[发明专利]基于电磁表面单元结构的微波传感器的联合仿真优化方法

说明书

本发明基于电磁表面单元结构的微波传感器的联合仿真优化方法，按如下步骤：步骤1：初始化参数；步骤2：形成不同的EBG结构；步骤3：计算每个个体传感器模型的适应度值；步骤4：更新个体最优值；步骤5：更新种群最优值；步骤6：判断迭代次数是否达到最大迭代次数；若否，则重复上述步骤2至步骤5；若是，则输出优化后的电磁表面结构，结束优化；步骤7：将得到的EBG结构进行与微带天线进行组合再次建模得到优化后的传感器结构。本发明可以简化人工设计过程，能够较快、较可靠地自动得出性能优异的微波传感器结构，这对于EBG结构在微波传感器领域的产业化进程有着十分积极的促进作用。

技术领域

本发明属于微流体传感器技术领域，具体涉及一种具有更高灵敏度的基于电磁结构的微流体传感器的联合仿真优化方法。

背景技术

微波传感器因其较高的测量精度、较高的鲁棒性以及较低的测量成本，制造成本等优点而在医疗、生物工程等技术领域得到了较为广泛的应用，同时随着万物互联的时代到来，传感技术的重要性日渐凸显。其中，在微流体系统中，待测液体的介电常数表征问题，在准确性和精度方面还面临着巨大的挑战。近年来对于微流体传感器的探索研究是工业界和学术界的热点。

目前，新型人工电磁材料—电磁带隙结构(Electromagnetic Bandgap，EBG)结构因其能够有效解决传统去耦合电容带来的寄生参数以及跨槽耦合等问题得到了学者们的高度重视， EBG这一种周期性结构的概念提出，最初是出现在光学领域，从光子带隙(Photonics Bandgap) 逐渐发展而来，它的出现也使得天线、滤波器、电源配电网络等器件应用得到快速发展。近年来，有学者提出了通过在天线下方放置EBG结构改变反射相位，从而增强传感器灵敏度的，同时将EBG的沟槽作为微流体通道，可以测量不同液体的谐振频率点从而实现传感测量。实验证明，该结构实现了对不同液体产生较大的灵敏度，同时有较高的品质因数。

随着无线通信技术的不断发展，基于电磁材料的新型应用在微波传感器的设计中也得到了广泛应用，EBG结构这种典型的新型人工电磁材料在某些方面虽然有很多的局限性，但是其潜在的性能优势和广阔的发展前景仍然值得学者和工程师们去不断探索和研究，以便在未来有更好地应用。

然而，由于电磁学问题设计研究的不可微分性和不连续性，对于更高性能的电磁器件研究往往需要花费科研人员大量的时间和精力。因此，需要提供一种更加高效的参数设计以及结构优化的优化方法，以解决当下对电磁学问题和微波传感器设计优化过程任务繁重且耗时巨大的问题，另一方面该方法对促进EBG结构在电磁学问题中的更广泛应用将有重大意义。

发明内容

基于上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于电磁结构的微流传感器设计优化的联合仿真优化方法，该方案能够较高效、较可靠地自动得出性能更优异的片上配电网络布局。

为解决上述技术问题，本发明提供了采取如下技术方案：

基于电磁表面单元结构的微波传感器的联合仿真优化方法，其按如下步骤：

步骤1：初始化参数，包括：将EBG结构的周围通过刻槽方式形成微流体通道，并将选定的微流体通道经过像素化得到MxN的矩阵单元；对初始生成的种群进行判断，去除不合理的矩阵单元；

步骤2：形成不同的EBG结构；

步骤3：计算每个个体传感器模型的适应度值；

步骤4：更新个体最优值，分别比较当前各个个体适应度值，若群体中某个个体的当前适应度值优于该个体迭代过程中的个体最优值，将其作为新的个体最优值，并记录其当前的适应度以及相应的微波传感器结构；

步骤5：更新种群最优值，分别将群体各个个体迭代过程中的个体最优值与群体最优值比较，若存在某一个体的个体最优值优于群体最优值，将其作为新的群体最优值，并记录其对应的微波传感器结构；