[发明专利]一种基于改进粒子群算法的透波材料介电常数反求方法

说明书

本发明公开了一种基于改进粒子群算法的透波材料介电常数反求方法，属于微波领域，包括以下步骤：利用自由空间法测量得到透波材料的透波率S21参数的实际值；以透波材料的相对介电常数的实部和虚部作为寻优目标，将以透波率理论计算值与实测值之间的差值作为适应度函数，基于改进粒子群算法对透波材料的相对介电常数实部和虚部进行寻优，得到透波材料随频率变化的相对介电常数的实部和虚部；本方法根据每个粒子初始位置与初始最佳粒子位置之间的欧式距离，构造了新的速度更新公式，具有收敛速度快，寻优精度高，可寻优目标多的优点，该方法充分考虑材料相对介电常数随频率的变化的特征，具有计算简单、求解精度高、求解过程抗噪性强等优点。

技术领域

本发明属于微波领域，提供了一种基于改进粒子群算法的透波材料介电常数反求方法。

背景技术

透波材料作为一种电磁窗口，在微波通信、蜂窝式移动通信、导弹制导、电子对抗、卫星通信、卫星定位导航、蓝牙技术、遥控遥测等重要领域得到了广泛应用。

透波材料相对介电常数是评判材料电磁性能的重要依据，其准确程度关系到材料的研制与生产，对工程应用至关重要。例如，在射频吸波材料吸收性能的仿真计算和干扰抑制等研究过程中，只有得到准确的相对介电常数才能合理地选择材料和设计器件；在雷达天线罩设计中，只有准确知道罩壁材料相对介电常数，才能评估天线罩引起的插入相位延迟、瞄准误差等电性能偏差。

通常，材料的相对介电常数可以通过反射系数、传输系数、品质因数以及谐振频率等间接参数测量，并根据反演算法确定。二十世纪七十年代，Nicolson， Ross和Weir等人提出了NRW法，是目前最为常用的相对介电常数反演方法之一，具有求解方便等优点，但该方法在反求相对较厚的材料样品的相对介电常数时会遇到多值性和厚度谐振问题。Ghodgaonkar和Varadan等提出了只测量一个散射参数S21或S11，然后通过数值迭代的方法求解超越方程，最后得到相对介电常数的方法(A free space method for measurementof dielectric constants and loss tangents at microwave frequencies.IEEETrans.1989, 37(3):789-793)。然而，该方法中反求结果不稳定性问题和相位模糊性问题并没有得到解决。CN110162886A公开了一种基于量子粒子群算法的相对介电常数反求方法，但是该方法无法反映相对介电常数随频率变化的情况，且理论值与实测值相差较大。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于改进粒子群算法的透波材料介电常数反求方法，包括以下步骤：

S1:利用自由空间法测量得到透波材料的透波率S21参数的实际值；

S2:以透波材料的相对介电常数的实部和虚部作为寻优目标，将以透波率理论计算值与实测值之间的差值作为适应度函数，基于改进粒子群算法对透波材料的相对介电常数实部和虚部进行寻优，得到透波材料随频率变化的相对介电常数的实部和虚部。

进一步地，所述自由空间法采用的测量系统包括矢量网络分析仪、接收天线、发射天线、稳相电缆Ⅰ和稳相电缆Ⅱ；

所述接收天线和发射天线均采用点聚焦透镜天线；

所述矢量网络分析仪分别通过稳相电缆Ⅰ、稳相电缆Ⅱ与发射天线、接收天线相连接；

所述发射天线和所述接收天线相对放置，调整所述发射天线和所述接收天线之间的间距为两倍焦距，使得焦斑重合。

进一步地，所述利用自由空间法测量得到透波材料的透波率S21参数的实际值，包括以下步骤：

S1-1:对测量系统进行TRL校准；

S1-2:将透波材料固定在焦斑处，转动透波材料以调整电磁测量信号的入射角为θ₀；