[发明专利]基于差分进化算法的多层频率选择表面复合吸波结构及材料的优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸波材料技术领域，尤其涉及获得具有低反射系数、宽频带、薄厚度的多层频率选择表面复合吸波结构及材料的优化设计方法。

背景技术

随着电子技术、军事技术的发展，将频率选择表面引入到多层吸波材料中的设计可以有效的改善吸波材料的吸收性能，满足对吸波材料宽频带、强吸收的使用需求。合理的设计方法有助于指导多层频率选择表面复合吸波结构的研究与开发，这样可以大大的提高研究和设计的效率，减少大量的实验摸索，缩短设计周期。

目前常用的多层复合吸波结构的设计方法是根据经验逐一调节结构、尺寸及材料配比，但由于影响吸波性能的变量参数较多且一些参数之间交互作用的影响，仅凭人工调节很难得到可以满足目标需求的结构，而且对吸波材料的设计也缺乏方向性指导，使得设计周期长，工作量巨大。

发明内容

本发明提供一种具有低反射系数、宽频带、薄厚度的多层频率选择表面复合吸波结构和材料的优化设计方法，该方法利用电磁仿真软件将计算结果直接反馈到主程序中，极大地方便了迭代优化的进行，进而能够快速的搜索最优模型的结构、材料特征参数组合，大大的缩短设计周期，并为吸波材料的制作提供方向性指导。

基于差分进化算法的多层频率选择表面复合吸波结构及材料的优化设计方法，包括如下步骤：

步骤1：确定优化复合吸波结构的目标函数及对其产生影响的特征参数变量、边界条件，采用均匀分布的随机函数对变量参数进行种群初始化；

步骤2：判断变量参数的初始种群是否满足迭代终止条件，如果包含满足迭代终止条件的个体，则该个体的参数即构成多层复合吸波结构的特征参数。如果不满足迭代终止条件，则跳转到步骤3；

步骤3：产生的交叉个体中结构特征参数直接作为复合结构建模的输入参数，材料特征参数通过复合吸波材料的混合方法得到的材料电磁参数作为模型中材料的输入参数；利用电磁仿真软件对复合吸波结构进行建模计算，计算结果反馈到主程序中；

步骤4：判断当前种群是否满足迭代终止条件，如果满足迭代终止条件，迭代终止。否则，根据电磁仿真软件反馈的计算结果计算目标函数，对交叉种群进行选择操作，适应度更优的个体作为子代种群。跳转到步骤3，直至得到最优的多层复合吸波模型及模型的结构特征参数、材料特征参数。

优选地，其中步骤1中建立的复合结构模型优化的目标函数为：

T＝ω₁T₁+ω₂T₂

其中，T表示目标函数值，ω₁、ω₂表示权重系数，可取一确定的非负实数，根据对复合材料总厚度和反射系数的重要程度来确定，对于重要的目标，赋值较大，反之权重系数较小。这里对于厚度和反射系数的要求同样重要，ω₁＝5，ω₂＝5。T₁、T₂分别表示复合吸波材料总厚度的目标控制和反射系数的目标控制。h为多层吸波材料的总厚度，h₀为吸波材料总厚度的目标控制值，h₀＝5mm。f_i为离散频点，由复合吸波材料的需求工作频段决定，为了降低计算时间，只取覆盖工作频段内的几个离散频点，因为相邻频点处的反射系数曲线是连续光滑的，离散频点的反射系数达到目标控制值，则整个工作频段都会有较低的反射系数，f_i＝2，4，6，8，10，12，14，16，18GHz；t_i是关于反射系数的目标函数；Γ(f_i)表示f_i频点的反射系数，用来表征吸波材料的吸波性能，反射系数越低，材料的吸波性能越好；Γ₀(f_i)表示f_i频点反射系数目标控制值，Γ₀(f_i)＝-10dB。

优选地，其中步骤2中，所述的迭代终止条件是初始种群特征参数满足目标函数；

优选地，其中步骤3中所述的复合吸波材料的混合方法是利用交叉个体中的材料特征参数和已知的吸收剂颗粒、基体的电磁参数根据规则求得颗粒、基体混合后的复合吸波材料的电磁参数。所述的材料特征参数包括吸收剂颗粒和基体的体积分数。所述的电磁参数包括复介电常数和复磁导率。吸收剂颗粒的形态影响吸波材料的吸收性能，对于不同形态的吸收剂有不同的计算规则，具体描述如下。

对于球形吸收剂颗粒复合体系：