[发明专利]一种超材料结构单元参数仿真选取方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及超材料领域，特别涉及一种超材料结构单元参数仿真选取方法及装置。

背景技术

超材料(Metamaterials)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。

测量超材料结构单元的电磁特性，是超材料设计过程中的一个重要环节。而如何选取一定尺寸的超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，需要进行超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；常用的正交试验设计要求每个因素每个水平做相同数量的实验，所以由此衍生的实验步骤多而繁琐，安排如此之多的仿真试验无疑会太耗时、耗力、耗资源；而如按照均匀实验设计，虽然可以减少实验步骤，但均匀实验设计在边缘区域的信息表达能力不佳，若边缘部分的信息比中间部分的重要同时又要求采用实验数量较小的方案，则该法无法满足实验需求。

因此，需要探明一种超材料结构单元参数仿真选取方法及装置，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，另一方面也对促进超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超材料结构单元参数仿真选取方法及装置，该方法及装置能较快、较准确地找到符合初始实验假设的超材料的电磁特性所对应的结构单元的参数。

本发明提供了一种超材料结构单元参数仿真选取方法，该超材料结构单元参数仿真选取方法包括步骤：获取结构单元的几何参数及几何参数的取值范围；根据几何参数的取值范围划分第一区域和第二区域；对第一区域内的几何参数进行正交设计，获取第一实验集合；对第二区域内的几何参数进行均匀设计，获取第二实验集合。

根据本发明的一优选实施例，根据几何参数的取值范围划分第一区域和第二区域的步骤包括如下步骤：设定用于获取几何参数的水平数的第一步长，并设定几何参数在第一区域内的带宽数，其中第一步长是参照采用正交设计获取多个因素的水平数的方法获得的；根据几何参数的取值范围、第一步长及几何参数在第一区域内的带宽数确定带宽，将带宽所覆盖的取值范围内的区域设为第一区域；将带宽未覆盖的取值范围内的区域设为第二区域。

根据本发明的一优选实施例，对第一区域内的几何参数进行正交设计，获取第一实验集合的步骤包括步骤：根据几何参数在第一区域内的取值区域、第一步长以及几何参数在第一区域内的带宽数，按照正交设计法获取第一实验集合。

根据本发明的一优选实施例，对第二区域内的几何参数进行均匀设计，获取第二实验集合的步骤包括：设定用于获取几何参数的水平数的第二步长，第二步长参照均匀设计获取多个因素的水平数的方法获得的；根据几何参数在第二区域内的取值区域及第二步长，按照均匀设计法获取第二实验集合。

根据本发明的一优选实施例，对第二区域内的几何参数进行均匀设计，获取第二实验集合的步骤中，均匀设计采用好格子点法，对于n次实验，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：

u_ij＝ih_j[modn]

其中，i为均匀设计表的行数，n为各几何参数对应的采样样本点个数的最小公倍数，h为比n小的且与n互质的正整数组成的向量，即h＝(h₁，h₂，...，h_m)，m由欧拉函数φ(n)决定，当ih_j大于n时，将ih_j减去n的一个倍数使得差值落在[1，n]之中，均匀设计表的其他列可由如下公式递推生成：

u_1j＝h_j