎng)格，網(wǎng)格能夠保持不變。然后仿真入射平面波：

然后導入完整場結果，電場是m3d格式，運行后處理完成導入：

將兩個電場相減，得到散射場：

可見相同的電容，并不能形成焦點：

3. 二維平面（可調(diào)電容）

我們根據(jù)相控天線的相位差計算公式，可計算兩側單元的領先相位，以及所需電容。

修改電容后，重新仿真，獲取散射場，場類型為RMS值，可見焦點：

用另一組電容仿真，可將焦點調(diào)遠：

波動方向示意：

小結：

1.所謂可編程超表面，或智能表面等應用，很多時候我們可以將其簡化為無源器件進行仿真，比如加個電容。

2.本案例超表面運用相控陣列天線的控制原理。文中雖然只展示了XZ平面，焦點在Z方向上調(diào)整，不過足以證明仿真不限于此，可將焦點向更多方向及焦點調(diào)控。

3.本案例運用了參數(shù)掃描，相位去嵌，場處理等功能。邊界用到E，M，open（add space）還有periodic。用戶可嘗試不同的邊界組合，觀察電場分布，理解這些邊界仿真的是什么情景。