[發明專利]人工電磁材料單元結構的設計方法及設計系統

有效

• 申請號: 201110276151.6
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN102999648A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 劉若鵬;季春霖;劉斌
• 申請（專利權）人: 深圳光啟高等理工研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 深圳市威世博知識產權代理事務所(普通合伙) 44280
• 代理人: 何青瓦

技術領域

本發明涉及人工電磁材料領域，特別是涉及人工電磁材料單元結構的設計方法及設計系統。

背景技術

人工電磁材料，也稱為超材料，是將具有特定幾何形狀的亞波長宏觀基本單元周期性或非周期性地排列所構成的人工材料。簡單來說，就是用有序的人造單元“粒子”代替自然界材料的分子或原子等基本粒子，所組成的一種等效材料。與傳統意義材料相比，人工電磁材料的媒質特性取決于其基本單元結構和單元的空間分布。人們可以通過人為地設計單元結構來控制材料屬性，構成自然界不存在的特殊結構材料，進而控制電磁波的傳播特性。

目前，對人工電磁材料的研究和設計尚處于初級階段，主要憑借經驗，人工進行設計和調節，缺乏標準化、自動化的設計方法以及計算機輔助設計手段，設計周期長、難度大，難以滿足產業化應用的實際需求。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種人工電磁材料單元結構的設計方法和設計系統，能夠為人工電磁材料單元結構設計提供一種快速、便利以及標準化的解決方法。

為解決上述技術問題，本發明提供的一個技術方案是：該方法包括：

輸入步驟，用于接收人工電磁材料單元結構設計信息；

優化搜索步驟，基于該設計信息，通過計算模型進行運算處理，得到計算結果；以及

輸出步驟，用于輸出該計算結果，其中，該計算結果包括人工電磁材料單元結構幾何參數和/或人工電磁材料單元結構電磁響應數據。

在一個優選實施例中，該人工電磁材料單元結構設計信息包括人工電磁材料單元結構幾何參數和/或人工電磁材料單元結構電磁響應數據。

在一個優選實施例中，在該優化搜索步驟中，基于該計算模型，利用局部或全局最優化算法對需要設計的人工電磁材料單元結構的幾何參數可行解空間進行最優搜索，得到接近人工電磁材料單元結構電磁響應數據的人工電磁材料單元結構幾何參數。

在一個優選實施例中，該最優化算法包括遺傳算法或粒子群優化算法。

在一個優選實施例中，該方法還包括模型建立步驟，該模型建立步驟包括：

設計子步驟，在選定的頻率范圍內，對多個不同幾何參數的人工電磁材料單元結構樣本的試驗點的電磁特性進行仿真測量，得到該人工電磁材料單元結構樣本的電磁響應曲線；

提取子步驟，將該電磁響應曲線通過數學、統計或物理模型進行描述，然后利用數理計算方法對該模型進行參數估計，得到該電磁響應曲線的特征參數；

響應建模子步驟，建立人工電磁材料單元結構幾何參數與電磁響應曲線特征參數之間的數學或統計模型，利用該數學或統計模型，插值計算出該人工電磁材料單元結構任一給定的幾何參數所對應的電磁響應曲線特征參數，進而得出該計算模型。

在一個優選實施例中，在該提取子步驟中，對該電磁響應曲線進行平滑處理，并通過樣條回歸模型對該電磁響應曲線進行描述。

在一個優選實施例中，在該響應建模子步驟中，由該電磁響應曲線特征參數進一步計算得到該人工電磁材料單元結構的電磁響應曲線。

本發明還提供一種人工電磁材料單元結構設計系統，該設計系統包括：

輸入模塊，用于接收人工電磁材料單元結構設計信息；

優化搜索模塊，基于該設計信息，通過計算模型進行運算處理，得到計算結果；以及

輸出模塊，用于輸出該計算結果，其中，該計算結果包括人工電磁材料單元結構幾何參數和/或人工電磁材料單元結構電磁響應數據。

在一個優選實施例中，該優化搜索模塊基于該計算模型，利用局部或全局最優化算法對需要設計的人工電磁材料單元結構的幾何參數可行解空間進行最優搜索，得到接近人工電磁材料單元結構電磁響應數據的人工電磁材料單元結構幾何參數。

在一個優選實施例中，該系統還包括模型建立模塊，該模型建立模塊包括：

設計子模塊，在選定的頻率范圍內，對多個不同幾何參數的人工電磁材料單元結構樣本的試驗點的電磁特性進行仿真測量，得到該人工電磁材料單元結構樣本的電磁響應曲線；

提取子模塊，將該電磁響應曲線通過數學、統計或物理模型進行描述，然后利用數理計算方法對該模型進行參數估計，得到該電磁響應曲線的特征參數；

響應建模子模塊，建立人工電磁材料單元結構幾何參數與電磁響應曲線特征參數之間的數學或統計模型，利用該數學或統計模型，插值計算出該人工電磁材料單元結構任一給定的幾何參數所對應的電磁響應曲線特征參數，進而得出該計算模型。