《基於微生物模版的人工電磁媒質電磁回響的多尺度效應》是依託北京工業大學，由唐章宏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於微生物模版的人工電磁媒質電磁回響的多尺度效應
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：唐章宏
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
人工電磁媒質可以獲得自然媒質無法實現的介電常數和磁導率，籍此可以獲得特殊的電磁回響特徵。目前設計的人工電磁媒質普遍存在工作頻寬窄的缺點，其套用十分有限。如果周期單元內具有不同尺度的微結構，可能會出現多個諧振頻率，更進一步，如果能在多個諧振頻率附近出現負性特徵，將會大大拓寬人工電磁媒質的工作頻寬。本項目擬在多尺度結構微生物模版的基礎上，系統研究多尺度結構單元形成多諧振頻率、甚至在多個諧振頻率出現負性特徵的機理，利用多重格線和多尺度有限元法分析其電磁回響特徵的多尺度效應；將複雜的多尺度結構拆分成不同尺度的簡單結構以形成複雜多尺度結構的等效電路，利用等效電路的方法分析其電磁回響多尺度效應形成的機理。本項目的研究對設計新型人工電磁媒質具有重要的指導意義。
結題摘要
本項目擬在多尺度結構微生物模版的基礎上，系統研究多尺度結構單元形成多諧振頻率、甚至在多個諧振頻率出現負性特徵的機理，利用多重格線和多尺度有限元法分析其電磁回響特徵的多尺度效應，利用等效電路的方法分析其電磁回響多尺度效應形成的機理。 項目首先從項目申請者積累的有限元計算方法入手，基於有限元的超收斂理論，研究自適應有限元的快速計算方法，該快速計算方法有助於進一步準確快速的研究立體結構單元的電磁特性。在此基礎上，基於Fortran、C++和Matlab開發出大規模並行計算程式，計算多尺度複雜三維結構電磁功能材料的電磁特性，以此作為最佳化的基本計算模組，編寫大規模並行最佳化計算軟體。目前已經利用matlab和Fortran/C++成功編寫出基於並行差分進化算法的最佳化軟體，並成功最佳化出超薄、超寬頻的多層帶頻率選擇表面的複合結構吸波材料，基於該研究成果成功申請到某軍事裝備所的項目。此外，項目還採用可視化的Smith圓圖和等效電路的方法，利用阻抗匹配原理快速最佳化多層複合結構吸波結構材料。 項目開展過程中提出了一種基於非協調有限元的區域分解算法處理非常複雜的三維多尺度模型，但後面的實現過程中驗證這種處理方法收斂速度很慢，暫時放棄該方法。此外，現有經費支持的情況下，完全從培養微生物到通過顯微鏡提取微生物的立體結構信息有很大難度，因此項目實施過程中採取通過已有的微生物結構研究具有多尺度結構特徵的微生物模版形成多諧振頻率的機理: (1) 基於枝杈狀的微生物結構，設計出枝杈狀的頻率選擇表面，該頻率選擇表面周期結構一方面演化為多層可調節的網孔結構超寬頻建築吸波材料，另一方面演化為蜂窩結構的立體周期結構； (2) 基於螺旋形的微生物結構，設計出嵌套在蜂窩結構內部的螺旋形立體周期結構； (3) 基於多尺度的微生物結構，設計出多尺寸球形顆粒堆積的立體周期結構。
