CN103091569B - 一种人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法及装置 - Google Patents

Abstract

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和装置，该方法包括：获取结构单元的几何参数；对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仿真实验，获取第一实验结果；对第一实验结果进行t检验分析，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值确定；按照确定的几何参数的值及未确定的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仿真实验，获取第二实验结果。本发明的方法及装置在保证实验点选取的空间“代表性”的同时，能较快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结构单元的参数，减少实验次数，提高工作效率并节约实验成本。

Description

一种人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法及装置

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：

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

其中，i＝1，…，n-1；

运用中心化L2偏差测度均匀设计表的均匀性，取偏差最小的均匀设计表作为第一集合，记做U_n(n^s)。

根据本发明的一优选实施例，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固定的步骤包括：将对第一实验结果影响最大的几何参数确定为其允许范围内的极值。

根据本发明的一优选实施例，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固定的步骤还包括：将至少一个几何参数的值确定为其在大于预设阈值的第一实验结果所对应的几何参数的值。

本发明还提供了一种人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置，该人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置包括：几何参数获取单元，获取结构单元的几何参数；第一实验集合获取单元，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；第一实验结果获取单元，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；分析单元，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；第二实验集合获取单元，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；第二实验结果获取单元，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，第一实验集合获取单元包括：第一几何参数获取单元，获取结构单元的第一几何参数；第一集合获取单元，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；第二几何参数获取单元，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；第二集合获取单元，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；第三几何参数获取单元，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；第三集合获取单元，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，第二几何参数获取单元用于：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，第三几何参数获取单元用于：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，第一集合获取单元采用的均匀设计为好格子点法，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：

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

其中，i＝1，…，n-1；

运用中心化L2偏差测度均匀设计表的均匀性，取偏差最小的均匀设计表作为第一集合，记做U_n(n^s)。

根据本发明的一优选实施例，分析单元用于将对第一实验结果影响最大的几何参数确定为其允许范围内的极值。

根据本发明的一优选实施例，分析单元还用于将至少一个几何参数的值确定为其在大于预设阈值的第一实验结果所对应的几何参数的值。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法及装置在保证实验点选取的空间“代表性”的同时，通过采用前次选取的实验方案的对应参数选取下次实验方案的对应参数的方式能较快、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，减少实验次数，提高了工作效率并节约了实验成本。

附图说明

图1是具有“电场耦合谐振器”型拓扑结构的人工电磁材料结构单元的立体结构示意图；

图2是本发明实施例的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法的流程示意图；

图3是图2的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法中步骤S20的具体实现步骤的流程图；

图4是本发明一具体实施方式的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法的第一实验集合的部分示意图；

图5是根据图4的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法的第一实验集合进行仿真实验获得的第一实验结果的部分示意图；

图6是图5的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法中第一实验结果的最优结果示意图；

图7是图4的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法的第二实验结果的最优结果示意图；

图8是本发明实施例的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置的结构示意图。

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。

人工电磁材料的单个微结构单元的几何形状信息由一组参数描述，复杂拓扑结构对应的几何参数较多，参数之间常常相互约束。以图1所示出的具有“电场耦合谐振器”型拓扑结构的人工电磁材料结构单元为例。该“电场耦合谐振器”型拓扑结构基板采用的是“宽介电常数聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板(F4BK225)”，材料的介电常数是2.65，介电损耗角正切为0.001。

在材料前后两面均镶有成90度顺时针对称的铜制微结构(图1中只示出一面微结构)。铜制结构电导率为5.96e+007s/m，热导率为401.0W/K/m。实验中的波导间距均为4mm。如图1所示，该结构单元的拓扑结构中有7个对应的几何参数{L，L₁，a_x，a_y，cell_x，cell_y，h_s}。

其中，cell_x＝cell_y，cell_x、cell_y及h_s之间的约束关系不明显，例如，可以定义参数cell_x与cell_y的范围均为[1.5，5]，厚度h_s的范围为[1，4]。线宽W固定为0.1。而L，L₁，a_x及a_y则分别满足如下关系式：

$0.1\≤L\≤\min (\frac{1}{2}{\mathrm{cell}}_x-0.3,\frac{1}{2}{\mathrm{cell}}_y-0.3)$

$0.1\≤L_1\≤\min (\frac{1}{2}{\mathrm{cell}}_x-0.3,\frac{1}{2}{\mathrm{cell}}_y-0.3)$

max(2L₁+0.5，2L+0.5)≤a_x≤min(cell_x-0.1，cell_y-0.1)

max(2L₁+0.5，2L+0.5)≤a_y≤min(cell_x-0.1，cell_y-0.1)

针对这种结构，在本发明中，cell_x、cell_y及h_s等参数的取值范围不受明显约束，因此，这类参数将采取均匀设计原理，使用好格子点(Goodlattice point)法构造均匀设计表，设计相关实验安排方案，同时将该类参数定义为第一几何参数。L、L₁、a_x及a_y等参数的取值范围受明显约束，L及L₁取值范围受cell_x、cell_y的取值约束，a_x及a_y取值范围受cell_x、cell_y、L及L₁的取值约束，因此，这类约束性参数将采取正交试验设计和分区设计定义实验安排方案，同时将L、L₁类参数定义为第二几何参数，a_x及a_y等参数定义为第三几何参数，第二几何参数的取值范围受第一几何参数的取值约束，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。

图2是本发明实施例的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法的流程示意图。如图2所示，一种人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法包括步骤S10、步骤S20、步骤S30、步骤S40、步骤S50、步骤S60、步骤S70及步骤S80，具体如下：

步骤S10：获取结构单元的几何参数；

步骤S20：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；

其中，如图3所示，步骤S20包括步骤S21、步骤S22、步骤S23、步骤S24、步骤S25及步骤S26，具体如下：

步骤S21：获取结构单元的第一几何参数。

步骤S22：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。

在本实施例中，步骤S22中的均匀设计采用好格子点法进行。对于n次电磁特性的仿真实验，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

其中，i＝1，…，n-1；

运用中心化L2偏差测度均匀设计表的均匀性，取偏差最小的均匀设计表作为第一集合，记做U_n(n^s)，并将U_n(n^s)定义为“代表性”前提条件。

步骤S23：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。

在本实施例中，步骤S23中的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。具体的，将U_n(n^s)的每一行定义成一个“代表性”前提条件，在每一个“代表性”前提下，分别获得L，L₁的取值范围[L_begin，L_end]&[L_1 begin，L_1 end]，在这个范围内，采用均匀设计进行取点。

步骤S24：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。

具体的，依照传统“Lo.t0正交设计”实验构造思想(任两因素的水平组合做相同数量的实验)，将该步骤所得内容与步骤S2中第一集合内容对应形成一个正交设计的排列，记做第二集合U₂。

步骤S25：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。

其中，在步骤S25中，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。具体的，重新定义第二集合U2的每一行为一组新的“代表性”前提条件，在每一个“代表性”前提下，分别获得a_x及a_y的取值范围在这个范围内，采用分区设计进行取点，即在和区域内分别均匀采α个试验点。

步骤S26：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。

具体的，采取“Lo.t0正交设计”，将该步骤所得内容与第二集合U₂中内容对应形成一个正交设计的排列，记做第三集合U₃，并将U₃作为第一实验集合。

如图4所示，在本发明的一具体实施方式中，获取的第一实验集合共有5796组数据。

步骤S30：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；

步骤S40：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；

其中，在步骤S40中，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固定的步骤包括：将对第一实验结果影响最大的几何参数确定为其允许范围内的极值。在其他实施例中，在将对第一实验结果影响最大的几何参数确定为其允许范围内的极值的基础上，该根据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固定的步骤还包括：将至少一个几何参数的值确定为其在大于预设阈值的第一实验结果所对应的几何参数的值。

微波系统中常用S参数进行电磁特性分析，S_2，1表示人工电磁材料的微结构单元的S参数中的正向传输系数，而正向传输系数反映了微结构单元对电磁波的增益/衰减，因此分析微结构单元的结构参数对S_2，1的影响，就可以获得微结构单元的结构参数对电磁波的增益/衰减的特性。如图5所示，在本发明的一具体实施方式中，在对图4中的第一实验集合的5796组数据进行仿真实验后，将仿真结果导出，重新读取，关注[12，18]频段内的结果，找到该频段内S_2，1值大于-0.1结果所对应的微结构，并进行排序，可知最好结构所对应的结构参数为(L＝0.1614，L₁＝0.3，a_x＝1.267，a_y＝1.183，cell_x＝cell_y＝1.7，h_s＝3.743)。如图6所示，符合要求的频段长度大约为2.12GHz。通过“t检验”可得知，参数变化对S_2，1值的影响最大的为h_s，且成正比关系，因此将h_s锁定成其区域允许的最大值4。由初测结果可知结果较好的结构参数对应的cell_x与cell_y值集中在1.7，2，2.7上。同时“t检验”提示，cell_x与cell_y值与理想结果成反比关系，因此将cell_x与cell_y将会被锁定在1.7，2，2.7以及cell_x与cell_y的最小极值1.5上。

步骤S50：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；

在本发明的一具体实施方式中，在上文中固定cell_x与cell_y，与h_s所组合的4个区域后，改变未确定的L，L₁，a_x，a_y四个参数的观测步长，再次进行均匀设计和正交设计，以获取只包括4个维度变化的第二实验集合，以便后续进一步搜索最优结构。

步骤S60：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。

在本发明的一具体实施方式中，在获取上文中所述的获取只包括4个维度变化的第二实验集合后，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，并将第二实验结果导出并排序，得出最优结构所对应的结构参数为L＝0.15，L₁＝0.0642，a_x＝1.1858，a_y＝0.9715，cell_x＝cell_y＝1.5，h_s＝4，相应S_2，1结果如图7所示，符合要求的频段长度大约为2.41GHz。

图8是本发明实施例的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置的结构示意图。如图8所示，本发明的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置100包括：几何参数获取单元110、第一实验集合获取单元120、第一实验结果获取单元130、分析单元140、第二实验集合获取单元150以及第二实验结果获取单元160。

其中，几何参数获取单元110用于获取结构单元的几何参数。

第一实验集合获取单元120用于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。

第一实验结果获取单元130用于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。

分析单元140用于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。其中，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固定的步骤包括：将对第一实验结果影响最大的几何参数确定为其允许范围内的极值。在其他实施例中，在将对第一实验结果影响最大的几何参数确定为其允许范围内的极值的基础上，该根据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固定的步骤还包括：将至少一个几何参数的值确定为其在大于预设阈值的第一实验结果所对应的几何参数的值。

第二实验集合获取单元150用于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。

第二实验结果获取单元160用于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。

其中，第一实验集合获取单元120包括：第一几何参数获取单元、第一集合获取单元、第二几何参数获取单元、第二集合获取单元、第三几何参数获取单元及第三集合获取单元。

其中，第一几何参数获取单元，获取结构单元的第一几何参数；

第一集合获取单元，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。采用的均匀设计为好格子点法。好格子点法的具体技术特征请参照步骤S22中所述，此处不再赘述。

第二几何参数获取单元，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，其中，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具体为：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。

第二集合获取单元，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；

第三几何参数获取单元，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。其中，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具体为：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和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。

第三集合获取单元，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。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法及装置在保证实验点选取的空间“代表性”的同时，通过采用前次选取的实验方案的对应参数选取下次实验方案的对应参数的方式能较快、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，减少实验次数，提高了工作效率并节约了实验成本。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法，其特征在于，所述人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法包括步骤：

获取所述结构单元的几何参数；

对多个水平的多个所述几何参数进行均匀设计和正交设计，获取第一实验集合；

根据所述第一实验集合进行所述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；

获取所述第一实验结果的极值对应的几何参数，并对所述第一实验结果进行t检验分析，获取t检验结果，并根据所述t检验结果及所述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；

根据所述第二实验集合进行所述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。

2.根据权利要求1所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法，其特征在于，所述对多个水平的多个所述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：

获取所述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；获取所述结构单元的第二几何参数，所述第二几何参数的取值范围受所述第一几何参数的取值约束，根据所述第一几何参数与所述第二几何参数之间的约束关系以及所述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所述第一集合进行正交设计，获取第二集合；

获取所述结构单元的第三几何参数，所述第三几何参数的取值范围受所述第一几何参数与所述第二几何参数的取值约束，根据所述第一几何参数、所述第二几何参数和所述第三几何参数之间的约束关系以及所述第二集合获取所述第三几何参数的值；

对获取的多个水平的多个第三几何参数与所述第二集合进行正交设计，获取第三集合，将所述第三集合作为第一实验集合。

3.根据权利要求2所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法，其特征在于，所述根据所述第一几何参数与所述第二几何参数之间的约束关系以及所述第一集合获取第二几何参数的值的步骤包括如下步骤：

根据所述第一几何参数与所述第二几何参数之间的约束关系以及所述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。

4.根据权利要求2所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法，其特征在于，根据所述第一几何参数、所述第二几何参数和所述第三几何参数之间的约束关系以及所述第二集合获取所述第三几何参数的值的步骤包括：

根据所述第一几何参数、所述第二几何参数和所述第三几何参数之间的约束关系以及所述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。

5.根据权利要求2所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法，其特征在于，对于n次电磁特性的仿真实验，在所述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，所述均匀设计采用好格子点法，所述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[mod n]

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

其中，i＝1，…，n-1；

运用中心化L2偏差测度均匀设计表的均匀性，取偏差最小的均匀设计表作为所述第一集合，记做U_n(n^s)。

6.根据权利要求1所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法，其特征在于，所述根据t检验结果及所述第一实验结果的极值将至少一个几何参数的值确定的步骤包括：

将对所述第一实验结果影响最大的几何参数确定为其允许范围内的极值。

7.根据权利要求6所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验方法，其特征在于，所述根据t检验结果及所述第一实验结果的极值将至少一个几何参数的值确定的步骤还包括：

将至少一个几何参数的值确定为其在大于预设阈值的第一实验结果所对应的几何参数的值。

8.一种人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置，其特征在于，所述人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置包括：

几何参数获取单元，获取所述结构单元的几何参数；

第一实验集合获取单元，对多个水平的多个所述几何参数进行均匀设计和正交设计，获取第一实验集合；

第一实验结果获取单元，根据所述第一实验集合进行所述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；

分析单元，获取所述第一实验结果的极值对应的几何参数，并对所述第一实验结果进行t检验分析，获取t检验结果，并根据所述t检验结果及所述第一实验结果的极值将至少一个几何参数的值确定；

第二实验集合获取单元，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；

第二实验结果获取单元，根据所述第二实验集合进行所述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。

9.根据权利要求8所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置，其特征在于，所述第一实验集合获取单元包括：

第一几何参数获取单元，获取所述结构单元的第一几何参数；

第一集合获取单元，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；

第二几何参数获取单元，获取所述结构单元的第二几何参数，所述第二几何参数的取值范围受所述第一几何参数的取值约束，根据所述第一几何参数与所述第二几何参数之间的约束关系以及所述第一集合获取多个第二几何参数的值；

第二集合获取单元，对获取的多个水平的多个第二几何参数与所述第一集合进行正交设计，获取第二集合；

第三几何参数获取单元，获取所述结构单元的第三几何参数，所述第三几何参数的取值范围受所述第一几何参数与所述第二几何参数的取值约束，根据所述第一几何参数、所述第二几何参数和所述第三几何参数之间的约束关系以及所述第二集合获取所述第三几何参数的值；

第三集合获取单元，对获取的多个水平的多个第三几何参数与所述第二集合进行正交设计，获取第三集合，将所述第三集合作为第一实验集合。

10.根据权利要求9所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置，其特征在于，所述第二几何参数获取单元用于：

根据所述第一几何参数与所述第二几何参数之间的约束关系以及所述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。

11.根据权利要求9所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置，其特征在于，所述第三几何参数获取单元用于：

根据所述第一几何参数、所述第二几何参数和所述第三几何参数之间的约束关系以及所述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。

12.根据权利要求9所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置，其特征在于，对于n次电磁特性的仿真实验，所述第一集合获取单元采用的所述均匀设计为好格子点法，所述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[mod n]

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

其中，i＝1，…，n-1；

运用中心化L2偏差测度均匀设计表的均匀性，取偏差最小的均匀设计表作为所述第一集合，记做U_n(n^s)。

13.根据权利要求8所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置，其特征在于，所述分析单元用于将对所述第一实验结果影响最大的几何参数确定为其允许范围内的极值。

14.根据权利要求13所述的人工电磁材料的结构单元参数仿真实验装置，其特征在于，所述分析单元还用于将至少一个几何参数的值确定为其在大于预设阈值的第一实验结果所对应的几何参数的值。