CN102768686A - 一种单元结构谐振现象的判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供单元结构谐振现象的判别方法，方法包括以下步骤：获取单元结构在预设频段的电磁响应参数值函数；对所述电磁响应参数值函数进行拟合，得到相应拟合曲线；计算所述拟合曲线与所述电磁响应参数值函数之间的误差；根据预设的误差阈值来判定单元结构是否为谐振单元结构。本发明提供的超材料单元结构谐振现象的快速自动化判别方法，从而大大提高了超材料单元结构参数设计的效率。

Description

一种单元结构谐振现象的判别方法

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种单元结构谐振现象的判别方法。

【背景技术】

超材料的设计与应用远超出一般材料，其复杂性和大规模数据的级别比一般材料高出几个数量级。

超材料是当前世界范围内前沿交叉学科研究领域，有广阔的应用市场前景.超材料单元结构的最优化设计是人工电磁材料研究和设计中的关键环节.也是目前国际上一个亟需解决的难题，当前解决途径是通过统计模型用计算机进行结构的优化，而对于超材料结构的分析和辨别是优化设计的基础.

现有技术对超材料微结构单元谐振现象的判别流程如图2所示。首先选定任一单元结构体，通过CST仿真得到在给定频点位置的电磁响应参数值。然后用人工方式判别是否有谐振现象发生：检验上述电磁响应参数值序列中是否有非常大的突变点，如果有，则认为该结构为谐振结构；如果没有，则认为其为非谐振结构。这样如果待测结构单元的个数很大，对每一个结构体都需进行如图2所示的谐振判别，将是一项非常耗时的任务。

超材料单元结构参数的微调单位可能达到毫米级，甚至微米级、纳米级，同时每个超材料可能包括上万甚至上亿个这样的超材料单元结构，其工作量可想而知。传统的超材料的谐振判别方法对人力、物力、时间都有极大的要求，如何缩短时间提高超材料谐振判别效率，对超材料将来的自动化设计有着至关重要的作用。

【发明内容】

本发明针对现有技术，只能通过手动调节超材料单元结构，而导致低效率的缺陷，提供了一种单元结构的推演方法。

本发明提供一种单元结构谐振现象的判别方法，方法包括以下步骤：

获取单元结构在预设频段的电磁响应参数值函数；

对所述电磁响应参数值函数进行拟合，得到相应拟合曲线；

计算所述拟合曲线与所述电磁响应参数值函数之间的误差；

根据预设的误差阈值来判定单元结构是否为谐振单元结构。

在本发明的单元结构谐振现象的判别方法中，获取单元结构在特定频段的电磁响应参数值序列的步骤具体包括：

对单元结构在预设频段[f1，f2]中进行信息点提取，得到所述电磁响应参数值函数。

在本发明的单元结构谐振现象的判别方法中，电磁响应参数值函数是通过CST仿真得到的。

在本发明的单元结构谐振现象的判别方法中，根据电磁响应参数值序列进行拟合，得到相应拟合曲线的步骤具体包括：

选定参数模型；

将电磁响应参数值函数按照预设段数进行分段，将每段应用于所述参数模型进行拟合。

在本发明的单元结构谐振现象的判别方法中，参数模型为三次样条模型。

在本发明的单元结构谐振现象的判别方法中，预设段数为10或11。

在本发明的单元结构谐振现象的判别方法中，计算所得的误差为拟合平均误差或标准差。

在本发明的单元结构谐振现象的判别方法中，计算所得的误差为最大误差。

在本发明的单元结构谐振现象的判别方法中，根据预设的误差阈值来判定单元结构是否为谐振单元结构的步骤具体包括：

判断计算所得的误差是否大于所述误差阈值，若是，则判定所述单元结构为谐振单元结构；若否，则判定所述单元结构为非谐振单元结构。

在本发明的单元结构谐振现象的判别方法中，误差阈值预设为0.02。

本发明提供了一种单元结构谐振现象的判别方法，针对现有技术效率低下等问题，提出了针对超材料单元结构谐振现象的快速自动化判别方法，从而大大提高了超材料单元结构参数设计的效率。

【附图说明】

图1是本发明对单元结构谐振现象的判别方法的流程图；

图2是现有技术对单元结构谐振现象判别方法的流程图；

图3谐振结构电磁参数(介电常数)拟合示意图；

图4非谐振结构电磁参数(介电常数)拟合示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参见图1所示，为单元结构谐振现象的判别方法的流程图，该方法包括以下步骤：

获取单元结构在预设频段的电磁响应参数值函数；

进一步地，使用CST仿真对特定单元结构在预设频段[f1，f2]中进行特征点提取，参见图2以及图3，图中离散的点，对某单元结构进行CST仿真后得到的在频段[f1，f2]中电磁响应参数值函数。

对所述电磁响应参数值函数进行拟合，得到相应拟合曲线；

进一步地，在本实施方式中，选定三次样条模型作为参数模型，按照预设段数将函数进行分段，每段应用于选定的三次样条参数模型进行拟合。例如，如图3以及如图4所示，将电磁响应参数值函数平均分成10段，虚线为电磁响应参数值函数，分段进行拟合得到的拟合曲线，即实线，为预测曲线。优选地，对电磁响应参数值函数的分段段数为10或11段，但也不仅仅限于上述段数。

计算所述拟合曲线与所述电磁响应参数值函数之间的误差。

进一步地，在本实施方式中，计算每个测量值与预测值之间的误差，例如，如图3以及图4所示：在给定频率区间对观测点{fi，yi|i＝1，2，......，n}(fi，yi分别代表第i个频点处的频率值和相应的电磁响应参数值)利用3次样条模型进行拟合，并在各频率点fi处求得预测值Yi。利用拟合误差ei＝(yi-Yi)的统计特性来判别是否有谐振现象发生。

根据预设的误差阈值来判定单元结构是否为谐振单元结构。

具体地，图3所示结构拟合平均误差为：10.61，图4所示结构拟合平均误差为：0.0019，图3所示结构平均误差大于误差阈值0.03，即可判定图3所示结构为谐振结构，图4所示结构为非谐振结构。误差阈值可以根据需要进行设置，例如预设为0.02。

进一步地，也可以通过计算标准差：Std(yi-Yi)以及最大误差：Max(yi-Yi)作为上述判定的误差值。

本发明提供了一种有效的单元结构谐振现象的判别方法，针对现有技术效率低下，只能根据CST仿真计算得出的结果进行人工判定，从而提出了针对超材料单元结构谐振现象的快速自动化判别方法。对超材料单元结构进行预测，通过实际与预测数据之间的误差，来判定超材料单元结构是否为谐振单元结构，大大提高了对超材料单元结构的判定效率，对超材料单元结构的快速自动化设计极具意义。

在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (10)

1.一种单元结构谐振现象的判别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取单元结构在预设频段的电磁响应参数值函数；

对所述电磁响应参数值函数进行拟合，得到相应拟合曲线；

计算所述拟合曲线与所述电磁响应参数值函数之间的误差；

根据预设的误差阈值来判定单元结构是否为谐振单元结构。

2.根据权利要求1所述单元结构谐振现象的判别方法，其特征在于，所述获取单元结构在特定频段的电磁响应参数值序列的步骤具体包括：

对单元结构在预设频段[f1，f2]中进行信息点提取，得到所述电磁响应参数值函数。

3.根据权利要求2所述单元结构谐振现象的判别方法，其特征在于，所述电磁响应参数值函数是通过CST仿真得到的。

4.根据权利要求1所述单元结构谐振现象的判别方法，其特征在于，所述根据电磁响应参数值序列进行拟合，得到相应拟合曲线的步骤具体包括：

选定参数模型；

将电磁响应参数值函数按照预设段数进行分段，将每段应用于所述参数模型进行拟合。

5.根据权利要求4所述单元结构谐振现象的判别方法，其特征在于，所述参数模型为三次样条模型。

6.根据权利要求4所述单元结构谐振现象的判别方法，其特征在于，所述预设段数为10或11。

7.根据权利要求1所述单元结构谐振现象的判别方法，其特征在于，所述计算所得的误差为拟合平均误差或标准差。

8.根据权利要求1所述单元结构谐振现象的判别方法，其特征在于，所述计算所得的误差为最大误差。

9.根据权利要求1所述单元结构谐振现象的判别方法，其特征在于，所述根据预设的误差阈值来判定单元结构是否为谐振单元结构的步骤具体包括：

判断计算所得的误差是否大于所述误差阈值，若是，则判定所述单元结构为谐振单元结构；若否，则判定所述单元结构为非谐振单元结构。

10.根据权利要求8所述单元结构谐振现象的判别方法，其特征在于，所述误差阈值预设为0.02。

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