[发明专利]基于特征模理论的数字化超表面单元的自动化设计方法

权利要求书

1.基于特征模理论的数字化超表面单元的自动化设计方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤一：预设数字化超表面单元的基本结构；

步骤二：采用遗传算法，根据步骤一得到的基本结构预设遗传迭代的优化区域并对金属贴片层网格化处理；

步骤三：对网格化处理的金属贴片层设定遗传算法种群个体数POP及迭代次数GEN；

步骤四：对步骤三得到的种群内各网格个体对应表征的单元结构对应设定算法的目标函数；

步骤五：对种群内的表征了金属贴片层结构的网格结构个体进行特征模求解，并计算目标函数；

步骤六：将步骤五得到的目标函数经遗传迭代产生后代种群个体；

步骤七：得到最优个体，结构自动化设计过程结束。

2.根据权利要求1所述的基于特征模理论的数字化超表面单元的自动化设计方法，其特征在于，所述步骤一基本结构为一种加载了PIN二极管的反射型数字化超表面单元结构，是由第一金属层(1)、第一介质层(2)及第二金属层(3)三部分构成的基本结构单元，根据超表面单元结构期望工作频段中心频点f，对应波长为λ，可预设单元结构周期P范围为并选择PIN二极管型号。本发明中所述第一金属层1为金属贴片层，第二金属层3为单元结构周期下全覆盖金属层，第一介质层2为介质基板材料。

3.根据权利要求1所述的基于特征模理论的数字化超表面单元的自动化设计方法，其特征在于，所述步骤二考虑到步骤一中所选PIN二极管型号，预设出二极管的添加位置，在第一金属层(1)中央开缝加载的方式，将二极管引入位置设定为结构中央；再预设出单元基本结构的期望设计形式，采用多谐振开缝结构，以保证单元的工作带宽，采用内含有“艹”形开缝的矩形金属片作为第一金属层(1)的初始结构形式，通过将金属贴片层网格化处理的方式，将其初始结构切割为Nx行Ny列的无数相同小网格的形式，其中“艹”形开缝即为第一金属层(1)中需要进行网格随机保留与删除的优化区域，采用划分为方形小网格的形式，网格边长ml应低于中心频点f处波长为λ的二十分之一，对步骤二所预设的优化区域内的小网格进行0或1随机编码赋值，以表征小网格是否保留，赋值为0表征该小网格删除，赋值为1表征该小网格保留，而对第一金属层(1)预设优化区域外的网格始终编码赋值为1，即网格始终保留的操作，从而达到仅在预定优化区域内完成结构优化的目的。

4.根据权利要求1所述的基于特征模理论的数字化超表面单元的自动化设计方法，其特征在于，所述步骤三设定初始种群内个体数为POP，通过生成POP个随机二进制数组的方式，得到由POP个结构各异的单元结构网格个体构成的初始种群；设定迭代次数为GEN，初始种群POP数量越多意味着亲本中可被择优选择的个体越多，迭代次数GEN越大意味着最终优化精度越接近目标。