超材料單元結構體的設計方法及設計系統技術方案

本發明專利技術公開了一種超材料單元結構體設計方法。該方法包括轉移步驟、選擇步驟以及比較步驟，通過以上步驟，本發明專利技術能夠對超材料單元結構體的多個屬性參數進行收斂選擇，最終得到接近目標電磁響應特性的超材料單元結構體。該設計方法快速、便利，降低了超材料單元結構體設計實現難度，提高了設計效率，有利于超材料產業化應用。本發明專利技術還公開了一種超材料單元結構體設計系統。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及超材料設計領域，特別是涉及超材料單元結構體的設計方法及設計系統。
技術介紹
超材料是一種人工電磁材料，一般是通過設計和加工超材料單元結構體的方法來實現不同超材料的特定電磁或者聲納響應特性。因此，超材料單元結構體的設計在超材料設計中具有重要作用，往往通過建模設計成千上萬個相互不同的超材料單元結構體并按照合理的排布組成一個具有特殊功能性的超材料器件。一種超材料單元結構體可能包含多個屬性參數，例如長、寬、厚度、介電常數、材料材質等屬性參數，因此該超材料單元結構體的電磁響應參數同樣是多維的，每改變其中的一個屬性參數，都將影響超材料單元結構體的電磁響應特性。傳統的超材料單元結構體設計方法是，由人工逐一改變超材料單元結構體的屬性參數，測試某一頻率的電磁信號通過該結構體的響應特性，并與目標電磁響應特性進行對t匕，如此不斷循環，最終找到與目標電磁響應特性最為相近的單元結構體屬性參數。例如，在圖1所示的傳統超材料單元結構體設計流程中，在Sll步驟中通過人工調整改變超材料單元結構體的參數，如長度、寬度等屬性參數，微調單位可能達到毫米級，甚至微米級、納米級，因此人工工作量相當大。如果再考慮調整改變單元結構體的介電常數、材料材質等屬性參數，則進一步增加了設計超材料單元結構體的工作量。另外，在超材料單元結構體設計流程中對超材料單元結構體的屬性參數的調整改變，應該向著設計目標的方向不斷收斂接近，特別是在超材料單元結構體的屬性參數較多時，如果不進行這種處理將會使超材料單元結構體參數的調整改變具有盲目性，同樣也會帶來工作量的增加。
技術實現思路
本專利技術主要解決的技術問題是提供一種超材料單元結構體的設計方法和設計系統，針對超材料單元結構體的多種屬性參數，能夠進行快速地收斂調整，使得最終確定的屬性參數所對應的超材料單元結構體具有的電磁響應特性與設計目標電磁響應特性相同或最為接近。為解決上述技術問題，本專利技術提供的一種超材料單元結構體的設計方法實施例，其技術方案包括:轉移步驟，由該超材料單元結構體的第一參數集轉移變換得到該超材料單元結構體的第二參數集；選擇步驟，對該超材料單元結構體的第一參數集和該超材料單元結構體的第二參數集做收斂選擇，得到該超材料單元結構體的第三參數集；比較步驟，將由該第三參數集對應的該超材料單元結構體的電磁響應特性與目標電磁響應特性進行對比，若由該第三參數集對應的該超材料單元結構體的電磁響應特性與目標電磁響應特性相同或最接近，則該第三參數集對應的該超材料單元結構體即為符合設計要求的超材料單元結構體，否則將該第三參數集作為該超材料單元結構體的新的第一參數集返回到該轉移步驟中，并重復進行上述各步驟。在一個優選實施例中，在該轉移步驟中，通過對稱的概率轉移函數實現該超材料單元結構體的第一參數集到該超材料單元結構體的第二參數集的轉移變換。在一個優選實施例中，在該選擇步驟中進行收斂選擇的方法是:首先，從均勻分布U Uniform中抽樣得到一個抽樣值，然后用該第二參數集對應的超材料單元結構體的電磁響應特性除以該第一參數集對應的超材料單元結構體的電磁響應特性，得到一個比值，若該比值大于或等于該抽樣值，則選擇該第二參數集為第三參數集，否則，若該比值小于該抽樣值，則選擇該第一參數集為第三參數集。在一個優選實施例中,所述第三參數集對應的所述超材料單元結構體的電磁響應特性與目標電磁響應特性相同或最接近是通過設定自定義函數以及閥值來確定的，若函數值小于閾值，即認為是相同或最接近。本專利技術還提供一種超材料單元結構體設計系統，該設計系統包括:轉移單元，用于完成該超材料單元結構體的第一參數集到該超材料單元結構體的第二參數集的轉移變換；選擇單元，用于對該轉移單元輸出的該超材料單元結構體的第一參數集和該超材料單元結構體的第二參數集做收斂選擇，得到該超材料單元結構體的第三參數集；比較單元，用于將該選擇單元輸出的該第三參數集對應的該超材料單元結構體的電磁響應特性，與目標電磁響應特性進行比較，若該第三參數集對應的該超材料單元結構體的電磁響應特性與該目標電磁響應特性相同或最接近，則該第三參數集對應的該超材料單元結構體即為符合設計要求的超材料單元結構體，否則，將該第三參數集作為該超材料單元結構體的新的第一參數集返回到該轉移單元中，并在上述各單元中重復進行運算。在一個優選實施例中，在該轉移單元中，該超材料單元結構體的第一參數集到該超材料單元結構體的第二參數集的轉移變換處理是通過對稱的概率轉移函數實現的。在一個優選實施例中，在該選擇單元中，對該第一參數集和該第二參數集進行收斂選擇的方法是:首先，從均勻分布U Uniform中抽樣得到一個抽樣值，然后用該第二參數集對應的超材料單元結構體的電磁響應特性除以該第一參數集對應的超材料單元結構體的電磁響應特性，得到一個比值，若該比值大于或等于該抽樣值，則選擇該第二參數集為第三參數集，否則，若該比值小于該抽樣值，則選擇該第一參數集為第三參數集。本專利技術的有益效果是:提供了一種快速、便利的超材料單元結構體設計方法和設計系統，降低了超材料單元結構體設計實現難度，提高了設計效率，有利于超材料產業化應用。附圖說明圖1是現有技術中的超材料單元結構體設計方法的一個實施例的設計流程示意圖；圖2是根據本專利技術超材料單元結構體設計方法的一個實施例的設計流程示意圖；和圖3是本專利技術超材料單元結構體設計系統實施例的模塊示意圖。具體實施例方式圖1是現有技術中的超材料單元結構體設計方法的一個實施例設計流程示意圖。其中，在Sll步驟中對超材料單元結構體的參數進行調整，調整既可以是對超材料單元結構體的一個參數進行改變，也可以是對超材料單元結構體的多個參數進行改變，這種調整變化是由人工根據經驗進行。S12步驟對從Sll步驟中經過參數調整的超材料單元結構體進行計算，得到其電磁響應特性，然后在S13步驟中與設計目標電磁響應特性進行比較，在S14步驟中對S13步驟中的比較結果進行選擇，若接近目標電磁響應特性則在S15步驟中結束設計過程，否則返回到Sll步驟中，重新調整超材料單元結構體的參數，再次進行比較選擇，直至接近目標電磁響應特性。在該實施例中，不能保證每次的調整變化得到的單元結構體的參數都優于之前進行的調整變化。由于超材料單元結構體的電磁響應特性是由多種屬性參數決定的，為便于說明，這里把超材料單元結構體多個屬性參數集合在一起，稱之為超材料單元結構體的參數集，例如超材料單元結構體參數集是其長度、寬度、厚度、介電常數、材料材質等屬性參數的集合。在這里用X表示超材料單元結構體參數集，定義X= (X1, X2,..., xn),其中X1, X2,...,xn表示超材料單元結構體的η個屬性參數，每個屬性參數可以取不同的參數值，為了區分這些取不同參數值的參數集，可以用第一參數集、第二參數集、第三參數集...進行區分表示。另外，由于超材料單元結構體的電磁響應特性是由其參數集決定的，因此可以將超材料單元結構體的電磁響應特性作為超材料單元結構體參數集的函數，定義G(X)為超材料單元結構體的電磁響應特性。圖2是本專利技術超材料單元結構體設計方法的一個優選實施例設計流程示意圖。該設計方法主要包括轉移步驟S21、選擇步驟S22以及比較步驟S23。在轉移步驟S21中，首先得到超材料本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超材料單元結構體設計方法，所述超材料單元結構體包括第一參數集，其特征在于，所述設計方法包括：轉移步驟，由所述超材料單元結構體的第一參數集轉移變換得到所述超材料單元結構體的第二參數集；選擇步驟，對所述超材料單元結構體的第一參數集和所述超材料單元結構體的第二參數集做收斂選擇，得到所述超材料單元結構體的第三參數集；比較步驟，將由所述第三參數集對應的所述超材料單元結構體的電磁響應特性與目標電磁響應特性進行對比，若由所述第三參數集對應的所述超材料單元結構體的電磁響應特性與目標電磁響應特性相同或最接近，則所述第三參數集對應的所述超材料單元結構體即為符合設計要求的超材料單元結構體，否則將所述第三參數集作為所述超材料單元結構體的新的第一參數集返回到所述轉移步驟中，并重復進行上述各步驟。

【技術特征摘要】
1.一種超材料單元結構體設計方法，所述超材料單元結構體包括第一參數集，其特征在于，所述設計方法包括: 轉移步驟，由所述超材料單元結構體的第一參數集轉移變換得到所述超材料單元結構體的第二參數集； 選擇步驟，對所述超材料單元結構體的第一參數集和所述超材料單元結構體的第二參數集做收斂選擇，得到所述超材料單元結構體的第三參數集； 比較步驟，將由所述第三參數集對應的所述超材料單元結構體的電磁響應特性與目標電磁響應特性進行對比，若由所述第三參數集對應的所述超材料單元結構體的電磁響應特性與目標電磁響應特性相同或最接近，則所述第三參數集對應的所述超材料單元結構體即為符合設計要求的超材料單元結構體，否則將所述第三參數集作為所述超材料單元結構體的新的第一參數集返回到所述轉移步驟中，并重復進行上述各步驟。2.根據權利要求1所述的超材料單元結構體設計方法，其特征在于:所述第一、第二和第三參數集包括所述超材料單元結構體的長度、寬度、厚度、介電常數、材料材質中的至少一種屬性參數。3.根據權利要求1或2所述的超材料單元結構體設計方法，其特征在于:在所述轉移步驟中，通過對稱的概率轉移函數實現所述超材料單元結構體的第一參數集到所述超材料單元結構體的第二參數集的轉移變換。4.根據權利要求3所述的超材料單元結構體設計方法，其特征在于:在所述選擇步驟中，所述收斂選擇的方法是:首先，從均勻分布U Uniform中抽樣得到一個抽樣值，然后用所述第二參數集對應的超材料單元結構體的電磁響應特性除以所述第一參數集對應的超材料單元結構體的電磁響應特性，得到一個比值，若所述比值大于或等于所述抽樣值，則選擇所述第二參數集為所述第三參數集，否則，若所述比值小于所述抽樣值，則選擇所述第一參數集為所述第三參數集。5.根據權利要求1所述的超材料單元結構體設計方法，其特征在于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉若鵬，季春霖，劉斌，陳亮，
申請(專利權)人：深圳光啟高等理工研究院，
類型：發明
國別省市：