(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210840401.2 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 陶诗飞　裴昌保　吴凡　王昊　 刘思行　张香月　杨珍珍　刘北辰　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 薛云燕 (51)Int.Cl. H01Q 17/00(2006.01) H01Q 5/50(2015.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 111/06(2020.01) G06F 113/24(2020.01) (54)发明名称 一种基于多目标优化算法的超材料吸波体 构建方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于多目标优化算法的 超材料吸波体构建方法， 该方法为： 通过MAT LAB‑ CST‑API工具箱程序化控制CS T软件随机产生N个 超材料； 通过S参数进行参数反演， 获得超材料的 等效电磁参数， 并用等效的电磁参数和超材料的 厚度作为多目标优化的等效模型数据库； 将超材 料等效的电磁参数按顺序编号， 使用多目标优化 算法优化产生Pareto最优 解集， 选取保证较大的 吸波带宽的同时实现较薄的材料厚度的解， 作为 超材料吸波体的等效模型； 根据选取的超材料等 效模型， 找出对应的超材料并在CST软件中仿真 验证。 本发明易于实现、 节省资源、 处理速度快， 提高了超材料吸波体设计的效率， 能够在吸波带 宽和材料厚度之间实现好的权 衡。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 115189147 A 2022.10.14 CN 115189147 A 1.一种基于多目标优化 算法的超材 料吸波体构建方法， 其特 征在于， 步骤如下： 步骤1、 通过MATLAB ‑CST‑API工具箱程序化控制CST软件随机产生 N个超材料； 步骤2、 通过S参数进行参数反演， 获得超材料的等效电磁参数， 并用等效的电磁参数和 超材料的厚度作为多目标优化的等效模型 数据库； 步骤3、 将超材料等效的电磁参数按顺序编号， 使用多目标优化算法进行优化， 从而产 生Pareto最优解集， 选取吸波带宽大于阈值的同时材料厚度低于设定值的解， 作为超材料 吸波体的等效模型； 步骤4、 根据选取的超材料等效模型， 找出对应的超材料， 并在CST软件中进行仿真验 证。 2.根据权利要求1所述的基于多目标优化算法的超材料吸波体构建方法， 其特征在于， 步骤1所述的通过MATLAB ‑CST‑API工具箱程序化控制CST软件随机产生N个超材料， 具体如 下： 步骤1.1、 在MATLAB中编写控制CST软件建立和仿真超材 料的程序； 步骤1.2、 得到超材 料在CST软件的仿真结果。 3.根据权利要求2所述的基于多目标优化算法的超材料吸波体构建方法， 其特征在于， 步骤1.2所述的得到超材 料在CST软件的仿真结果， 具体如下： 若平面波垂直入射到厚度为d的超材 料上， 则S参数、 折 射率n、 归一化阻抗z的关系为： 式中， k0为自由空间的波数； S12为反向传 输系数， 也就是 隔离； S21为正向传 输系数， 也就 是增益； S11为输入反射系数， 也就是输入回波损耗； S22为输出反射系数， 也就是输出回波损 耗。 4.根据权利要求3所述的基于多目标优化算法的超材料吸波体构建方法， 其特征在于， 步骤2所述的通过S参数进行参数反演， 获得超材料的等效电磁参数， 并用等效的电磁参数 和超材料的厚度作为多目标优化的等效模型 数据库， 具体如下： 步骤2.1、 通过S参数获得超材 料的归一 化阻抗z和折 射率n： 式中， m为整数； 式(3)求反余弦函数过程中会出现n和z的多值问题， 对于无源材料， 需 要满足阻抗的实部和折 射率的虚部大于零； 步骤2.2、 由n和z求出超材 料的等效相对介电常数 εr和相对磁导 率 μr：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115189147 A 2μr＝nz                              (6) 步骤2.3、 用等效的电磁参数和超材 料的厚度作为多目标优化的数据库。 5.根据权利要求1所述的基于多目标优化算法的超材料吸波体构建方法， 其特征在于， 步将超材料等效的电磁参数按顺序编号， 使用多目标优化算法进行优化， 从而产生Pareto 最优解集， 选取吸波带宽大于阈值的同时材料厚度低于设定值的解， 作为超材料吸波体的 等效模型， 具体如下： 步骤3.1、 将超材 料等效的电磁参数按顺序编号， 并以编号 为优化的数据集； 步骤3.2、 确定目标函数为材料总厚度T和吸波带宽 其中， Fmax为吸 波率大于90％的上限频率， Fmin为吸波率大于90％的下限频率； 吸波率A(ω)定义 为： A(ω)＝1 ‑|S11|2‑|S21|2                      (7) 步骤3.3、 进行多目标优化后， 产生Pareto 最优解集； 步骤3.4、 选取吸波带宽大于阈值的同时材料厚度低于设定值的解， 作为超材料吸波体 的等效模型， 作为超材 料吸波体的等效模型。 6.根据权利要求1所述的种基于多目标优化算法的超材料吸波体构建方法， 其特征在 于， 步骤4所述的根据选取的超 材料等效模 型， 找出对应的超材料， 并在CST 软件中进 行仿真 验证， 具体如下： 步骤4.1、 根据选取的超材 料等效模型， 建立对应的实际超材 料吸波体模型； 步骤4.2、 对比实际超材料吸波体模型的仿真结果和超材料等效模型的计算结果， 进行 仿真验证。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115189147 A 3