专利名称：一种超材料单元结构电磁特性测量方法和装置的制作方法
ー种超材料单元结构电磁特性测量方法和装置
技术领域：
本发明涉及超材料领域，特别涉及ー种超材料单元结构电磁特性方法和装置。背景技木超材料，又 叫人工电磁材料，超材料技术是ー个前沿性交叉科技，其涉及的技术领域包括了电磁、微波、太赫兹、光子、先进的工程设计体系、通信、半导体等范畴。超材料是在普通材料的基板上附着金属的人造微结构制成的，也可以看做是由ー个个超材料単元结构构成，每个单元结构包括一个单元的基板和附着在该单元基板上的ー个人造微结构。超材料技术的核心思想就是利用复杂的人造微结构设计与加工实现对电磁场或者声纳进行响应。超材料结构单元的电磁特性测量与相应的数据存储方法是人工电磁材料设计是在整个エ业过程中不可或缺的ー个重要环节。由于超材料单元结构的电磁响应过程复杂，且实验设计采样点有限，故传统參数模型难以拟合其电磁响应函数，无法实现精确的建摸，造成了超材料自动化设计的瓶颈。目前人工电磁材料领域尚缺乏标准化的电磁响应测量与标准化的測量数据存储方法,阻碍了人工电磁材料的大規模设计和产业化应用。针对人工电磁材料标准化的电磁特性測量与相应的数据存储方法是目前国际上ー个亟需解决的难题。
发明内容本发明针对现有的人工电磁材料领域尚缺乏标准化的电磁响应测量与測量数据存储方法，提供了ー种超材料单元结构电磁特性測量方法，単元结构由ー组几何參数来定义，方法包括以下步骤SI :预设几何參数的数值范围；S2 :在预设的数值范围内，选择多个试验点，姆个试验点包括ー组几何參数；S3 :获取各个试验点对应的单元结构的电磁响应特性数据，电磁响应特性数据由多个离散的数据点构成；S4 连接各个试验点所对应的电磁响应特性数据,得到各个试验点的初始电磁响应曲线；S5 :对初始电磁响应曲线进行平滑处理得到最终电磁响应曲线。在本发明的超材料单元结构电磁特性測量方法中，步骤S2是通过试验设计原理实现的。在本发明的超材料单元结构电磁特性測量方法中，步骤S3使用CST仿真实现的。在本发明的超材料单元结构电磁特性測量方法中，步骤S5后还包括步骤S6 :选定用于描述各单元结构的最终电磁响应曲线的參数模型。在本发明的超材料单元结构电磁特性测量方法中，单元结构为非谐振结构，參数模型为针对非谐振结构的样条回归模型。
在本发明的超材料单元结构电磁特性測量方法中，步骤S6后还包括步骤S7 :使用随机优化算法估计出样条回归模型的最优模型參数，该最优模型參数用向量表示。在本发明的超材料单元结构电磁特性测量方法中，随机优化算法为遗传算法、粒子群优化算法。在本发明的超材料单元结构电磁特性測量方法中，在步骤S7后，还包括步骤S8 设计ー个存储结构来存储ー个试验点的数据，该数据包括电磁仿真物理条件向量Q、单元结构信息T、单元结构的几何參数G、电磁响应特性数据D、參数模型M和最优模型參数θ 0，该存储结构为(G，Q，T，D，Μ，Θ 0)。在本发明的超材料单元结构电磁特性测量方法中，电磁仿真的物理条件包括介电常数、介电损耗、温度，电磁仿真边界条件。本发明还涉及ー种超材料单元结构电磁特性的測量装置，其中単元结构由ー组几 何參数来定义，包括以下模块预设參数范围模块用于预设几何參数的数值范围；试验点选定模块用于在预设的数值范围内，选择多个试验点，每个试验点包括一组用于描述单元结构的几何參数；获取离散数据模块用于获取各个试验点对应的单元结构的电磁响应特性数据，其中，电磁响应特性数据由多个离散的数据点构成；获取初始响应曲线模块用于连接各个试验点所对应的电磁响应特性数据，得到各个试验点的初始电磁响应曲线；获取最终响应曲线模块用于对初始电磁响应曲线进行平滑处理得到最終电磁响应曲线。进ー步的，本发明超材料単元结构的电磁特性的測量装置还包括參数模型选定模块，用于选定描述各单元结构的最終电磁响应曲线的參数模型。进ー步的，本发明超材料単元结构的电磁特性的測量装置还包括获取最优模型參数模块，用于使用随机优化算法估计出样条回归模型的最优模型參数，其中，最优模型參数用向量表示。进ー步的，本发明超材料単元结构的电磁特性的測量装置还包括数据存储模块，用于存储各个试验点的数据，该数据包括电磁仿真物理条件向量Q、单元结构信息T、单元结构的几何參数G、电磁响应特性数据D、參数模型M和最优模型參数θ 0,该存储结构为(G，Q，T，D，Μ, θ0)ο本发明针对现有技术的不足，提供了ー种标准化电磁响应测量更提供了一种测量数据的存储方法，大大促进了结构单元的大規模自动化设计。
图I为本发明对超材料单元结构电磁特性測量方法的流程图；图2为本发明的实施例中超材料单元结构中“エ”字型超材料单元结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。參见图I,图I所示的超材料单元结构电磁特性测量方法,单元结构由ー组几何參数来定义，方法包括以下步骤SI :预设几何參数的数值范围；选定单元结构的几何參数，并预设合理的取值范围，如图2所示，例如“エ”字型人造微结构的几何參数用向量G表示，G = [a, b，w];分别取a，b，w三个參数数值范围为[1,4], [1,3], [O. 1，0. 2]，且各參数对应的采样本点个数分别为4，3，2，各个取值分别如表
一所示。S2 :在预设的数值范围内，选择多个试验点，姆个试验点包括ー组几何參数；进ー步的,在步骤S2中，是通过试验设计原理实现的。由上述样例可生成正交表 如下表一
试验点序号a bw
1II0.1
2II0.2
3I 20.1
4I 20.2
5I 30.1
6I 30.2
72 I0.1
82 I0.29220.1 10 2 2 0.2 112 30.1
122 30.2
133I0.1
143I0.2
153 20.1
163 20.2
173 30.1
183 30.权利要求
1.一种超材料单元结构电磁特性测量方法,所述单元结构由一组几何参数来定义,其特征在于，所述方法包括以下步骤 Si:预设所述几何参数的数值范围； 52:在预设的数值范围内，选择多个试验点,每个试验点包括一组几何参数； 53:获取各个试验点对应的超材料单元结构的电磁响应特性数据，所述电磁响应特性数据由多个离散的数据点构成； 54连接所述各个试验点所对应的电磁响应特性数据,得到各个试验点的初始电磁响应曲线； 55:对所述初始电磁响应曲线进行平滑处理得到最终电磁响应曲线。
2.根据权利要求I所述的超材料单元结构电磁特性测量方法，其特征在于，所述步骤S2是通过试验设计原理实现的。
3.根据权利要求I所述的超材料单元结构电磁特性测量方法，其特征在于，所述步骤S3使用CST仿真实现。
4.根据权利要求I所述的超材料单元结构电磁特性测量方法，其特征在于，所述步骤S5后还包括步骤S6 :选定用于描述所述各单元结构的最终电磁响应曲线的参数模型。
5.根据权利要求4所述的超材料单元结构电磁特性测量方法，其特征在于，所述单元结构为非谐振结构，所述参数模型为针对所述非谐振结构的样条回归模型。
6.根据权利要求5所述的超材料单元结构电磁特性测量方法，其特征在于，所述步骤S6后还包括步骤S7 :使用随机优化算法估计出所述样条回归模型的最优模型参数，所述最优模型参数用向量表示。
7.根据权利要求6所述的超材料单元结构电磁特性测量方法，其特征在于，所述随机优化算法为遗传算法、粒子群优化算法。
8.根据权利要求6所述的超材料单元结构电磁特性测量方法，其特征在于，在所述步骤S7后，还包括步骤S8 设计一个存储结构来存储一个试验点的数据，所述数据包括电磁仿真物理条件向量Q、单元结构信息T、单元结构的几何参数G、电磁响应特性数据D、参数模型M和最优模型参数0 C1，所述存储结构为(G，Q，T，D，M, 9 C1)，其中，所述电磁仿真物理条件包括介电常数、介电损耗、温度和电磁仿真边界条件中的一个或多个。
9.一种超材料单元结构电磁特性测量装置，用于实现权利要求I所述方法，其中单元结构由一组几何参数来定义，其特征在于，所述装置包括 预设参数范围模块用于预设所述几何参数的数值范围； 试验点选定模块用于在所述预设的数值范围内，选择多个试验点，每个试验点包括一组用于描述所述单元结构的几何参数； 获取离散数据模块用于获取所述各个试验点对应的单元结构的电磁响应特性数据，所述电磁响应特性数据由多个离散的数据点构成； 获取初始响应曲线模块用于连接所述各个试验点所对应的电磁响应特性数据，得到各个试验点的初始电磁响应曲线； 获取最终响应曲线模块用于对所述初始电磁响应曲线进行平滑处理得到最终电磁响应曲线。
10.根据权利要求9所述的超材料单元结构的电磁特性的测量装置，其特征在于，所述装置中还包括参数模型选定模块、最优模型参数模块和数据存储模块，其中 参数模型选定模块，用于选定描述所述各单元结构的最终电磁响应曲线的参数模型；获取最优模型参数模块，用于使用随机优化算法估计出所述样条回归模型的最优模型参数，所述最优模型参数用向量表示； 数据存储模块，用于存储各个试验点的数据，所述数据包括电磁仿真物理条件向量Q、单元结构信息T、单元结构的几何参数G、电磁响应特性数据D、参数模型M和最优模型参数9 0，所述存储结构为(G，Q，T，D，M，0 0)。
全文摘要
本发明提供一种超材料单元结构电磁特性测量方法，其中单元结构由一组几何参数来定义，方法包括以下步骤S1预设几何参数的数值范围；S2在预设的数值范围内，选择多个试验点，每个试验点包括一组几何参数；S3获取各个试验点对应单元结构的电磁响应特性数据；S4连接各个试验点所对应的电磁响应特性数据，得初始响应曲线；S5对初始响应曲线进行平滑处理得到最终响应曲线。本发明还提供一种超材料单元结构电磁特性测量装置实现上述方法，大大促进了单元结构的大规模自动化设计。本发明常运用于超材料领域。
文档编号G01R29/08GK102680801SQ20111006650
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者刘斌, 刘若鹏, 栾琳, 赵治亚 申请人:深圳光启创新技术有限公司, 深圳光启高等理工研究院