CN110907704A - 一种提取材料微波复介电常数和复磁导率唯一值方法 - Google Patents

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Abstract

一种提取材料微波复介电常数和复磁导率唯一值方法，首次使用ELM神经网络解决了微波材料复介电常数和复磁导率提取问题，该方法充分利用已有的文献中的数据，利用神经网络的学习能力，在宽频带内正确获取微波材料复介电常数和复磁导率唯一值，为材料应用于微波领域做出贡献。

Description

一种提取材料微波复介电常数和复磁导率唯一值方法
技术领域
本发明涉及微波电磁特性参数提取领域，尤其涉及一种提取材料微波复介电常数和复磁导率唯一值方法。
背景技术
材料对电磁波的传输和吸收与其复介电常数和复磁导率相关，复介电常数和复磁导率是研究电磁波与材料相互作用的重要参数，因此，提取材料复介电常数和复磁导率是一个热门研究内容。
由于材料的复介电常数和复磁导率与频率有关，宽频段内提取材料的复介电常数和复磁导率是一个重点研究内容。鉴于波导具有传输宽频段电磁波的特性，使用波导作为夹具的传输反射法测试提取材料宽频段复介电常数和复磁导率的方法得到广泛应用。但是，此种方法在提取复介电常数和复磁导率过程中会产生多解。为了避免多解问题的发生，需要将材料厚度限定在电磁波的一个波长内。但是，在材料复介电常数和复磁导率未知情况下，无法判断材料厚度是否在一个波长内。因此，在材料厚度和电磁波波长关系未知情况下提取材料复介电常数和复磁导率是一个需要解决的问题。
目前，为解决此问题，已有多种方法被提出。但是，这些方法都建立在某种假设条件下。如果材料中传输TEM波，那么可以应用克拉默-克隆尼格方程来提取材料复介电常数和复磁导率唯一值[1]；如果宽频段内，材料某个频点的复介电常数和复磁导率值已知，可以使用相位连续变化的方法来确定宽频段内复介电常数和复磁导率唯一值[2]；如果材料复介电常数和复磁导率是连续变化的，可以应用相位延时方法确定复介电常数和复磁导率唯一值[3]。但是，在这些前提假设不成立情况下，将无法获取材料复介电常数和复磁导率唯一值。
【参考文献】
[1] Szabó Z, Park G H, Hedge R, et al. A unique extraction ofmetamaterial parameters based on Kramers-Kronig relationship[J]. IEEETransactions on Microwave Theory and Techniques, 2010, 58(10): 2646-2653.
[2] Barroso J J, Hasar U C. Resolving phase ambiguity in the inverseproblem of transmission/reflection measurement methods[J]. Journal ofInfrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 2011, 32(6): 857-866.
[3] Weir W B. Automatic measurement of complex dielectric constant andpermeability at microwave frequencies[J]. Proceedings of the IEEE, 1974, 62(1): 33-36。
发明内容
为了解决现有技术存在的难题，本发明一种提取材料微波复介电常数和复磁导率唯一值方法，使得不需要前提假设条件即可提取材料复介电常数和复磁导率唯一值，总结已在发表论文中计算结果的规律，使用这些具有规律性的数据训练极限学习机（ELM）神经网络模型，进而得到一个可以提取材料复介电常数和复磁导率唯一值的神经网络。
一种提取材料微波复介电常数和复磁导率唯一值方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
1、在已发表文献中，找出传输反射法测试提取材料电磁特性参数唯一值的文献，获取文献中的S参数即其对应的复介电常数和复磁导率；
2、使用微波理论，根据S参数提取多组复介电常数和复磁导率，选取正确的结果即其对应的选取条件；
3、将多组提取的复介电常数和复磁导率和其选取条件作为模型的输入，将正确的复介电常数和复磁导率和其选取条件作为模型的输出，训练ELM神经网络；
4、使用未用于训练ELM模型的多组提取的复介电常数和复磁导率和其选取条件作为模型的输入，对比输出结果和正确的复介电常数和复磁导率和其选取条件；比较ELM模型输出结果和正确输出结果，并计算测试误差MSE：
Figure 478445DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，
Figure 479899DEST_PATH_IMAGE002
表示实验测试数据，即ELM模型的理想输出结果，
Figure 819745DEST_PATH_IMAGE003
表示ELM模型的输出结果，N表示样本数量；
5、比较ELM模型精度期望值和测试误差MSE大小，如果测试数据代入模型后，MSE小于期望值，则完成ELM模型训练；如果MSE大于期望值，则需要调整激励函数G和隐藏神经元个数N重新训练，直到MSE小于期望值，结束训练，完成建模。
一种提取材料微波复介电常数和复磁导率唯一值方法，首次使用ELM神经网络解决了微波材料复介电常数和复磁导率提取问题。这种方法充分利用已有的文献中的数据，利用神经网络的学习能力，在宽频带内正确获取微波材料复介电常数和复磁导率唯一值，为材料应用于微波领域做出贡献。
附图说明
图1是本发明提取材料微波复介电常数和复磁导率唯一值流程示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明技术方案进行详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
首先，获取多篇已发表论文中材料S参数的测试结果。然后，确定这些S参数对应的复介电常数和复磁导率及提取条件。针对其中一部分S参数，使用微波理论计算材料的复介电常数和复磁导率，计算结果具有多解，每组解对应一种提取条件，该提取结果和提取条件作为ELM模型的输入。该部分S参数对应的复介电常数和复磁导率及提取条件作为ELM模型的输出。训练ELM模型。
针对另一部分S参数，使用微波理论计算材料的复介电常数和复磁导率，计算结果具有多解，每组解对应一种提取条件，该提取结果和提取条件输入至训练完成后的ELM模型。对比模型输出结果和该部分S参数对应的复介电常数和复磁导率及提取条件。对比结果满足设定误差范围，则ELM模型训练完成。否则调整ELM模型神经元个数和激活函数，重新训练。训练好的模型可用于微波材料复介电常数和福磁导率唯一值提取。

Claims (1)

1.一种提取材料微波复介电常数和复磁导率唯一值方法，其特征在于：包括如下步骤：
1、在已发表文献中，找出传输反射法测试提取材料电磁特性参数唯一值的文献，获取文献中的S参数即其对应的复介电常数和复磁导率；
2、使用微波理论，根据S参数提取多组复介电常数和复磁导率，选取正确的结果即其对应的选取条件；
3、将多组提取的复介电常数和复磁导率和其选取条件作为模型的输入，将正确的复介电常数和复磁导率和其选取条件作为模型的输出，训练ELM神经网络；
4、使用未用于训练ELM模型的多组提取的复介电常数和复磁导率和其选取条件作为模型的输入，对比输出结果和正确的复介电常数和复磁导率和其选取条件；比较ELM模型输出结果和正确输出结果，并计算测试误差MSE：
Figure 438115DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，
Figure 380795DEST_PATH_IMAGE002
表示实验测试数据，即ELM模型的理想输出结果，
Figure 257484DEST_PATH_IMAGE003
表示ELM模型的输出结果，N表示样本数量；
5、比较ELM模型精度期望值和测试误差MSE大小，如果测试数据代入模型后，MSE小于期望值，则完成ELM模型训练；如果MSE大于期望值，则需要调整激励函数G和隐藏神经元个数N重新训练，直到MSE小于期望值，结束训练，完成建模。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2767585C1 (ru) * 2021-04-21 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Способ измерения физических свойств диэлектрической жидкости

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10260133A (ja) * 1997-03-21 1998-09-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 表面層の複素誘電率の変化量算出方法
CN101620249A (zh) * 2009-07-27 2010-01-06 张莉 人工电磁材料电磁参数测量的神经网络方法
CN101655525A (zh) * 2009-07-27 2010-02-24 肖怀宝 基于支持向量机(svm)的人工电磁材料电磁参数提取方法
EP2406619A1 (fr) * 2009-03-13 2012-01-18 Commissariat à l'Energie Atomique Procede et dispositif de mesure de la permittivite et/ou permeabilite
US20120212375A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-23 Depree Iv William Frederick Quantum broadband antenna
CN102944751A (zh) * 2012-11-12 2013-02-27 中国传媒大学 基于混波室的介电常数测量方法
CN103177124A (zh) * 2013-04-15 2013-06-26 昆明理工大学 一种介电常数数据库检索方法及***
CN103308778A (zh) * 2013-07-03 2013-09-18 四川大学 介电常数测量装置
US8635039B1 (en) * 2010-07-21 2014-01-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Graphical technique for retrieving permittivity and permeability of materials
CN104330643A (zh) * 2014-11-18 2015-02-04 上海市计量测试技术研究院 一种改进的测量材料电磁参数的传输/反射方法
CN104915497A (zh) * 2015-06-09 2015-09-16 哈尔滨工程大学 一种高速pcb微带线间分布电容参数的预估方法
CN105929247A (zh) * 2016-05-09 2016-09-07 河南师范大学 一种介电常数四端口测量装置
CN106483384A (zh) * 2016-11-08 2017-03-08 河南师范大学 电介质介电常数微波测量装置
CN106980095A (zh) * 2017-05-24 2017-07-25 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种基于改进k‑k算法的超材料电磁参数反演方法
CN107908814A (zh) * 2017-10-12 2018-04-13 天津大学 基于amg算法的射频功放互连可靠性建模方法
CN107977535A (zh) * 2017-12-22 2018-05-01 天津大学 一种基于elm的射频功放温度特性建模方法
CN108268700A (zh) * 2017-12-22 2018-07-10 天津大学 一种基于bpnn的射频功放温度特性建模方法
CN108287941A (zh) * 2017-12-22 2018-07-17 天津大学 一种基于dnn的射频功放温度特性建模方法
CN108446451A (zh) * 2018-02-27 2018-08-24 天津大学 一种基于elm的低噪声放大器温度特性建模方法

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10260133A (ja) * 1997-03-21 1998-09-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 表面層の複素誘電率の変化量算出方法
EP2406619A1 (fr) * 2009-03-13 2012-01-18 Commissariat à l'Energie Atomique Procede et dispositif de mesure de la permittivite et/ou permeabilite
CN101620249A (zh) * 2009-07-27 2010-01-06 张莉 人工电磁材料电磁参数测量的神经网络方法
CN101655525A (zh) * 2009-07-27 2010-02-24 肖怀宝 基于支持向量机(svm)的人工电磁材料电磁参数提取方法
US8635039B1 (en) * 2010-07-21 2014-01-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Graphical technique for retrieving permittivity and permeability of materials
US20120212375A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-23 Depree Iv William Frederick Quantum broadband antenna
CN102944751A (zh) * 2012-11-12 2013-02-27 中国传媒大学 基于混波室的介电常数测量方法
CN103177124A (zh) * 2013-04-15 2013-06-26 昆明理工大学 一种介电常数数据库检索方法及***
CN103308778A (zh) * 2013-07-03 2013-09-18 四川大学 介电常数测量装置
CN104330643A (zh) * 2014-11-18 2015-02-04 上海市计量测试技术研究院 一种改进的测量材料电磁参数的传输/反射方法
CN104915497A (zh) * 2015-06-09 2015-09-16 哈尔滨工程大学 一种高速pcb微带线间分布电容参数的预估方法
CN105929247A (zh) * 2016-05-09 2016-09-07 河南师范大学 一种介电常数四端口测量装置
CN106483384A (zh) * 2016-11-08 2017-03-08 河南师范大学 电介质介电常数微波测量装置
CN106980095A (zh) * 2017-05-24 2017-07-25 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种基于改进k‑k算法的超材料电磁参数反演方法
CN107908814A (zh) * 2017-10-12 2018-04-13 天津大学 基于amg算法的射频功放互连可靠性建模方法
CN107977535A (zh) * 2017-12-22 2018-05-01 天津大学 一种基于elm的射频功放温度特性建模方法
CN108268700A (zh) * 2017-12-22 2018-07-10 天津大学 一种基于bpnn的射频功放温度特性建模方法
CN108287941A (zh) * 2017-12-22 2018-07-17 天津大学 一种基于dnn的射频功放温度特性建模方法
CN108446451A (zh) * 2018-02-27 2018-08-24 天津大学 一种基于elm的低噪声放大器温度特性建模方法

Non-Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BARROSO J J: "Resolving phase ambiguity in the inverse problem of transmission/reflection measurement methods", 《JOURNAL OF INFRARED, MILLIMETER, AND TERAHERTZ WAVES》 *
HAI-PENG FU: "Challenges of measuring the complex permittivity and permeability of thin materials in millimeter wave regimes (140GHz–220GHz)", 《2016 IEEE MTT-S INTERNATIONAL CONFERENCE ON NUMERICAL ELECTROMAGNETIC AND MULTIPHYSICS MODELING AND OPTIMIZATION (NEMO)》 *
HUAIBAO XIAO: "An improved method of extracting permittivity combined SVM and waveguide theory", 《2010 INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICROWAVE AND MILLIMETER WAVE TECHNOLOGY》 *
JIANFENG XU: "Complex Permittivity and Permeability Measurements and Finite-Difference Time-Domain Simulation of Ferrite Materials", 《IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY 》 *
JOHN MCVAY: "Extraction of effective permittivity and permeability of dispersive double-negative slabs using evolutionary programming", 《2007 IEEE ANTENNAS AND PROPAGATION SOCIETY INTERNATIONAL SYMPOSIUM》 *
M. ANIS: "A novel multimodal technique for the unique and simultaneous determination of material permittivity and permeability", < 2009 EUROPEAN MICROWAVE CONFERENCE (EUMC)> *
SHENHUI JING: "Extraction of Permittivity and Permeability for Ferrites and Flexible Magnetodielectric Materials Using a Genetic Algorithm", 《 IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY》 *
VASUNDARA V. VARADAN: "Unique Retrieval of Complex Permittivity and Permeability of Dispersive Materials From Reflection and Transmitted Fields by Enforcing Causality", 《IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES》 *
WEIR W B: "Automatic measurement of complex dielectric constant and permeability at microwave frequencies", 《PROCEEDINGS OF THE IEEE》 *
ZSOLT SZABÓ: "A Unique Extraction of Metamaterial Parameters Based on Kramers–Kronig Relationship", 《 IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES 》 *
唐宗熙: "微波介质介电常数和磁导率测试方法", 《计量学报》 *
李小玲: "介质材料微波特性测量", 《2007年全国微波毫米波会议论文集》 *
田步宁: "传输_反射法测量复介电常数的三个方程研究", 《宇航学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2767585C1 (ru) * 2021-04-21 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Способ измерения физических свойств диэлектрической жидкости

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