發(fā)布時(shí)間：2020-04-24 23:37

【摘要】：超材料以其特殊的電磁特性被科學(xué)界廣泛關(guān)注,并成功地應(yīng)用于雷達(dá)、天線、傳感器和其他微波器件上。在傳統(tǒng)的超材料的設(shè)計(jì)與仿真中,往往需要利用HFSS、CST等電磁仿真軟件進(jìn)行復(fù)雜的建模與大量的數(shù)值計(jì)算,如何快速、準(zhǔn)確地對(duì)超材料進(jìn)行分析成為目前超材料研究領(lǐng)域的一大問(wèn)題。近年來(lái),部分學(xué)者提出利用深度學(xué)習(xí)的思想構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)超材料進(jìn)行特性參數(shù)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法,為超材料設(shè)計(jì)與仿真提供了另一種思路。利用深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)超材料是一種較為通用的方法,不需要考慮超材料的建模過(guò)程,也不需要對(duì)其各種參數(shù)進(jìn)行電磁計(jì)算,只需要學(xué)習(xí)不同結(jié)構(gòu)以及其對(duì)應(yīng)的特性即可對(duì)超材料進(jìn)行特性計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),這對(duì)于超材料的研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。本文介紹了超材料的特性以及傳統(tǒng)電磁數(shù)值計(jì)算方法,學(xué)習(xí)了基于深度學(xué)習(xí)研究超材料結(jié)構(gòu)與特性的思想,并將其應(yīng)用于周期性陣列型超材料結(jié)構(gòu)特性參數(shù)的計(jì)算。對(duì)于周期性超材料陣列結(jié)構(gòu),將其抽象為“0”、“1”矩陣的形式,使用Matlab與CST微波工作室聯(lián)合仿真的方法對(duì)其進(jìn)行建模與仿真,得到模型結(jié)構(gòu)和其對(duì)應(yīng)的S參數(shù)作為樣本數(shù)據(jù)集,然后運(yùn)用深度學(xué)習(xí)思想構(gòu)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),分析了卷積層深度、池化方式、激活函數(shù)和優(yōu)化器選取對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能的影響,使用GPU加速的方法對(duì)仿真得到的部分樣本數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練,從而構(gòu)建超材料結(jié)構(gòu)和其特性參數(shù)之間的映射關(guān)系,最后利用構(gòu)建的映射關(guān)系對(duì)樣本數(shù)據(jù)集里的訓(xùn)練集進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)對(duì)超材料特性參數(shù)計(jì)算的效果,為進(jìn)一步通過(guò)超材料的特性進(jìn)行結(jié)構(gòu)的逆向設(shè)計(jì)做出了鋪墊。
【圖文】：

碩士學(xué)位論文逡逑ＭＡＳＴＥＲ’Ｓ邋ＴＨＥＳＩＳ逡逑劉教授所構(gòu)建的雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在正向模擬中，其深度學(xué)習(xí)模型可以快捷超材料結(jié)構(gòu)參數(shù)所具有的反射系數(shù)和頻率點(diǎn)；在反向設(shè)計(jì)中，其深度學(xué)依靠需求的超材料特性來(lái)設(shè)計(jì)出恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)。特別值得一提的是，材料特性中的反射頻率點(diǎn)和振幅等基本參數(shù)，劉教授所構(gòu)建的的雙向型也可以按照性能需求來(lái)設(shè)計(jì)出合適的手性超材料的物理結(jié)構(gòu)。逡逑°－

邐［邋ＣＷｒｏｐｔｉｃａｌ邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋＾逡逑３０邐４０邐？）邋６Ｃ邋Ｉｆ｝邋ｆｉ）逡逑圖１．１深度學(xué)習(xí)在手性超材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化逡逑Ｔｅｌ邋Ａｖｉｖ邋Ｔｅｌ邋Ａｖｉｖ邋Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ納米科學(xué)和納米技術(shù)中心研宄員Ｍｉｃｈｅａｌ邋Ｍｒｅｊｅｎ和逡逑計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院研宄員Ｍａｌｋｉｅｌｌｔｚｉｋ發(fā)表文章展示了一種基于深度學(xué)習(xí)的方法來(lái)簡(jiǎn)逡逑化基本納米光子和超材料元素的設(shè)計(jì)的方法近幾十年來(lái)，盡管光學(xué)領(lǐng)域的許多逡逑突破帶來(lái)了前所未有的成像能力，，但它在日常生活中的影響和滲透一直受到復(fù)雜和逡逑反復(fù)的過(guò)程建模、納米制備和納米表征循環(huán)的阻礙。其根本原因是光學(xué)響應(yīng)的計(jì)算逡逑需要利用大量數(shù)值計(jì)算來(lái)求解麥克斯韋方程而得到，是個(gè)非常耗時(shí)且依賴計(jì)算力的逡逑過(guò)程。更重要的是求解問(wèn)題具有高度非線性的特點(diǎn)，其逆問(wèn)題即設(shè)計(jì)具有按需光學(xué)逡逑響應(yīng)的超材料納米結(jié)構(gòu)也同樣是一項(xiàng)令人望而卻步的任務(wù)，即使使用最先進(jìn)的數(shù)值逡逑工具也是如此。與此同時(shí)，雖然多年來(lái)計(jì)算機(jī)科學(xué)一直被用來(lái)處理納米光子成像、逡逑設(shè)計(jì)和表征方面的艱巨任務(wù)，但是這些方法要么是針對(duì)超越衍射極限的分辨成像和逡逑表征
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP18;O441;TB34

【參考文獻(xiàn)】

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1 郭云勝;;細(xì)導(dǎo)線陣列產(chǎn)生負(fù)等效介電常數(shù)的簡(jiǎn)單推導(dǎo)[J];大學(xué)物理;2010年03期

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1 張明習(xí);劉曉春;門薇薇;;超材料在隱身技術(shù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2015年

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1 劉敏;基于超材料的寬頻帶定向性微帶天線的設(shè)計(jì)與研究[D];中北大學(xué);2018年

2 李雅楠;基于貼片型結(jié)構(gòu)的超材料的特性研究與設(shè)計(jì)[D];西南科技大學(xué);2015年

3 易廣為;人工電磁結(jié)構(gòu)材料對(duì)天線輻射特性的動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2014年

4 徐姍姍;卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究與應(yīng)用[D];南京林業(yè)大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2639510