[發明專利]一種超材料單元結構的推演方法和裝置

無效

• 申請號: 201110066495.4
• 申請日: 2011-03-18
• 公開（公告）號: CN102682141A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 劉若鵬;欒琳;劉斌;趙治亞
• 申請（專利權）人: 深圳光啟高等理工研究院;深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及超材料領域，尤其涉及一種超材料單元結構的推演方法和裝置。

【背景技術】

超材料的設計與應用遠超出一般材料，其復雜性和大規模數據的級別比一般材料高出幾個數量級。

超材料所提供的特殊功能，都是取決于它異常復雜的單元結構，每個超材料單元結構由一個參數組來定義，每個參數組包含多個屬性參數，例如超材料單元結構的長、寬、高、厚度、介電常數、材料材質等。其電磁響應參數是多維的，每改變一個屬性參數都將改變其最終的電磁響應函數，如何尋找最佳的超材料單元結構屬性參數，使它的電磁響應函數符合超材料的目標電磁響應函數，是全球科研人員一直在努力探索的。

傳統的超材料單元結構體設計方法是，通過手動逐一改變每個單元結構的屬性參數，測試某一頻率的電磁波通過該單元結構后的電磁響應函數，并與目標電磁響應函數進行對比，如此不斷循環，最終找到與目標電磁響應函數最為相近的超材料單元結構屬性參數。調整屬性參數是一項非常耗時的步驟，為了達到超材料設計的超高要求和特殊的電磁響應函數，超材料單元結構參數的微調單位可能達到毫米級，甚至微米級、納米級，同時每個超材料可能包括上萬甚至上億個這樣的超材料單元結構，其工作量可想而知。

傳統的超材料設計方法對人力、物力、時間都有極大的要求，如何縮短時間對提高超材料設計效率有著至關重要的作用。

【發明內容】

本發明針對現有技術，只能通過手動調節超材料單元結構，而導致低效率的缺陷，提供了一種單元結構的推演方法。

本發明提供一種單元結構的推演方法，單元結構由一組幾何參數來定義，方法包括以下步驟：

S1：預設單元結構的幾何參數的數值范圍；

S2：在預設的數值范圍內，選擇多個試驗點，每個試驗點對應一組幾何參數；

S3：預設單元結構對應的適應度函數；

S4：采用優化搜索方法，在幾何參數空間搜索最優參數值，使得適應度函數最大。

在本發明的單元結構推演方法中，在步驟S2中，使用正交試驗設計原理實現。

在本發明的單元結構推演方法中，隨機優化算法為粒子群優化算法或者蒙特卡洛采樣方法。

在本發明的單元結構推演方法中，目標函數為常數。

在本發明的單元結構推演方法中，適應度函數y(g)等于或者其中，g表示單元結構幾何參數，S(g)表示單元結構幾何參數g所對應的電磁響應參數值，目標函數S_target為單元結構對應的最優電磁響應參數值。

本發明還涉及一種單元結構的推演裝置，單元結構由一組幾何參數來定義，包括以下模塊：

初始化模塊：用于預設單元結構的幾何參數的數值范圍；

試驗點選定模塊：用于在初始化模塊預設的數值范圍內，選擇多個試驗點，每個試驗點對應一組幾何參數；

目標函數設定模塊：用于預設單元結構對應的適應度函數；

優化搜索模塊：采用優化搜索方法，在幾何參數空間搜索最優參數值，使得適應度函數最大。

在本發明的單元結構的推演裝置中，在試驗點選定模塊中使用正交試驗設計原理實現。

在本發明的單元結構的推演裝置中，在優化搜索模塊中，隨機優化算法為粒子群優化算法(PSO，Particle?Swarm?Optimization)或者蒙特卡洛采樣方法。

在本發明的單元結構的推演裝置中，適應度函數y(g)等于或者其中，g表示單元結構幾何參數，S(g)表示單元結構幾何參數g所對應的電磁響應參數值，目標函數S_target為單元結構對應的最優電磁響應參數值。

在本發明的單元結構的推演裝置中，目標函數為常數。

本發明提供了一種超材料單元結構的推演方法和裝置，針對現有技術效率低下等問題，通過最優計算方法在單元結構的幾何參數空間搜索最優參數值，從而大大提高了超材料單元結構參數設計的效率。

【附圖說明】

圖1是本發明對超材料單元結構的推演方法的流程圖。

【具體實施方式】

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。

參見圖1所示，單元結構由一組幾何參數來定義，方法包括以下步驟：

S1：預設單元結構的幾何參數的數值范圍；

在本實施例中，在定義了選定的超材料單元結構后，預設各參數的范圍。例如，選定“工”字型，則其對應的幾何參數為g＝[a，b，w]；然后再設定各個參數的數值范圍。