CST入門02-CST材料庫和材料屬性詳細(xì)介紹（1）
上節(jié)提到了材料庫，我們來具體看下材料庫的內(nèi)容。
首先看最上方Problem Type，這里指的是所定義的材料對(duì)應(yīng)的應(yīng)用，有分為低頻、高頻、粒子、默認(rèn)。作為分類用，如果分類不同對(duì)應(yīng)的可以設(shè)置的參數(shù)也不同：
在下面General頁還有個(gè)Type：
當(dāng)選擇PEC、Lossy Metal 、Ohmic Sheet的時(shí)候，右側(cè)會(huì)變成Coating按鈕，點(diǎn)擊后可以定義涂層：
Type設(shè)置中，對(duì)于PEC涂層材料:除了定義一組涂層層(Stackup堆疊)，還支持反射系數(shù)表Reflection factor table，表面阻抗表Surface impedance table和完美吸收材料Perfect absorber的。這兩種表格定義類型都支持材料系數(shù)的規(guī)格，取決于頻率、入射角和極化。在使用Stackup堆疊時(shí)，表的第一行定義的材料是最接近原材料本身的第一層。
像下圖就是最接近原材料的那層是鋁，外面一層是木。
對(duì)于Thin Plane薄板材料:除了定義一組涂層層(Stackup疊層)，還支持表反射和透射系數(shù)的定義(Reflection/transmission反射/透射表)。表格的材料屬性定義支持頻率、入射角和極化相關(guān)。薄板材料也可以看作是一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)。材料可以直接由其S參數(shù)作為頻率的函數(shù)(Smatrix表)指定，兩個(gè)“端口”對(duì)應(yīng)于材料的兩面。
Material Name為涂層材料的名稱。在選擇PEC, Lossy Metal和Ohmic Sheet涂層材料時(shí)，“normal”。
Thickness參數(shù)即為涂層厚度，沒什么可說的。
當(dāng)使用table類型的定義時(shí)，F(xiàn)requency代表頻率；
Inc.angle ：對(duì)應(yīng)行中給定反射系數(shù)或表面阻抗數(shù)據(jù)的平面波入射角的角度；
Re{R_TM}, Im{R_TM}, Re{R_TE}, Im{R_TE}：平面波反射系數(shù)的實(shí)部和虛部。對(duì)于平面波的TE和TM兩種模式，可以分別指定反射系數(shù)；
Re{Zs_TM}, Im{Zs_TM}, Re{Zs_TE}, Im{Zs_TE}：阻抗的實(shí)部和虛部，這些參數(shù)僅在PEC的涂層材料中定義存在；
Re{T_TM}, Im{T_TM}, Re{T_TE}, Im{T_TE}：平面波傳播系數(shù)的實(shí)部和虛部，這些參數(shù)僅在Thin Plane中可用；
涂層Coating的定義就先到這，回到定義材料界面，剛才說到的是Type中PEC的設(shè)置，現(xiàn)在說Type Normal的設(shè)置。這時(shí)候下方Epslon和Mu為相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率。
如果用BH曲線定義非線性的材料性質(zhì)，則Mu值就會(huì)變成灰色被忽略。
然后是Type Anisotropic各向異性設(shè)置，三個(gè)方向分量給定就行。
Type Lossy metal有損金屬設(shè)置：可以理解為計(jì)集膚效應(yīng)的金屬，
這里輸入電導(dǎo)率、相對(duì)磁導(dǎo)率、還有表面粗糙度。
導(dǎo)體表面粗糙度的影響改變了傳統(tǒng)集膚效應(yīng)的計(jì)算方法，并可能對(duì)損耗產(chǎn)生顯著的影響。表面高度一般根據(jù)方差正態(tài)分布建模。
Type Lossy metal temp. dep.溫度相關(guān)有損金屬類型設(shè)置，即考慮溫度影響電導(dǎo)率：
Type Corrugated wall波紋壁:
波紋壁是具有一定深度、間隙寬度和小齒寬的周期性重復(fù)的矩形波紋的平面。
如果按照實(shí)際建模，網(wǎng)格最終會(huì)有非常多的網(wǎng)格單元來代表所有的細(xì)節(jié)。在許多情況下，如計(jì)算s參數(shù)，波紋本身內(nèi)場(chǎng)我們并不感興趣。用相同宏觀性能的合適材料來代替真正的波紋就足夠了。就像有損耗金屬的表面阻抗一樣。
Corrugated wall波紋壁僅適用于瞬態(tài)解算器和四面體頻域求解。
設(shè)置需要定義如下參數(shù)：Corrugation depth波紋深度，gap width間隙寬度，tooth width齒寬：
Type Ohmic sheet歐姆面片：
用于瞬態(tài)解算器、四面體頻域和積分方程解算器。
設(shè)置參數(shù)Resistance 電阻/ Reactance電抗/ Reference freq參考頻率:薄片的復(fù)阻抗和測(cè)量阻抗的參考頻率。單位是歐姆，在這里使用時(shí)可以理解為“每平方歐姆-Ohm/sq”。“每平方”指的是在材料樣品上施加直流電壓的測(cè)量壞境，材料樣品的橫截面是一個(gè)平方。若參考頻率為缺省，則自動(dòng)假定頻率求解器設(shè)置頻率范圍的中心值。
TLM求解器中歐姆面片模型是不可穿透的----磁場(chǎng)在表面的一邊不能通過到另一邊。即使對(duì)于一個(gè)無限小的物體，對(duì)每一側(cè)場(chǎng)的兩個(gè)阻抗也是獨(dú)立的。例如，考慮一個(gè)5×5mm的無限薄的板，設(shè)置為250Ohm/sq。瞬態(tài)解算器中等效為從一個(gè)邊到另一個(gè)邊總電阻為250歐姆，TLM解算器中等效為兩個(gè)250歐姆并聯(lián)，橫跨則為125歐姆的總阻抗。
Surface impedance (table)表格形式的表面阻抗：
表面阻抗與物體表面上的切向電場(chǎng)和磁場(chǎng)有關(guān)。磁場(chǎng)在物體內(nèi)部的影響可用物體表面的等效電流來描述。
表面阻抗模型以表的形式給出，就是設(shè)置其電阻和電抗隨頻率變化。
Frequency/Resistance/Reactance/Weight:
通過在不同頻率點(diǎn)設(shè)置幾個(gè)值來定義具體電阻和電抗。此外，為每個(gè)頻率分配一個(gè)權(quán)重(值大于或等于0)，以引導(dǎo)插值算法，減少與給定頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的誤差。
Max order:指定允許的最大模型階數(shù)。在不滿足誤差收斂準(zhǔn)則的情況下，最優(yōu)擬合模型的計(jì)算直至最大階。增加模型階數(shù)可以提高計(jì)算精度，但會(huì)增加內(nèi)存消耗和計(jì)算時(shí)間。
Used order:顯示插值算法提供的有效模型順序。
Error limit:誤差控制，在尋找最佳擬合模型時(shí)指定誤差停止規(guī)則。誤差對(duì)應(yīng)于(復(fù))阻抗值和擬合曲線之間的均方根誤差(也稱為L(zhǎng)2范數(shù))。Errorlimit可以解釋為在測(cè)量實(shí)際材料性能時(shí)的“誤差”或“不準(zhǔn)確度”。
Error:顯示得到的擬合誤差，即(復(fù))阻抗值與擬合曲線之間的均方根誤差。
Use data in frequency range:允許擬合算法僅使用位于用戶定義的“頻率范圍設(shè)置”內(nèi)的頻率數(shù)據(jù)點(diǎn)。激活此復(fù)選框能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)擬合，提高精度同時(shí)會(huì)增加計(jì)算量和內(nèi)存消耗，取決于輸入的材料數(shù)據(jù)是否足夠。
Transparentsheets:打勾代表sheet兩側(cè)的電場(chǎng)相同;不打勾代表sheet的正面和背面之間不會(huì)有任何直接的耦合。積分求解器會(huì)默認(rèn)當(dāng)作打勾的。
Thin panel薄面：
這是一種由一個(gè)或多個(gè)層的材料組成的薄面，并通過設(shè)置每個(gè)組成層的厚度和材料來定義。他和“l(fā)ossy metal有損金屬”的不同是電磁場(chǎng)可以穿過Thin Plane薄面。
Thin Plane模型是一維的：他能表示法向面的反射和透射，但不能計(jì)算表面或?qū)娱g傳播的電磁場(chǎng)。
只有由無厚度的由面組成的物體才應(yīng)設(shè)置為Thin Plane。將面的實(shí)際厚度作為電參數(shù)(介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率等)。
由不對(duì)稱分層夾層構(gòu)成的Thin Plane材料只能附著在兩個(gè)不同面的實(shí)體上。必須通過在物體表面的任何一點(diǎn)上加一個(gè)局部坐標(biāo)來區(qū)分物體的各個(gè)面，局部坐標(biāo)的w矢量從“背面”(第一層)指向“前方”(最后一層)。
適用于Thin Plane的應(yīng)用包括汽車上的碳纖維面板、金屬濺射的電介質(zhì)體表面，以及喇叭和天線上的天線罩。如果要忽略場(chǎng)對(duì)面的穿透，那么應(yīng)該使用金屬片代替。
TLM求解器常用Thin Plane材料，允許設(shè)置普通、各向異性或絲網(wǎng)類型的層。還可以定義每一層相對(duì)于其他層的旋轉(zhuǎn)角度。
瞬態(tài)解算器只允許正常類型的層或具有各向同性孔形(即圓形或矩形排列)的絲網(wǎng)類型。每一層相對(duì)于其他層的旋轉(zhuǎn)角度必須為0。層結(jié)構(gòu)必須對(duì)兩個(gè)端口是對(duì)稱的。
點(diǎn)開Layers按鈕，將打開如下對(duì)話框定義層。可以直接指定其S參數(shù)作為頻率的函數(shù)。
Perforations穿孔材料：
一般為鋼絲網(wǎng)或通風(fēng)材料。金屬絲網(wǎng)是一種典型的用于電磁屏蔽的材料，通常以層壓結(jié)構(gòu)夾在其他材料之間。
穿孔材料只能應(yīng)用于sheet對(duì)象，但不是直接用的。必須首先創(chuàng)建穿孔材料，然后將其作為Thin plane薄板材料附著層，然后再附著在sheet對(duì)象上。
有三種類型的穿孔材料：絲網(wǎng)wire mesh或開放式孔vent open area或間距式孔Vent pitch。需要設(shè)置電導(dǎo)率、厚度、寬度。
絲網(wǎng)wire mesh：
Mesh properties設(shè)置中：指定鋼絲網(wǎng)孔的幾何屬性。
HoleShape孔的形狀:分別是菱形，矩形對(duì)齊，矩形交錯(cuò)，圓形。
Holes per unit length X（Y） dir X和Y方向孔的數(shù)量。
如果孔的形狀是菱形或矩形交錯(cuò)，或者X、Y方向上的孔數(shù)不同，金屬網(wǎng)則為各向異性。X、Y遵循局部坐標(biāo)的設(shè)置。
開放式孔vent open area：
空面積比Free area ratio:0到1之間的數(shù)字，指是被孔的整個(gè)面積的比例。求解器不考慮孔洞排列的模式——無論是在矩形還是交錯(cuò)排列。此選項(xiàng)僅適用于vent open area。
對(duì)于不同種類排布，算法略有不同，如下：
Vent pitch孔間距:指定孔與孔之間的中心距離。
間距式孔Vent pitch的區(qū)別就是不用面積比來區(qū)分占比而是用pitch節(jié)距來表示。
Shielded cable屏蔽電纜: :屏蔽電纜廣泛應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用中，以抑制相鄰導(dǎo)線之間不必要的串?dāng)_效應(yīng)。典型的屏蔽電纜就是同軸電纜。只有細(xì)線才能穿這種材料。只有TLM求解器支持使用。
圖中各個(gè)設(shè)置含義為：
Braid diameter編織直徑:設(shè)定材料的編織直徑。編織直徑應(yīng)始終大于內(nèi)線直徑。
Inner wire diameter內(nèi)徑:對(duì)材料內(nèi)徑的設(shè)定。
Inner wire resistance內(nèi)線電阻:對(duì)材料內(nèi)線電阻的設(shè)置。
Relative permittivity相對(duì)介電常數(shù):設(shè)置材料的相對(duì)介電常數(shù)。
Dielectric conductivity電導(dǎo)率:設(shè)置材料的電導(dǎo)率。
Transfer impedance： 測(cè)量屏蔽效果的一個(gè)方法是通過傳遞電阻和傳遞電感來確定傳遞阻抗值。
Resistance電阻：材料電阻的設(shè)置。
Inductance電感:對(duì)材料的電感進(jìn)行設(shè)置。
Temp. dependent溫度關(guān)聯(lián)材料特性：
顧名思義就是和溫度相關(guān)的材料特性，定義相對(duì)介電常數(shù)、相對(duì)磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率VS溫度的關(guān)系。例如，銅的電導(dǎo)率與溫度的近似關(guān)系如下圖所示:：
在界面中類似如下定義方法即可：
最上方Temperature field中可選import field和automatic。Import是導(dǎo)入一個(gè)已知的溫度project的溫度分布，automatic則為默認(rèn)的初始化狀態(tài)。
Temperature dependency中選擇具體是哪個(gè)屬性和溫度相關(guān)，比如這里選擇的是電導(dǎo)率，其他沒定義的就認(rèn)為和溫度無關(guān)特性了。
所有能設(shè)置的general頁中材料TYPE這里介紹完了，下回介紹基本物理屬性：
