本發(fā)明涉及一種透明吸波體超表面結構及其設計方法，屬于透明吸波體設計領域。

背景技術：

1、透明吸波體是一種光學透明同時微波吸收的新型材料。本世紀初，研究人員采用透明導電薄膜構建salisbury屏、jaumann吸波體等經典電磁吸收結構，成功使得結構兼具可見光透明與微波吸收功能。但這些透明吸波結構存在吸收帶寬較窄、厚度較大、透過率較低等問題。電磁超表面是將亞波長單元結構以特定方式排列組成的人工材料，能對電磁波的頻率、幅度、相位和極化等基本物理特征進行調控。近年來的研究表明，應用超表面設計的透明吸波體在關鍵性能上得到了改善，但是如何進一步改善電磁吸收性能受到現有超表面設計方式的局限。

2、現有透明吸波體超表面結構設計主要采用以下兩種方案。第一種是簡單超表面圖案組合。通過將簡單幾何結構在單元內組合實現超表面結構的設計。第二種是采用編碼方式，通過將超表面單元劃分為n×n的矩陣，通過控制矩陣內部填充與否，實現對超表面結構的設計。按照這兩種方法設計超表面結構后，對結構進行電磁仿真，提取需要優(yōu)化的參數如吸收帶寬、吸收率。并進一步微調結構參數，直至超表面結構設計完成。但是此類透明吸波體設計方式具有局限性，自由度較低，結構容易被測量及評估出性能，導致容易被仿制。

技術實現思路

1、針對現有透明吸波體超表面結構容易被仿制、設計自由度較低的問題，本發(fā)明提供一種透明吸波體超表面結構及其設計方法。

2、本發(fā)明提供一種透明吸波體超表面結構，透明吸波體超表面圖案以斑圖作為基準，旋轉對稱或徑向對稱；斑圖采用二進制編碼矩陣中一條或多條0或1的折線輪廓。

3、作為優(yōu)選，所述折線輪廓為平滑或未平滑處理的。

4、作為優(yōu)選，透明吸波體超表面結構包括三層，上層和中層分別為透明吸波體超表面圖案與其互補結構，下層為反射層。

5、本發(fā)明還提供一種透明吸波體超表面結構設計方法，包括：

6、獲取二進制的編碼矩陣，在編碼矩陣中選取0或1的折線輪廓，得到多條折線輪廓，依據折線輪廓長度從大到小的順序進行排列，選取前m條折線輪廓，m為正整數；

7、對選取的前m條折線輪廓進行尺寸歸一化處理，得到單元圖案；

8、將單元圖案按照超表面圖案需要設計的尺寸進行放縮，將放縮后的單元圖案作為基準，采用旋轉對稱或徑向對稱生成透明吸波體超表面圖案；

9、根據透明吸波體超表面圖案生成超表面結構。

10、作為優(yōu)選，所述方法還包括采用樣條插值對尺寸歸一化處理后的前m條折線輪廓進行平滑處理，并舍棄出現自相交的折線輪廓，得到單元圖案。

11、作為優(yōu)選，本申請的方法還包括生成多個超表面結構，利用優(yōu)化算法選取出最優(yōu)超表面結構：

12、s1、建立吸波體種群，吸波體種群中每個個體為一種所述超表面結構；

13、s2、賦予每個個體材料屬性，獲得每個個體的電磁吸收性能，判斷電磁吸收性能是否滿足需求，若是，選出滿足電磁吸收性能要求的超表面結構，若否，轉入s3；

14、s3、依據電磁吸收性能生成下一代種群中個體，轉入s2。

15、作為優(yōu)選，s2中，根據電磁仿真獲得每個個體的電磁吸收性能。

16、作為優(yōu)選，s2中，根據訓練好的神經網絡獲得每個個體的電磁吸收性能，神經網絡的輸入為所述超表面結構的參數，輸出為對應超表面結構的電磁吸收性能。

17、作為優(yōu)選，采用遺傳算法、退火算法或蟻群算法依據電磁吸收性能生成下一代種群中個體。

18、作為優(yōu)選，超表面結構包括三層，上層和中層分別為透明吸波體超表面圖案與其互補結構，下層為反射層。本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明通過生成斑圖的方式設計吸波體損耗層超表面結構，進一步拓寬了吸波體設計自由度，本發(fā)明方法所設計結構具有較好的寬帶吸收性能。同時由于采用復雜結構超表面，結構難以被有效測量并評估結構尺寸性能，同時降低了設計被仿制的可能。并且斑圖結構設計進一步提高了超表面結構的設計自由度，可適用于各波段與帶寬需求的透明吸波體設計。

技術特征：

1.透明吸波體超表面結構，其特征在于，透明吸波體超表面圖案以斑圖作為基準，旋轉對稱或徑向對稱；斑圖采用二進制編碼矩陣中一條或多條0或1的折線輪廓。

2.根據權利要求1所述的透明吸波體超表面結構，其特征在于，所述折線輪廓為平滑或未平滑處理的。

3.根據權利要求1所述的透明吸波體超表面結構，其特征在于，所述透明吸波體超表面結構包括三層，上層和中層分別為透明吸波體超表面圖案與其互補結構，下層為反射層。

4.透明吸波體超表面結構設計方法，其特征在于，包括：

5.根據權利要求1所述的透明吸波體超表面結構設計方法，其特征在于，所述方法還包括采用樣條插值對尺寸歸一化處理后的前m條折線輪廓進行平滑處理，并舍棄出現自相交的折線輪廓，得到斑圖。

6.根據權利要求4或5所述的透明吸波體超表面結構設計方法，其特征在于，所述方法還包括生成多個超表面結構，利用優(yōu)化算法選取出最優(yōu)超表面結構：

7.根據權利要求6所述的透明吸波體超表面結構設計方法，其特征在于，s2中，根據電磁仿真獲得每個個體的電磁吸收性能。

8.根據權利要求6所述的透明吸波體超表面結構設計方法，其特征在于，s2中，根據訓練好的神經網絡獲得每個個體的電磁吸收性能，神經網絡的輸入為所述超表面結構的參數，輸出為對應超表面結構的電磁吸收性能。

9.根據權利要求6所述的透明吸波體超表面結構設計方法，其特征在于，采用遺傳算法、退火算法或蟻群算法依據電磁吸收性能生成下一代種群中個體。

10.一種透明吸波體超表面結構設計裝置，包括存儲設備、處理器以及存儲在所述存儲設備中并可在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序實現如權利要求1至7任一所述透明吸波體超表面結構設計方法的步驟。

技術總結
透明吸波體超表面結構及其設計方法，解決了透明吸波體超表面結構容易被仿制、設計自由度較低的問題，屬于透明吸波體設計領域。本發(fā)明包括：獲取二進制的編碼矩陣，在編碼矩陣中選取0的折線輪廓，得到多條折線輪廓，依據折線輪廓長度從大到小的順序進行排列，選取前M條折線輪廓，對選取的前M條折線輪廓進行尺寸歸一化處理，得到單元圖案；將單元圖案按照超表面圖案需要設計的尺寸進行放縮，將放縮后的單元圖案作為基準，采用旋轉對稱或徑向對稱生成透明吸波體超表面圖案；根據透明吸波體超表面圖案生成超表面結構。本發(fā)明由于采用復雜的斑圖結構設計超表面，超表面結構難以被有效測量并評估結構尺寸性能，同時降低了設計被仿制的可能。

技術研發(fā)人員：宋梓誠,賀喬柏,李澤欽,朱嘉琦,張銳聰,王天宇,張智博,殷軾雯,潘昭序
受保護的技術使用者：哈爾濱工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15