[发明专利]人工电磁材料单元结构的设计方法及设计系统

说明书

技术领域

本发明涉及人工电磁材料领域，特别是涉及人工电磁材料单元结构的设计方法及设计系统。

背景技术

人工电磁材料，也称为超材料，是将具有特定几何形状的亚波长宏观基本单元周期性或非周期性地排列所构成的人工材料。简单来说，就是用有序的人造单元“粒子”代替自然界材料的分子或原子等基本粒子，所组成的一种等效材料。与传统意义材料相比，人工电磁材料的媒质特性取决于其基本单元结构和单元的空间分布。人们可以通过人为地设计单元结构来控制材料属性，构成自然界不存在的特殊结构材料，进而控制电磁波的传播特性。

目前，对人工电磁材料的研究和设计尚处于初级阶段，主要凭借经验，人工进行设计和调节，缺乏标准化、自动化的设计方法以及计算机辅助设计手段，设计周期长、难度大，难以满足产业化应用的实际需求。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种人工电磁材料单元结构的设计方法和设计系统，能够为人工电磁材料单元结构设计提供一种快速、便利以及标准化的解决方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的一个技术方案是：该方法包括：

输入步骤，用于接收人工电磁材料单元结构设计信息；

优化搜索步骤，基于该设计信息，通过计算模型进行运算处理，得到计算结果；以及

输出步骤，用于输出该计算结果，其中，该计算结果包括人工电磁材料单元结构几何参数和/或人工电磁材料单元结构电磁响应数据。

在一个优选实施例中，该人工电磁材料单元结构设计信息包括人工电磁材料单元结构几何参数和/或人工电磁材料单元结构电磁响应数据。

在一个优选实施例中，在该优化搜索步骤中，基于该计算模型，利用局部或全局最优化算法对需要设计的人工电磁材料单元结构的几何参数可行解空间进行最优搜索，得到接近人工电磁材料单元结构电磁响应数据的人工电磁材料单元结构几何参数。

在一个优选实施例中，该最优化算法包括遗传算法或粒子群优化算法。

在一个优选实施例中，该方法还包括模型建立步骤，该模型建立步骤包括：

设计子步骤，在选定的频率范围内，对多个不同几何参数的人工电磁材料单元结构样本的试验点的电磁特性进行仿真测量，得到该人工电磁材料单元结构样本的电磁响应曲线；

提取子步骤，将该电磁响应曲线通过数学、统计或物理模型进行描述，然后利用数理计算方法对该模型进行参数估计，得到该电磁响应曲线的特征参数；

响应建模子步骤，建立人工电磁材料单元结构几何参数与电磁响应曲线特征参数之间的数学或统计模型，利用该数学或统计模型，插值计算出该人工电磁材料单元结构任一给定的几何参数所对应的电磁响应曲线特征参数，进而得出该计算模型。

在一个优选实施例中，在该提取子步骤中，对该电磁响应曲线进行平滑处理，并通过样条回归模型对该电磁响应曲线进行描述。

在一个优选实施例中，在该响应建模子步骤中，由该电磁响应曲线特征参数进一步计算得到该人工电磁材料单元结构的电磁响应曲线。

本发明还提供一种人工电磁材料单元结构设计系统，该设计系统包括：

输入模块，用于接收人工电磁材料单元结构设计信息；

优化搜索模块，基于该设计信息，通过计算模型进行运算处理，得到计算结果；以及

输出模块，用于输出该计算结果，其中，该计算结果包括人工电磁材料单元结构几何参数和/或人工电磁材料单元结构电磁响应数据。

在一个优选实施例中，该优化搜索模块基于该计算模型，利用局部或全局最优化算法对需要设计的人工电磁材料单元结构的几何参数可行解空间进行最优搜索，得到接近人工电磁材料单元结构电磁响应数据的人工电磁材料单元结构几何参数。

在一个优选实施例中，该系统还包括模型建立模块，该模型建立模块包括：

设计子模块，在选定的频率范围内，对多个不同几何参数的人工电磁材料单元结构样本的试验点的电磁特性进行仿真测量，得到该人工电磁材料单元结构样本的电磁响应曲线；

提取子模块，将该电磁响应曲线通过数学、统计或物理模型进行描述，然后利用数理计算方法对该模型进行参数估计，得到该电磁响应曲线的特征参数；

响应建模子模块，建立人工电磁材料单元结构几何参数与电磁响应曲线特征参数之间的数学或统计模型，利用该数学或统计模型，插值计算出该人工电磁材料单元结构任一给定的几何参数所对应的电磁响应曲线特征参数，进而得出该计算模型。