专利名称：一种人工电磁材料试验点的选取方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及人工电磁材料领域，尤其涉及一种人工电磁材料试验点的选取方法及
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背景技术：
人工电磁材料也称为超材料，是一种能够对电磁波产生响应的人工合成材料，由基板和附着在基板上的人造微结构组成，由于人造微结构通常是由导电材料排布成的具有一定几何图案的结构，因此能够对电磁波产生响应，从而使超材料整体体现出不同于基板的电磁特性。试验点选取是人工电磁材料自动化设计过程中不可或缺的一个重要环节。目前对人工电磁材料的研究和设计尚停留在使用正交实验设计选点的阶段，但对于高度非线性的电磁响应特征，使用正交实验设计选点方法将造成很大的估计误差，阻碍了人工电磁材料的大规模设计和产业化应用。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种人工电磁材料试验点的选取方法及装置，所选取的试验点能很好还原人工电磁材料的电磁响应的空间特性。具体的，本发明实施例提供一种人工电磁材料试验点的选取方法，包括:
通过正交实验设计确定 出人工电磁材料初始试验点；
基于所述确定出的初始试验点初步确定人工电磁材料的折射率分布图，该分布图的X轴和Y轴为所述初始试验点确定出的水平轴，Z轴为折射率所在轴；
当Y轴选取不同数值时，分别通过对所述确定出的折射率分布图中与Y轴所取数值对应的X轴及Z轴的初始试验点进行三次样条插值，得到折射率分布曲线；
选出每条所述折射率分布曲线中的最大折射率和最小折射率，在最大折射率和最小折射率之间确定折射率采样点，并基于所述折射率采样点和对应的折射率分布曲线映射出X轴上的目标试验点。较佳的，所述基于所述确定出的初始试验点初步确定人工电磁材料的折射率分布图，包括:
通过所述确定出的初始试验点及电磁仿真软件初步确定人工电磁材料的折射率分布图。较佳的，所述Y轴的数值为离散型数值。较佳的，所述折射率采样点为均匀采样点或非均匀采样点。较佳的，所述目标试验点的个数大于等于所述初始试验点。相应的，本发明实施例提供的一种人工电磁材料试验点的选取装置，包括:
正交选点模块，用于通过正交实验设计确定出人工电磁材料初始试验点；
折射率分布确定模块，用于基于所述确定出的初始试验点初步确定人工电磁材料的折射率分布图，该分布图的X轴和Y轴为所述初始试验点确定出的水平轴，Z轴为折射率所在轴；
插值模块，当Y轴选取不同数值时，分别通过对所述确定出的折射率分布图中与Y轴所取数值对应的X轴及Z轴的初始试验点进行三次样条插值，得到折射率分布曲线；
目标试验点获取模块，用于选出每条所述折射率分布曲线中的最大折射率和最小折射率，在最大折射率和最小折射率之间确定折射率采样点，并基于所述折射率采样点和对应的折射率分布曲线映射出X轴上的目标试验点。较佳的，所述折射率分布确定模块包括一仿真模块，所述仿真模块通过所述确定出的初始试验点及电磁仿真软件初步确定人工电磁材料的折射率分布图。较佳的，所述Y轴的数值为离散型数值。较佳的，所述折射率采样点为均匀采样点或非均匀采样点。较佳的，所述目标试验点的个数大于等于所述初始试验点。实施本发明实施例，具有如下有益效果:
本发明实施例首先通过正交实验设计选择初始试验点，并在此基础上通过三次样条插值确定折射率的分布曲线，然后根据所述折射率分布曲线及采样折射率反推目标试验点，由于是基于采样折射率获取的目标试验点，因此，获取的目标试验点能很好还原人工电磁材料的电磁响应的空间特性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明的人工电磁材料试验点的选取方法的流程示意 图2是本发明的人工电磁材料试验点的选取装置的结构组成示意图。图3是依据本发明实施例得到的人工电磁材料的折射率分布图的一实施例示意 图4是沿图3中的Z轴所在维度所观察到的折射率分布示意 图5是依据本发明实施例处理得到目标试验点后得到的人工电磁材料的折射率分布图的一实施例示意 图6是沿图5中的Z轴所在维度所观察到的折射率分布示意具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图1是本发明的人工电磁材料试验点的选取方法的流程示意图。如图1所示，本发明的人工电磁材料试验点的选取方法包括: 步骤S110，通过正交实验设计确定出人工电磁材料初始试验点。正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。本发明实施例通过正交试验设计为人工电磁材料选取初始试验点。步骤S111，基于所述确定出的初始试验点初步确定人工电磁材料的折射率分布图，该分布图的X轴和Y轴为所述初始试验点确定出的水平轴，Z轴为折射率所在轴。具体实现中，在步骤Slll可通过所述确定出的试验点及电磁仿真软件初步确定人工电磁材料的折射率分布图。步骤S112，当Y轴选取不同数值时，分别通过对所述确定出的折射率分布图中与Y轴所取数值对应的X轴及Z轴的初始试验点进行三次样条插值，得到折射率分布曲线。三次样条插值(简称Spline插值)是通过一系列形值点的一条光滑曲线，数学上通过求解三弯矩方程组得出曲线函数组的过程。步骤S113，选出每条所述折射率分布曲线中的最大折射率和最小折射率，在最大折射率和最小折射率之间确定折射率采样点，并基于所述折射率采样点和对应的折射率分布曲线映射出X轴上的目标试验点。具体实现中，所述折射率采样点为均匀采样点或非均匀采样点。具体实现中，所述目标试验点的个数大于等于所述初始试验点。相应的，图2是本发明的人工电磁材料试验点的选取装置的结构组成示意图。其可用于执行图1所示的方法，如图2所示，本发明实施例提供的人工电磁材料试验点的选取装置包括:正交选点模块21、折射率分布确定模块22、插值模块23以及目标试验点获取模块24，其中:
所述正交选点模块21用于通过正交实验设计确定出人工电磁材料初始试验点。具体实现中，正交选点模块21可根据期望的电磁材料电磁响应的空间特性通过正交实验设计确定能拟合折射率曲线的一个比较合适的试验点数。所述折射率分布确定模块22用于基于所述确定出的初始试验点初步确定人工电磁材料的折射率分布图，该分布图的X轴和Y轴为所述初始试验点确定出的水平轴，Z轴为折射率所在轴。如图2所示，本实施例中折射率分布确定模块22包括一仿真模块221，所述仿真模块221通过所述确定出的试验点及电磁仿真软件初步确定人工电磁材料的折射率分布图。当然具体实现中，折射率分布确定模块22也可包括其他可确定出折射率分布的软硬件处理模块。具体实现中，折射率分布确定模块22确定出的分布图中的Y轴的取值为离散值。所述插值模块23用于当Y轴选取不同数值时，分别通过对所述确定出的折射率分布图中与Y轴所取数值对应的X轴及Z轴的初始试验点进行三次样条插值，得到折射率分布曲线。三次样条插值(简称Spline插值)是通过一系列形值点的一条光滑曲线，数学上通过求解三弯矩方程组得出曲线函数组的过程。所述目标试验点获取模块24用于选出每条所述折射率分布曲线中的最大折射率和最小折射率，在最大折射率和最小折射率之间确定折射率采样点，并基于所述折射率采样点和对应的折射率分布曲线映射出X轴上的目标试验点。所述折射率采样点为均匀采样点或非均匀采样点。具体实现中，目标试验点获取模块24计算出的目标试验点的个数大于等于所述初始试验点。下面结合图3-图6所示的一个具体实例，对本发明的实施例进一步进行详细说明。在该实施例中，首先通过正交实验设计确定能拟合曲线的一个比较合适的试验点数为82点。然后基于所述确定出的82初始试验点初步确定人工电磁材料的折射率分布图如图3所示。在图3中，X轴的取值范围为0-3，Y轴的取值范围为0-0.8，且所述Y轴的取值为
0,0.2,0.4,0.8 等离散值。图 4 中则是当 Y 轴取离散的 0、0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3、
0.35,0.4,0.45,0.5的数值时，沿图3中的Z轴所在维度所观察到的折射率分布示意图。由图4观察可知，此时获取的折射率的分布不太均匀。因此，本发明在通过初始试验点确定折射率分布图之后，继续如下操作:当Y轴选取不同数值时，分别通过对所述确定出的折射率分布图中与Y轴所取数值对应的X轴及Z轴的初始试验点进行三次样条插值，得到折射率分布曲线；选出每条所述折射率分布曲线中的最大折射率和最小折射率，在最大折射率和最小折射率之间确定折射率采样点，并基于所述折射率采样点和对应的折射率分布曲线映射出X轴上的目标试验点。进而可得到图5所示的基于目标试验点仿真的人工电磁材料的折射率分布示意图以及图6所示的延图5中Z轴所在维度所观察到的折射率分布示意图。如图6所示，经过本发明实施例的方法选取的试验点所仿真出的折射率的分布比较均匀。本发明实施例首先通过正交实验设计选择初始试验点，并在此基础上通过三次样条插值确定折射率的分布曲线，然后根据所述折射率分布曲线及采样折射率反推目标试验点，由于是基于采样折射率获取的目标试验点，因此，获取的目标试验点能很好还原人工电磁材料的电磁响应的空间特性。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory, RAM)等。以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.一种人工电磁材料试验点的选取方法，其特征在于，包括: 通过正交实验设计确定出人工电磁材料初始试验点； 基于所述确定出的初始试验点初步确定人工电磁材料的折射率分布图，该分布图的X轴和Y轴为所述初始试验点确定出的水平轴，Z轴为折射率所在轴； 当Y轴选取不同数值时，分别通过对所述确定出的折射率分布图中与Y轴所取数值对应的X轴及Z轴的初始试验点进行三次样条插值，得到折射率分布曲线； 选出每条所述折射率分布曲线中的最大折射率和最小折射率，在最大折射率和最小折射率之间确定折射率采样点，并基于所述折射率采样点和对应的折射率分布曲线映射出X轴上的目标试验点。
2.如权利要求1所述的人工电磁材料试验点的选取方法，其特征在于，所述基于所述确定出的初始试验点初步确定人工电磁材料的折射率分布图，包括: 通过所述确定出的初始试验点及电磁仿真软件初步确定人工电磁材料的折射率分布图。
3.如权利要求1所述的人工电磁材料试验点的选取方法，其特征在于，所述Y轴的数值为离散型数值。
4.如权利要求1所述的人工电磁材料试验点的选取方法，其特征在于，所述折射率采样点为均匀采样点或非均匀采样点。
5.如权利要求1所述的人工电磁材料试验点的选取方法，其特征在于，所述目标试验点的个数大于等于所述初始试验点。
6.一种人工电磁材料试验点的选取装置，其特征在于，包括: 正交选点模块，用于通过正交实验设计确定出人工电磁材料初始试验点； 折射率分布确定模块，用于基于所述确定出的初始试验点初步确定人工电磁材料的折射率分布图，该分布图的X轴和Y轴为所述初始试验点确定出的水平轴，Z轴为折射率所在轴； 插值模块，当Y轴选取不同数值时，分别通过对所述确定出的折射率分布图中与Y轴所取数值对应的X轴及Z轴的初始试验点进行三次样条插值，得到折射率分布曲线； 目标试验点获取模块，用于选出每条所述折射率分布曲线中的最大折射率和最小折射率，在最大折射率和最小折射率之间确定折射率采样点，并基于所述折射率采样点和对应的折射率分布曲线映射出X轴上的目标试验点。
7.如权利要求6所述的人工电磁材料试验点的选取装置，其特征在于，所述折射率分布确定模块包括一仿真模块，所述仿真模块通过所述确定出的初始试验点及电磁仿真软件初步确定人工电磁材料的折射率分布图。
8.如权利要求6所述的人工电磁材料试验点的选取装置，其特征在于，所述Y轴的数值为离散型数值。
9.如权利要求6所述的人工电磁材料试验点的选取装置，其特征在于，所述折射率采样点为均匀采样点或非均匀采样点。
10.如权利要求6所述的人工电磁材料试验点的选取装置，其特征在于，所述目标试验点的个数大于等于所述初始试验点。
全文摘要
本发明实施例公开了一种人工电磁材料试验点的选取方法及装置，所述方法包括通过正交实验设计确定出人工电磁材料初始试验点；基于初始试验点初步确定人工电磁材料的折射率分布图，该图的X轴和Y轴为初始试验点确定出的水平轴，Z轴为折射率所在轴；当Y轴选取不同数值时，分别通过对确定出的折射率分布图中与Y轴所取数值对应的X轴及Z轴的初始试验点进行三次样条插值，得到折射率分布曲线；选出每条折射率分布曲线中的最大折射率和最小折射率，在最大折射率和最小折射率之间确定折射率采样点，并基于折射率采样点和对应的折射率分布曲线映射出X轴上的目标试验点。采用本发明，所选取的试验点能很好还原人工电磁材料的电磁响应的空间特性。
文档编号G01R31/00GK103185840SQ20111044337
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者刘若鹏, 李春来, 刘斌, 陈智伟 申请人:深圳光启高等理工研究院