專利名稱：一種超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法和裝置的制作方法
ー種超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，特別涉及ー種超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性方法和裝置。背景技木超材料，又 叫人工電磁材料，超材料技術(shù)是ー個(gè)前沿性交叉科技，其涉及的技術(shù)領(lǐng)域包括了電磁、微波、太赫茲、光子、先進(jìn)的工程設(shè)計(jì)體系、通信、半導(dǎo)體等范疇。超材料是在普通材料的基板上附著金屬的人造微結(jié)構(gòu)制成的，也可以看做是由ー個(gè)個(gè)超材料単元結(jié)構(gòu)構(gòu)成，每個(gè)單元結(jié)構(gòu)包括一個(gè)單元的基板和附著在該單元基板上的ー個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。超材料技術(shù)的核心思想就是利用復(fù)雜的人造微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁場(chǎng)或者聲納進(jìn)行響應(yīng)。超材料結(jié)構(gòu)單元的電磁特性測(cè)量與相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法是人工電磁材料設(shè)計(jì)是在整個(gè)エ業(yè)過程中不可或缺的ー個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于超材料單元結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)過程復(fù)雜，且實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)有限，故傳統(tǒng)參數(shù)模型難以擬合其電磁響應(yīng)函數(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確的建摸，造成了超材料自動(dòng)化設(shè)計(jì)的瓶頸。目前人工電磁材料領(lǐng)域尚缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的電磁響應(yīng)測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法,阻礙了人工電磁材料的大規(guī)模設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。針對(duì)人工電磁材料標(biāo)準(zhǔn)化的電磁特性測(cè)量與相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法是目前國(guó)際上ー個(gè)亟需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的人工電磁材料領(lǐng)域尚缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的電磁響應(yīng)測(cè)量與測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法，提供了ー種超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法，単元結(jié)構(gòu)由ー組幾何參數(shù)來(lái)定義，方法包括以下步驟SI :預(yù)設(shè)幾何參數(shù)的數(shù)值范圍；S2 :在預(yù)設(shè)的數(shù)值范圍內(nèi)，選擇多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，姆個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)包括ー組幾何參數(shù)；S3 :獲取各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的單元結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)由多個(gè)離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成；S4 連接各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù),得到各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的初始電磁響應(yīng)曲線；S5 :對(duì)初始電磁響應(yīng)曲線進(jìn)行平滑處理得到最終電磁響應(yīng)曲線。在本發(fā)明的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法中，步驟S2是通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理實(shí)現(xiàn)的。在本發(fā)明的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法中，步驟S3使用CST仿真實(shí)現(xiàn)的。在本發(fā)明的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法中，步驟S5后還包括步驟S6 :選定用于描述各單元結(jié)構(gòu)的最終電磁響應(yīng)曲線的參數(shù)模型。在本發(fā)明的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法中，單元結(jié)構(gòu)為非諧振結(jié)構(gòu)，參數(shù)模型為針對(duì)非諧振結(jié)構(gòu)的樣條回歸模型。
在本發(fā)明的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法中，步驟S6后還包括步驟S7 :使用隨機(jī)優(yōu)化算法估計(jì)出樣條回歸模型的最優(yōu)模型參數(shù)，該最優(yōu)模型參數(shù)用向量表示。在本發(fā)明的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法中，隨機(jī)優(yōu)化算法為遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法。在本發(fā)明的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法中，在步驟S7后，還包括步驟S8 設(shè)計(jì)ー個(gè)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)ー個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括電磁仿真物理?xiàng)l件向量Q、單元結(jié)構(gòu)信息T、單元結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)G、電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)D、參數(shù)模型M和最優(yōu)模型參數(shù)θ 0，該存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為(G，Q，T，D，Μ，Θ 0)。在本發(fā)明的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法中，電磁仿真的物理?xiàng)l件包括介電常數(shù)、介電損耗、溫度，電磁仿真邊界條件。本發(fā)明還涉及ー種超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性的測(cè)量裝置，其中単元結(jié)構(gòu)由ー組幾 何參數(shù)來(lái)定義，包括以下模塊預(yù)設(shè)參數(shù)范圍模塊用于預(yù)設(shè)幾何參數(shù)的數(shù)值范圍；試驗(yàn)點(diǎn)選定模塊用于在預(yù)設(shè)的數(shù)值范圍內(nèi)，選擇多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)包括一組用于描述單元結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)；獲取離散數(shù)據(jù)模塊用于獲取各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的單元結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，其中，電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)由多個(gè)離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成；獲取初始響應(yīng)曲線模塊用于連接各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，得到各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的初始電磁響應(yīng)曲線；獲取最終響應(yīng)曲線模塊用于對(duì)初始電磁響應(yīng)曲線進(jìn)行平滑處理得到最終電磁響應(yīng)曲線。進(jìn)ー步的，本發(fā)明超材料単元結(jié)構(gòu)的電磁特性的測(cè)量裝置還包括參數(shù)模型選定模塊，用于選定描述各單元結(jié)構(gòu)的最終電磁響應(yīng)曲線的參數(shù)模型。進(jìn)ー步的，本發(fā)明超材料単元結(jié)構(gòu)的電磁特性的測(cè)量裝置還包括獲取最優(yōu)模型參數(shù)模塊，用于使用隨機(jī)優(yōu)化算法估計(jì)出樣條回歸模型的最優(yōu)模型參數(shù)，其中，最優(yōu)模型參數(shù)用向量表示。進(jìn)ー步的，本發(fā)明超材料単元結(jié)構(gòu)的電磁特性的測(cè)量裝置還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括電磁仿真物理?xiàng)l件向量Q、單元結(jié)構(gòu)信息T、單元結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)G、電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)D、參數(shù)模型M和最優(yōu)模型參數(shù)θ 0,該存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為(G，Q，T，D，Μ, θ0)ο本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了ー種標(biāo)準(zhǔn)化電磁響應(yīng)測(cè)量更提供了一種測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方法，大大促進(jìn)了結(jié)構(gòu)單元的大規(guī)模自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

圖I為本發(fā)明對(duì)超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法的流程圖；圖2為本發(fā)明的實(shí)施例中超材料單元結(jié)構(gòu)中“エ”字型超材料單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參見圖I,圖I所示的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法,單元結(jié)構(gòu)由ー組幾何參數(shù)來(lái)定義，方法包括以下步驟SI :預(yù)設(shè)幾何參數(shù)的數(shù)值范圍；選定單元結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，并預(yù)設(shè)合理的取值范圍，如圖2所示，例如“エ”字型人造微結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)用向量G表示，G = [a, b，w];分別取a，b，w三個(gè)參數(shù)數(shù)值范圍為[1,4], [1,3], [O. 1，0. 2]，且各參數(shù)對(duì)應(yīng)的采樣本點(diǎn)個(gè)數(shù)分別為4，3，2，各個(gè)取值分別如表
一所示。S2 :在預(yù)設(shè)的數(shù)值范圍內(nèi)，選擇多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，姆個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)包括ー組幾何參數(shù)；進(jìn)ー步的,在步驟S2中，是通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理實(shí)現(xiàn)的。由上述樣例可生成正交表 如下表一
試驗(yàn)點(diǎn)序號(hào)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.權(quán)利要求
1.一種超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法,所述單元結(jié)構(gòu)由一組幾何參數(shù)來(lái)定義,其特征在于，所述方法包括以下步驟 Si:預(yù)設(shè)所述幾何參數(shù)的數(shù)值范圍； 52:在預(yù)設(shè)的數(shù)值范圍內(nèi)，選擇多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)包括一組幾何參數(shù)； 53:獲取各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的超材料單元結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，所述電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)由多個(gè)離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成； 54連接所述各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù),得到各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的初始電磁響應(yīng)曲線； 55:對(duì)所述初始電磁響應(yīng)曲線進(jìn)行平滑處理得到最終電磁響應(yīng)曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S2是通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理實(shí)現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S3使用CST仿真實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S5后還包括步驟S6 :選定用于描述所述各單元結(jié)構(gòu)的最終電磁響應(yīng)曲線的參數(shù)模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法，其特征在于，所述單元結(jié)構(gòu)為非諧振結(jié)構(gòu)，所述參數(shù)模型為針對(duì)所述非諧振結(jié)構(gòu)的樣條回歸模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S6后還包括步驟S7 :使用隨機(jī)優(yōu)化算法估計(jì)出所述樣條回歸模型的最優(yōu)模型參數(shù)，所述最優(yōu)模型參數(shù)用向量表示。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法，其特征在于，所述隨機(jī)優(yōu)化算法為遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法，其特征在于，在所述步驟S7后，還包括步驟S8 設(shè)計(jì)一個(gè)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括電磁仿真物理?xiàng)l件向量Q、單元結(jié)構(gòu)信息T、單元結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)G、電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)D、參數(shù)模型M和最優(yōu)模型參數(shù)0 C1，所述存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為(G，Q，T，D，M, 9 C1)，其中，所述電磁仿真物理?xiàng)l件包括介電常數(shù)、介電損耗、溫度和電磁仿真邊界條件中的一個(gè)或多個(gè)。
9.一種超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量裝置，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述方法，其中單元結(jié)構(gòu)由一組幾何參數(shù)來(lái)定義，其特征在于，所述裝置包括 預(yù)設(shè)參數(shù)范圍模塊用于預(yù)設(shè)所述幾何參數(shù)的數(shù)值范圍； 試驗(yàn)點(diǎn)選定模塊用于在所述預(yù)設(shè)的數(shù)值范圍內(nèi)，選擇多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)包括一組用于描述所述單元結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)； 獲取離散數(shù)據(jù)模塊用于獲取所述各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的單元結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，所述電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)由多個(gè)離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成； 獲取初始響應(yīng)曲線模塊用于連接所述各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，得到各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的初始電磁響應(yīng)曲線； 獲取最終響應(yīng)曲線模塊用于對(duì)所述初始電磁響應(yīng)曲線進(jìn)行平滑處理得到最終電磁響應(yīng)曲線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超材料單元結(jié)構(gòu)的電磁特性的測(cè)量裝置，其特征在于，所述裝置中還包括參數(shù)模型選定模塊、最優(yōu)模型參數(shù)模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，其中 參數(shù)模型選定模塊，用于選定描述所述各單元結(jié)構(gòu)的最終電磁響應(yīng)曲線的參數(shù)模型；獲取最優(yōu)模型參數(shù)模塊，用于使用隨機(jī)優(yōu)化算法估計(jì)出所述樣條回歸模型的最優(yōu)模型參數(shù)，所述最優(yōu)模型參數(shù)用向量表示； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括電磁仿真物理?xiàng)l件向量Q、單元結(jié)構(gòu)信息T、單元結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)G、電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)D、參數(shù)模型M和最優(yōu)模型參數(shù)9 0，所述存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為(G，Q，T，D，M，0 0)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量方法，其中單元結(jié)構(gòu)由一組幾何參數(shù)來(lái)定義，方法包括以下步驟S1預(yù)設(shè)幾何參數(shù)的數(shù)值范圍；S2在預(yù)設(shè)的數(shù)值范圍內(nèi)，選擇多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)包括一組幾何參數(shù)；S3獲取各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)單元結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)；S4連接各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電磁響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，得初始響應(yīng)曲線；S5對(duì)初始響應(yīng)曲線進(jìn)行平滑處理得到最終響應(yīng)曲線。本發(fā)明還提供一種超材料單元結(jié)構(gòu)電磁特性測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)上述方法，大大促進(jìn)了單元結(jié)構(gòu)的大規(guī)模自動(dòng)化設(shè)計(jì)。本發(fā)明常運(yùn)用于超材料領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01R29/08GK102680801SQ20111006650
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者劉斌, 劉若鵬, 欒琳, 趙治亞 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院