一种超表面单元优化设计方法技术

本发明专利技术公开一种超表面单元优化设计方法。该方法在第一个阶段建立优化设计问题的物理模型，将有源超表面单元的无源结构部分和有源器件部分拆分等效为两个独立的端口网络，利用微波网络的理论知识连接两部分以实现快速计算多端口有源超表面单元的电磁响应；在第二阶段搭建两层优化设计框架，在第一层建立一个多端口的无源超表面单元结构，使用遗传算法优化选择多端口单元的端口负载，确定设计单元的拓扑结构；在第二层引入准牛顿梯度算法优化选择能满足目标要求的有源器件负载状态，获取具有目标功能的有源超表面单元。本发明专利技术能够根据预设功能指标快速获取目标超表面单元，经过后续的全波仿真和实验测试对比，验证了所提方法的有效性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超表面单元设计、超表面单元物理模型分析以及数学优化领域，尤其涉及一种超表面单元优化设计方法。

技术介绍

1、电磁超表面能够操纵电磁波的振幅、相位、频率、极化，同时具有易于制造、剖面低和损耗低等特点，正在光束偏折、电磁隐身、全息成像和无线通信等领域发挥着巨大作用。功能多样的超表面由具有独特功能的超表面单元构成，因此如何能够快速设计出具有目标响应的超表面单元是加快超表面发展和应用的关键之一。传统的单元设计方法通常需要依靠设计者丰富的设计经验和已有单元结构的设计启发，因此该设计方法不具有普适性且设计难度较高。结构参数扫描融合优化算法的设计方法虽然具有很高的普适性和灵活性，但由于其没有先验知识的指导，因此存在着对初值敏感，收敛缓慢，易陷入局部最优的缺点。基于人工神经网络的辅助单元设计方法，能够有效的实现单元电磁响应的预测和逆向的设计，然而一个准确神经网络模型的建成通常需要依靠足够多的训练样本，这一过程是十分耗时的。上述所提方法均有各自的缺陷，难以根据单元设计需求快速解决设计问题。

技术实现思路</p>

1、本专本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种超表面单元优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的超表面单元优化设计方法，其特征在于，无源结构的阻抗Zp(ω)通过全波电磁仿真获得，有源结构的阻抗Za(ω,xp,xa)根据开路电路、短路电路、变容管的等效阻抗获得。

3.根据权利要求2所述的超表面单元优化设计方法，其特征在于，计算超表面单元的等效阻抗的步骤包括：在全波电磁仿真中设置一个用于激励的波端口和N个用于放置负载的离散端口，通过执行仿真得到一个(N+1)阶的无源结构阻抗矩阵：

4.根据权利要求1所述的超表面单元优化设计方法，其特征在于，框架的第一层为工作频段的优化...

【技术特征摘要】

1.一种超表面单元优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的超表面单元优化设计方法，其特征在于，无源结构的阻抗zp(ω)通过全波电磁仿真获得，有源结构的阻抗za(ω,xp,xa)根据开路电路、短路电路、变容管的等效阻抗获得。

3.根据权利要求2所述的超表面单元优化设计方法，其特征在于，计算超表面单元的等效阻抗的步骤包括：在全波电磁仿真中设置一个用于激励的波端口和n个用于放置负载的离散端口，通过执行仿真得到一个(n+1)阶的无源结构阻抗矩阵：

4.根据权利要求1所述的超表面单元优化设计方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：程强，张俊伟，崔铁军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：