CN116888598A - 用于设计电波散射体的方法、电波散射体的设计装置以及用于设计电波散射体的程序 - Google Patents
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Abstract
用于设计电波散射体的方法包括进行目标函数的值(Q1)的决定的步骤。目标函数表示电波(E)以规定的条件入射到设计对象时的设计对象(T)的电波散射特性。通过使用了包括设计对象(T)的分析模型(M)的计算来进行值(Q1)的决定，其中，该分析模型(M)是基于表示设计对象(T)的形状的参数的设定值(P1)而生成的。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于设计电波散射体的方法、电波散射体的设计装置以及用于设计电波散射体的程序。
背景技术
以往，已知有用于调整电波的行进的构件。
在专利文献1中，记载了一种雷达收发器用的侧方屏蔽件。在该侧方屏蔽件的整体配置有不均匀的延迟结构。
在专利文献2中，记载了一种电磁波吸收体，其在由第一介电材料形成的基质中周期性地排列有由第二介电材料形成的一定形状的多个散射体。该电磁波吸收体例如具有平板状的基质与平板状的散射体交替地层叠而得到的排列(参照图1(a))。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2021/058450号
专利文献2：日本特开2004-153135号公报
发明内容
发明要解决的问题
从防止接收不需要的电波的观点出发，能够考虑使用能实现电波的透射和散射的电波散射体来使电波衰减。在电波散射体的设计中，能够考虑通过重复进行试制和评价来使试制品中的电波的散射特性接近所期望的散射特性。但是，这样的方法需要多次重复进行试制和评价，会付出大量的劳动和成本。
因此，本发明提供一种从经济性的观点来看有利的用于设计电波散射体的方法。
用于解决问题的方案
本发明提供一种用于设计电波散射体的方法，所述方法包括如下步骤：
使用运算装置通过使用了包括设计对象的分析模型的计算，来进行表示电波以规定的条件入射到所述设计对象时的所述设计对象的电波散射特性的目标函数的值的决定，其中，所述分析模型是基于表示所述设计对象的形状的参数的设定值而生成的。
另外，本发明提供一种电波散射体的设计装置，
所述设计装置具备运算装置，
所述运算装置通过使用了包括设计对象的分析模型的计算，来进行表示电波以规定的条件入射到所述设计对象时的所述设计对象的电波散射特性的目标函数的值的决定，其中，所述分析模型是基于表示所述设计对象的形状的参数的设定值而生成的。
另外，本发明提供一种用于设计电波散射体的程序，所述程序用于使计算机执行以下步骤：
通过使用了包括设计对象的分析模型的计算，来进行表示电波以规定的条件入射到所述设计对象时的所述设计对象的电波散射特性的目标函数的值的决定，其中，所述分析模型是基于表示所述设计对象的形状的参数的设定值而生成的。
发明的效果
上述的用于设计电波散射体的方法从经济性的观点来看是有利的。
附图说明
图1是示出本发明所涉及的用于设计电波散射体的方法的一例的流程图。
图2是示出本发明所涉及的设计装置的结构的框图。
图3A是示出设计对象的一例的俯视图。
图3B是以图3A中的B-B线为截面线的设计对象的截面图。
图4A是示意性地示出分析模型的立体图。
图4B是示意性地示出分析模型的侧视图。
图4C是示意性地示出分析模型的侧视图。
图5是示出用于决定响应曲面的方法的一例的流程图。
图6A是示出响应曲面的一例的图表。
图6B是示出响应曲面的一例的图表。
图6C是示出响应曲面的一例的图表。
图6D是示出响应曲面的一例的图表。
图6E是示出响应曲面的一例的图表。
图6F是示出响应曲面的一例的图表。
图6G是示出响应曲面的一例的图表。
图6H是示出响应曲面的一例的图表。
图6I是示出响应曲面的一例的图表。
图6J是示出响应曲面的一例的图表。
图6K是示出响应曲面的一例的图表。
具体实施方式
参照附图来对本发明的实施方式进行说明。此外，本发明不限定于下面的实施方式。
图1是示出电波散射体的设计方法的一例的流程图。例如使用图2所示的设计装置1来执行该设计方法。设计装置1例如具备运算装置10、主存储装置20、辅助存储装置30、输入接口40以及显示部50。在设计装置1中，运算装置10、主存储装置20、辅助存储装置30、输入接口40以及显示部50中的各个装置与总线2连接。运算装置10例如与控制装置(省略图示)一起构成中央处理装置(CPU)。主存储装置20例如是RAM等半导体存储器。CPU也可以具备主存储装置20。运算装置10使用被读取到主存储装置20的数据来执行运算。辅助存储装置30例如是HDD和闪速存储器等非易失性存储器。在辅助存储装置30中保存有用于设计电波散射体的程序32。程序32被读取到主存储装置20而被执行。在辅助存储装置30中例如存储通过运算装置10完成的运算结果。输入接口40例如是键盘、鼠标以及触摸面板等输入设备。
如图1所示，在步骤S101中，受理表示设计对象T的形状的参数的设定值P1的输入。设定值P1的输入例如是通过用户对输入接口40进行操作来进行的。设定值P1例如也可以是基于CAD数据自动生成的值。例如，通过用户对输入接口40进行操作使得辅助存储装置30所保存的规定的CAD数据被读取，由此决定设定值P1。
接着，进入步骤S102，使用设定值P1来生成分析模型M。分析模型M包括设计对象T。分析模型M也可以由除表示设计对象T的形状的参数以外的参数定义。例如，分析模型M也可以是基于表示设计对象T的相对介电常数的参数而生成的。表示设计对象T的相对介电常数的参数既可以具有在设计对象T中恒定的值，也可以具有在设计对象T中空间性地变动的值。
表示设计对象T的形状的参数不限定于特定的参数。该参数例如包含表示设计对象T的表面形状的参数。由此，能够生成考虑了设计对象T的表面形状的分析模型M。
表示设计对象T的形状的参数例如包含表示设计对象T的表面处的立体形状的参数。由此，能够生成考虑了设计对象T的表面处的立体形状的分析模型M。
图3A和图3B示出设计对象T的一例。在本例中，设计对象T在平板状的基部t1之上配置有多个突出部t2。各突出部t2例如为方锥台状。在俯视设计对象T时，多个突出部t2以成为平行四边形格子的方式配置。例如，在俯视设计对象T时，多个突出部t2的侧面沿第一方向m排列，多个突出部t2的对角线上的顶点沿与第一方向m交叉的第二方向n排列。在本例中，作为表示设计对象T的表面形状的参数，使用突出部t2在第一方向m上的宽度w、在第一方向m上相邻的突出部t2之间的距离d、以及突出部t2的突出长度h。例如，在步骤S101中，受理宽度w的值、距离d的值以及突出长度h的设定值的输入。像这样，设定值P1能包含多个参数的设定值。在图3A和图3B中，x轴、y轴以及z轴彼此正交。
表示设计对象T的表面形状的参数只要是表示设计对象T的表面形状的参数，则不限定于特定的参数。例如既可以是用于指定突出部t2的形状的值，也可以是用于指定多个突出部t2的配置的值。
用于定义设计对象T的参数也可以包含除表示设计对象T的表面形状的参数以外的参数。例如，用于定义设计对象T的参数也可以包括表示设计对象T的相对介电常数的参数。表示设计对象T的相对介电常数的参数既可以具有在设计对象T中恒定的值，也可以具有在设计对象T中空间性地变动的值。
图4A、图4B以及图4C示出分析模型M的一例。分析模型M例如包括与入射到设计对象T的电波E的条件有关的信息。该信息例如包含关于电波E的频率、电波E的电场方向、电波E对于设计对象T的入射方向、以及电波对于设计对象T的入射范围Z的信息。在图4A、图4B以及图4C中，x轴、y轴以及z轴彼此正交。电波E的频率不限定于特定的值。例如在10GHz～300GHz的范围内设定电波E的频率。
在分析模型M中，定义了计算对象空间V1和计算对象空间V2。计算对象空间V1是设计对象T所存在的空间。计算对象空间V2是远离设计对象T的、存在接收面F以评价透射过设计对象T的电波E的强度的空间。接收面F被定义在以设计对象T中的特定点K为中心的半球面上。此外，接收面F被定义为在俯视分析模型M中的设计对象T时沿第一方向m和第二方向n呈规定的大小。特定点K例如是设计对象T的出射面与沿电波E的直进方向延伸的直线交叉的点。
进入步骤S103，通过使用了分析模型M的计算，来决定表示电波E以规定的条件入射到设计对象T时的设计对象T的电波散射特性的目标函数的值Q1。使用运算装置10来进行值Q1的决定。在使用分析模型M的计算中，例如，能够通过对麦克斯韦方程式进行数值求解来求出计算对象空间V1和计算对象空间V2中的电波的强度。例如，能够按照有限元素法和矩量法来计算计算对象空间V1和计算对象空间V2中的电波的强度。矩量法例如应用于应用有限元素法的区域的边界。也可以在设计对象T处的计算和接收面F处的计算中应用有限元素法，在除了设计对象T和接收面F以外的区域处的计算中应用矩量法。由此，使用了分析模型M的计算的计算成本容易变低，计算时间容易缩短。
在步骤S103中求该值Q1的目标函数只要是表示设计对象T的电波散射特性的函数，则不限定于特定的函数。值Q1例如是基于电波E以规定的条件入射到设计对象T时的透射衰减量的计算值来决定的。例如，值Q1被决定为接收面F处的透射衰减量的最小值。
透射衰减量例如通过下面的式(1)来表示。在式(1)中，Ti[W]是基于使用了分析模型M的上述的计算的、接收面F处的电波的强度的计算值。TN[W]是自由空间中的电波的基准强度。TN例如是在分析模型M中不存在设计对象T的条件下使电波E行进时直进的电波E与接收面F交叉的位置处的电波的强度。
透射衰减量[dB]＝-10log10(Ti/TN)式(1)
例如，将电波E的入射条件决定为在与设计对象T的特定点K对应的区域的直径为30mm的范围内电波E垂直地入射。此外，将接收面F决定为具有30mm的直径的圆沿着以特定点K为中心的半径为120mm的半球的规定的经线移动而形成的轨迹。在该情况下，例如，如果从特定点K沿电波E的直进方向延伸的直线与接收面F的交点处的透射衰减量为4dB以上，则能将设计对象T视为电波散射体。
电波散射体例如也可以是透射电波并对所透射的电波进行散射的物体。作为这样的形状，例如也可以是用于入射电波的面具有凹凸形状。
接着，进入步骤S104，进行值Q1是否满足预先决定的与设计对象T中的电波的散射特性有关的设计条件的判定。使用运算装置10来进行该判定。步骤S104也可以根据情况而省略。在该情况下，例如在显示部50显示值Q1。
在步骤S104中的判定结果为肯定的情况下，进入步骤S105，在显示部50显示肯定的判定结果，并结束一系列的处理。在步骤S105中，也可以在显示部50显示值Q1。
在步骤S104中的判定结果为否定的情况下，进入步骤S106，在显示部50显示否定的判定结果，并且设定值P1被更新。在步骤S106中，也可以在显示部50显示值Q1。对设定值P1进行更新的方法不限定于特定的方法。例如按照梯度法或遗传算法等优化算法来对设定值P1进行更新。接着，回到步骤S102，使用更新后的设定值P1来完成步骤S102和步骤S103的处理，并进行步骤S104的判定。
如图1所示，重复进行设定值P1的更新、值Q1的决定以及对值Q1是否满足设计条件的判定，直到判定为目标函数的值Q1满足设计条件为止。
在步骤S103中的目标函数的值Q1的决定中，也可以使用以表示设计对象T的形状的参数为设计变量的响应曲面R。图5示出响应曲面R的决定方法的一例。使用设计装置1来进行该方法。
在步骤S301中，进行采样用的表示设计对象T的形状的参数的设定值P1的决定。采样用的各设定值P1能包含多个参数的设定值。例如，采样用的设定值P1的数量为20以上。
采样用的设定值P1的决定不限定于特定的方法。例如能够按照中心组合设计(Box-Wilson(博克斯-威尔逊)法)等实验设计法来决定采样用的设定值P1。
接着，进入步骤S302，以与步骤S102及步骤S103同样的方式，基于各设定值P1来生成分析模型M，并通过使用了各分析模型M的计算来决定与各设定值P1对应的目标函数的值Q1。
接着，进入步骤S303，基于在步骤S301中决定的参数的设定值P1和在步骤302中决定的目标函数的值Q1，来生成以参数为设计变量的响应曲面R。生成响应曲面R的方法不限定于特定的方法。例如能够使用遗传集合等元建模算法来生成响应曲面R。
接着，决定评价用的表示设计对象T的形状的参数的设定值P1，在步骤S304中，以与步骤S102及步骤S103同样的方式，通过使用了基于评价用的设定值P1生成的分析模型M的计算，来决定与评价用的设定值P1对应的目标函数的值Q1v。此外，在步骤S305中，使用在步骤S303中生成的响应曲面R来决定与评价用的设定值P1对应的目标函数的值Q1r。步骤S304的处理和步骤S305的处理既可以依次执行，也可以并行地执行。
接着，进入步骤S306，判断在步骤S303中生成的响应曲面R的匹配度是否满足规定的条件。关于该判断，例如根据值Q1v与值Q1r之差是否在允许范围内来决定。例如，在值Q1r相对于值Q1v的误差为15％以下的情况下，判断为响应曲面R的匹配度满足规定的条件。
在步骤S306中的判断为肯定的情况下，进入步骤S307，将在步骤S303中生成的响应曲面R决定为以表示设计对象T的形状的参数为设计变量的响应曲面。表示该响应曲面R的数据被保存到辅助存储装置30。在步骤S103中，能使用辅助存储装置30所保存的响应曲面R来决定目标函数的值Q1。
在步骤S306中的判断为否定的情况下，决定追加采样用的表示设计对象T的形状的参数的设定值P1。作为追加采样用的设定值P1，例如选择接近与在响应曲面R中相对于值Q1v而言的误差比较大的值Q1r对应的参数的设定值的值。之后，回到步骤S302的处理，使用追加采样用的设定值P1来再次执行步骤S302～步骤S306的处理。由此，能够决定对目标函数的值Q1的预测精度高的响应曲面R。能够使用这样的响应曲面R来决定表示设计对象T的形状的参数的最佳值的近似值。
图6A～图6K是以图3A和图3B的设计对象T中的宽度w[m]、距离d[m]以及突出长度h[m]为设计变量的响应曲面R。在图6A至图6K的响应曲面R中的各个响应曲面R中，突出长度h具有恒定的值。突出长度h从图6A至图6K以恒定的增量增加。
设计装置1能够从各种观点出发进行变更。例如，设计装置1也可以构成为将程序32以能够执行的方式保存于与因特网线路等网络线路连接的服务器。在该情况下，例如，该服务器通过网络线路来获取从与该网络线路连接的客户端输入的设定值P1。此外，从服务器向客户端发送表示步骤S104中的判定结果的信息，并在接收了该信息的客户端的显示部显示判定结果。或者，在客户端的显示部显示在步骤S103中决定的目标函数的值Q1。
Claims (21)
1.一种用于设计电波散射体的方法，所述方法包括如下步骤：
使用运算装置通过使用了包括设计对象的分析模型的计算，来进行表示电波以规定的条件入射到所述设计对象时的所述设计对象的电波散射特性的目标函数的值的决定，其中，所述分析模型是基于表示所述设计对象的形状的参数的设定值而生成的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
还包括如下步骤：使用运算装置来进行所述目标函数的所述值是否满足预先决定的与所述设计对象中的电波的散射特性有关的设计条件的判定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
所述参数包含表示所述设计对象的表面形状的参数。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，
所述参数包含表示所述设计对象的表面处的立体形状的参数。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，
所述目标函数的所述值是基于所述电波以所述规定的条件入射到所述设计对象时的透射衰减量的计算值来决定的。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，
所述分析模型是基于表示所述设计对象的相对介电常数的参数而生成的。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中，
所述值的决定是使用以表示所述设计对象的表面形状的所述参数为设计变量的响应曲面来进行的。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，还包括以下步骤：
使用运算装置来进行所述目标函数的所述值是否满足预先决定的与所述设计对象中的电波的散射特性有关的设计条件的判定；以及
显示所述判定的结果。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中，
还包括如下步骤：使用运算装置来进行所述目标函数的所述值是否满足预先决定的与所述设计对象中的电波的散射特性有关的设计条件的判定，
在判定为所述目标函数的所述值不满足所述设计条件时，进行对所述参数的所述值的更新，并基于所述更新后的所述参数的值来进行所述决定和所述判定。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，
重复进行所述更新、所述决定以及所述判定，直到判定为所述目标函数的所述值满足所述设计条件为止。
11.一种电波散射体的设计装置，
所述设计装置具备运算装置，
所述运算装置通过使用了包括设计对象的分析模型的计算，来进行表示电波以规定的条件入射到所述设计对象时的所述设计对象的电波散射特性的目标函数的值的决定，其中，所述分析模型是基于表示所述设计对象的形状的参数的设定值而生成的。
12.根据权利要求11所述的设计装置，其中，
所述运算装置进行所述目标函数的所述值是否满足预先决定的与所述设计对象中的电波的散射特性有关的设计条件的判定。
13.根据权利要求11或12所述的设计装置，其中，
所述参数包含表示所述设计对象的表面形状的参数。
14.根据权利要求11或12所述的设计装置，其中，
所述参数包含表示所述设计对象的表面处的立体形状的参数。
15.根据权利要求11至14中的任一项所述的设计装置，其中，
所述目标函数的所述值是基于所述电波以所述规定的条件入射到所述设计对象时的透射衰减量的计算值来决定的。
16.根据权利要求11至15中的任一项所述的设计装置，其中，
所述分析模型是基于表示所述设计对象的相对介电常数的参数而生成的。
17.根据权利要求11至16中的任一项所述的设计装置，其中，
所述值的决定是使用以表示所述设计对象的表面形状的所述参数为设计变量的响应曲面来进行的。
18.根据权利要求11至17中的任一项所述的设计装置，其中，
所述运算装置进行所述目标函数的所述值是否满足预先决定的与所述设计对象中的电波的散射特性有关的设计条件的判定，
显示所述判定的结果。
19.根据权利要求11至18中的任一项所述的设计装置，其中，
所述运算装置进行所述目标函数的所述值是否满足预先决定的与所述设计对象中的电波的散射特性有关的设计条件的判定，
在判定为所述目标函数的所述值不满足所述设计条件时，所述运算装置进行对所述参数的所述值的更新，并基于所述更新后的所述参数的值来进行所述决定和所述判定。
20.根据权利要求19所述的设计装置，其中，
所述运算装置重复进行所述更新、所述决定以及所述判定，直到判定为所述目标函数的所述值满足所述设计条件为止。
21.一种用于设计电波散射体的程序，所述程序用于使计算机执行以下步骤：
通过使用了包括设计对象的分析模型的计算，来进行表示电波以规定的条件入射到所述设计对象时的所述设计对象的电波散射特性的目标函数的值的决定，其中，所述分析模型是基于表示所述设计对象的形状的参数的设定值而生成的。
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2022
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