Feixes de vórtice são ondas eletromagnéticas com frente de onda helicoidal, caracterizadas por uma distribuição de fase que gira em torno do eixo de propagação, transportando momento angular orbital (OAM). Essa propriedade os torna relevantes em aplicações como comunicações, radar e óptica.

Preparação do Software CST

CST (Computer Simulation Technology) é uma ferramenta de simulação eletromagnética avançada. Antes de iniciar a simulação, é necessário ter o software instalado e familiaridade com sua interface operacional.

Passos de Simulação com Exemplos de Código

1. Criação do Modelo

Para gerar um feixe de vórtice, utiliza-se um array de antenas. O código a seguir demonstra a configuração geométrica do array:

# Parâmetros do array
num_elements = 8  # Quantidade de elementos
array_radius = 0.1  # Raio em metros
oper_freq = 10e9  # Frequência de operação em Hz

# Construção do array circular
for idx in range(num_elements):
    angle_step = (2 * math.pi * idx) / num_elements
    coord_x = array_radius * math.cos(angle_step)
    coord_y = array_radius * math.sin(angle_step)
    coord_z = 0
    build_element(coord_x, coord_y, coord_z, oper_freq)

Neste trecho, o loop calcula as coordenadas de cada elemento em uma disposição circular. A função build_element representa os comandos do CST para adicionar unidades de antena no modelo.

2. Configuração da Excitação

O modo OAM é controlado pela fase de excitação de cada elemento. A fase é definida com base no número do modo:

# Modo OAM desejado
oam_number = 1

# Atribuição de fases
for k in range(num_elements):
    phase_val = oam_number * (2 * math.pi * k / num_elements)
    excite_element(k, phase_val)

A variável oam_number determina a rotação do feixe. A função excite_element aplica a fase caluclada ao respectivo elemento no CST.

3. Definição dos Parâmetros de Simulação

Configura-se o tempo de simulação e as condições de contorno:

# Tempo total da simulação
sim_time = 1e-9  # Em segundos

# Condições de contorno
set_boundary_condition("open")

# Início da simulação
execute_simulation(sim_time)

O tempo de simulação deve ser ajustado conforme a necessidade, e a condição "open" simula o espaço livre.

Análise dos Resultados

Após a execução, é possível inspecionar a distribuição de campo elétrico no CST. A verificação do feixe de vórtice é feita observando a fase no campo distante; uma variação helicoidal confirma a presença do OAM.