[发明专利]一种人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及人工电磁材料领域，特别涉及一种人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法及装置。

背景技术

人工电磁材料(Metamaterials，或称超材料)是将具有特定几何形状的亚波长宏观结构单元周期性或非周期性地排列所构成的人工材料，其媒质特性取决于其结构单元的结构以及空间分布。

测量人工电磁材料结构单元的电磁特性，是人工电磁材料设计过程中的一个重要环节。而如何选取一定尺寸的人工电磁材料结构单元用于电磁仿真测量又是整个设计过程中必须要解决的问题。单个微结构单元的几何形状信息由一组参数描述，参数的取值代表其形状的大小。在合理的参数取值范围内，每个参数又对应多个取值水平。为了获得特定类型微结构单元的电磁响应特征规律，需要进行人工电磁材料结构单元电磁特性仿真实验，由于某些结构单元的复杂拓扑结构对应的几何参数较多，参数之间又相互约束，欲探明其电磁特性，常需要做极其大量的实验。

如将各参数各水平一一对应测量衍生材料的电磁特性，需要做出的拓扑结构模板将以百万计，如此大的实验数量给具体的实施带来了很大的难度。为了优化实验步骤，目前常用的方法仅为依靠之前积累起来的实验经验及对电磁原理方面的基本认知，对结构单元每个参数所允许的范围内，对其进行微调。该方法全凭经验，且不可预测整个探索过程所需时间，很难直接实现实验步骤的优化。

因此，需要探明一种人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法，用尽量少的实验次数获得对特定类型结构单元的电磁响应规律，对了解如何拓展对该微结构的应用有着十分重要的意义，另一方面也对促进人工电磁材料的产业化进程有着十分积极的作用。

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的结构单元参数仿真实验方法及装置，该方法及装置能较快、较准确地找到符合初始实验假设的人工电磁材料的电磁特性所对应的结构单元的参数。

本发明提供了一种人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法，该人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法包括步骤：获取结构单元的几何参数；对多个水平的多个几何参数进行均匀设计和正交设计，获取第一实验集合；根据第一实验集合进行人工电磁材料的电磁特性的仿真实验，并获取第一实验结果；获取第一实验结果的极值对应的几何参数，并对第一实验结果进行t检验分析，获取t检验结果，并根据t检验结果及第一实验结果的极值将至少一个几何参数的值确定；按照确定的至少一个几何参数的值以及未确定的多个水平的至少一个几何参数进行均匀设计和正交设计，获取第二实验集合；根据第二实验集合进行人工电磁材料的电磁特性的仿真实验，并获取第二实验结果。

根据本发明的一优选实施例，对多个水平的多个几何参数进行均匀设计和正交设计，获取第一实验集合的步骤包括如下步骤：获取结构单元的第一几何参数；对多个水平的多个第一几何参数进行均匀设计，获取第一集合；获取结构单元的第二几何参数，第二几何参数的取值范围受第一几何参数的取值约束，根据第一几何参数与第二几何参数之间的约束关系以及第一集合获取多个第二几何参数的值；对获取的多个水平的多个第二几何参数与第一集合进行正交设计，获取第二集合；获取结构单元的第三几何参数，第三几何参数的取值范围受第一几何参数与第二几何参数的取值约束，根据第一几何参数、第二几何参数和第三几何参数之间的约束关系以及第二集合获取第三几何参数的值；对获取的多个水平的多个第三几何参数与第二集合进行正交设计，获取第三集合，将第三集合作为第一实验集合。

根据本发明的一优选实施例，根据第一几何参数与第二几何参数之间的约束关系以及第一集合获取第二几何参数的值的步骤包括如下步骤：根据第一几何参数与第二几何参数之间的约束关系以及第一集合的每一行中的第一几何参数的值获取第二几何参数的取值范围，并在每个第二几何参数的取值范围内对每个第二几何参数均匀取点。

根据本发明的一优选实施例，根据第一几何参数、第二几何参数和第三几何参数之间的约束关系以及第二集合获取第三几何参数的值的步骤包括：根据第一几何参数、第二几何参数和第三几何参数之间的约束关系以及第二集合的每一行中的第一几何参数的值及第二几何参数的值获取第三几何参数的取值范围，并在每个第三几何参数的取值范围内对每个第三几何参数进行均匀取点。

根据本发明的一优选实施例，对于n次电磁特性的仿真实验，在对多个水平的多个第一几何参数进行均匀设计，获取第一集合的步骤中，均匀设计采用好格子点法，好格子点法包括如下步骤：

采用同余运算法生成均匀设计表的第j列，其公式如下表示：