[发明专利]金属-介电多层柱状光学纳米天线的贝叶斯优化设计方法

说明书

本发明提供了一种金属‑介电多层柱状光学纳米天线的贝叶斯优化设计方法，包括以下步骤：S1、根据天线设计需要，构建结构参数候选集；S2、确定优化目标函数为远场方向性系数，同时设定约束函数；S3、设定初始训练参数集并得到对应的优化目标函数值和约束函数值，将三者的集合作为训练集，并设定迭代次数k的初始值；S4、根据训练集训练高斯模型中的超参数；S5、选取下一个候选参数；S6、计算候选参数所对应的目标函数值和约束函数值；S7、判断满足约束条件的候选参数所对应的目标函数值是否满足截止条件。本发明的有益效果是：通过贝叶斯优化对其进行优化操作，可以有效减少计算时长，提高设计效率，达到快速优化天线散射效率的目的。

技术领域

本发明涉及天线，尤其涉及一种金属-介电多层柱状光学纳米天线的贝叶斯优化设计方法。

背景技术

随着现代科技的逐步发展，无线通信系统正朝着高速度，大容量传输等方向快速发展。无线通信系统中的载体无线需要满足低成本，高效率，轻便化，小型化等特点。

常规天线设计方法是设计天线结构，随后调节结构参数，测试输出效率。由于天线的输出效率与结构参数之间的关系是未知且很少满足线性关系，所以在这个设计过程中，结构参数的调节是随机且冗长的。尤其碰到高维参数时，整个设计效率非常低下。为了简化和缩短计算过程，优化算法应运而生。目前，遗传算法，粒子群优化算法及其改进算法已应用到各种天线结构设计过程中。虽然这些算法有操作简单，参数较少等优点，但是在处理非凸，多峰且不易求导的目标函数时，这些算法收敛速度缓慢且极易陷入局域最优解，导致整个天线设计周期时间冗长且不能保证天线高效率的输出。对于高维结构参数的天线设计，计算周期更久。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种金属-介电多层柱状光学纳米天线的贝叶斯优化设计方法。

本发明提供了一种金属-介电多层柱状光学纳米天线的贝叶斯优化设计方法，包括以下步骤：

S1、根据天线设计需要，构建结构参数候选集；

S2、确定优化目标函数为远场方向性系数，同时设定约束函数；

S3、设定初始训练参数集并计算对应的优化目标函数值和约束函数值，将初始训练参数集、优化目标函数值、约束函数值三者的集合作为训练集，并设定迭代次数k的初始值；

S4、根据训练集训练高斯模型中的超参数；

S5、选取下一个候选参数；

S6、计算候选参数所对应的目标函数值与约束函数值；

S7、判断满足约束条件的候选参数所对应的目标函数值是否满足截止条件，满足则结束；不满足则将候选参数及其优化函数值和约束函数值加入训练集中，并保存训练集中的当前最优解，将迭代次数加1，重复步骤S4-S7直到满足截止条件。

作为本发明的进一步改进，步骤S2包括：确定优化目标函数为远场方向性系数其中是平行于入射光传播方向正负无穷远处的散射波印廷矢量，同时设定约束函数。

作为本发明的进一步改进，步骤S3包括：设定初始训练集并调用Comsol仿真软件得到对应的优化目标函数值和约束函数值，并设定迭代次数k＝1。

作为本发明的进一步改进，步骤S4包括：选择高斯函数来表征优化函数和约束函数，根据训练集分别训练两个高斯模型中的超参数，其中，核函数选择高斯核函数其中d是参数的维度，σ是协方差参数，l_i(i＝1,2,…d)是参数的长度尺度。

作为本发明的进一步改进，步骤S5包括：使用F(x)*a(x)来选取下一个候选参数其中F(x)是每个候选参数满足约束条件的概率，a(x)是捕捉函数。