【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及滤波器等离激元优化控制领域，具体是基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法。
技术介绍
1、在现代无线通信和光学通信系统中，滤波器是至关重要的核心组件之一，尤其在窄带滤波场景中，滤波器的性能直接决定了系统的传输质量和信号稳定性。在现有的技术背景下，基于等离激元的滤波技术已经成为一种广泛应用的滤波方式。等离激元滤波器利用金属纳米结构和介电材料之间的等离激元效应，在亚波长尺度上实现光与物质之间的强烈耦合，能够极大地提升滤波器的选择性和响应速度。传统的等离激元滤波器通过调节结构参数来实现对特定频率的窄带滤波，这种滤波器通常具有较好的频率选择性，能够有效抑制不必要的频段信号并保留目标频段的信号，因此被广泛应用于光通信、传感器网络和无线通信设备中。等离激元滤波器凭借其体积小、响应快、易于集成的特点，逐渐成为实现高性能滤波的关键技术之一。
2、此外，等离激元滤波器通过设计特殊的几何结构，可以实现在亚波长尺度上的局域场增强，使得其在低频段、中频段甚至高频段范围内都能有效工作。现有的等离激元滤波器大多采用线性谐振器或准线性谐振器进行设计，通过改变谐振器的共振频率来调节滤波器的频率响应特性。线性谐振器的主要原理是通过特定的几何参数和材料组合形成特定的共振频率，当输入信号的频率与共振频率匹配时，信号能够得到有效的传输和放大，从而实现对特定频段信号的有效滤波。
3、另一方面，在无线通信和光通信系统中，驻波比(standing wave ratio,swr)是衡量滤波器性能的重要指标之一。驻波比越高，意味着系
技术实现思路
1、本专利技术提出了基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，该方法通过引入非线性谐振器和等离激元滤波器的协同响应优化，解决了现有技术中存在的驻波比过高、响应速度不足以及频率调控能力有限等问题。
2、其中，基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，包括以下步骤：
3、s1.收集滤波器在等离激元激发下的输入频率、输出信号，并记录窄带范围内的低驻波比变化；对采集到的等离激元激发下的驻波比数据进行去噪和归一化处理，得到基础的时间序列数据，初始响应变量以及对应的驻波比；
4、s2.通过分析得到的驻波比曲线，根据四阶龙格-库塔法对耦合系统的动态行为进行数值计算，并根据计算结果优化等离激元滤波器与谐振器的协同响应；
5、s3.将优化后的等离激元控制参数应用于滤波器，并在实际环境中验证低驻波比窄带效果；
6、其中，所述步骤s2具体包括以下子步骤：
7、s201.通过二阶非线性微分方程描述等离激元滤波器与非线性谐振器的协同响应；
8、s202.根据基础的时间序列数据，初始响应变量以及对应的驻波比，计算对应的初始斜率；
9、s203.根据计算得到的初始斜率估计第一中间点斜率，并根据计算得到的第一中间点斜率估计第二中间点斜率；
10、s204.根据计算得到的第二中间点斜率计算最终点斜率；
11、s205.利用四次斜率的加权平均值，计算下一时刻的位移和速度；
12、s206.对每一时间步长重复步骤s203-s205，直到达到积分的终止时间；根据每一时间步长计算得到的数值解，分析滤波器的频率响应特性。
13、进一步的，所述步骤s201中，二阶非线性微分方程表示为：
14、
15、其中，所述d表示导数，所述q表示系统的动态变量，包括等离激元系统中的电场强度、位移和电荷密度中的一种，所述t表示时间变量，用于描述等离激元的动态响应随时间的变化，所述γ表示阻尼系数，即系统中的能量损失，所述ωsp表示等离激元系统中的固有频率项，所述β表示等离激元系统非线性相关的系数，所述α表示非线性刚度相关的系数。
16、进一步的，所述步骤s201中，在建立二阶非线性微分方程后，还包括步骤：将二阶微分方程组转换为两个一阶方程，具体为：
17、引入变量v，则方程变换为：
18、
19、其中，所述v表示系统的动态响应速度，所述f(t)表示外部激励力，即输入频率下的等离激元激发。
20、进一步的，所述步骤s202中，计算对应的初始斜率具体表示为：
21、k1＝vn；
22、
23、其中，所述k1表示第n个时间步的谐振器的动态变量的斜率，所述vn表示第n个时间步的谐振器的动态响应速度，所述l1表示第n个时间步的谐振器的动态响应速度的斜率，所述tn表示初始状态的时间，所述qn表示第n个时间步的谐振器位移。
24、进一步的，所述步骤s203中，根据计算得到的初始斜率估计第一中间点斜率具体包括以下子步骤：
25、计算第一中间点：
26、
27、计算第一中间点斜率：
28、
29、其中，所述表示在时间时刻的谐振器位移，所述表示在时间时刻的谐振器的动态响应速率，所述k2表示时间时刻的谐振器的动态变量的斜率，所述l2表示时间时刻的谐振器的谐振器位移的斜率。
30、进一步的，所述步骤s203中，根据计算得到的第一中间点斜率估计第二中间点斜率具体包括以下子步骤：
31、计算第二中间点：
32、
33、
34、计算第二中间点斜率：
35、
36、其中，所述表示根据进一步修正后计算得到的新的谐振器位移的中间值，所述表示根据计算得到的新的谐振器相应速率的中间值，所述k3表示进一步修正后计算得到的新的谐振器位移的斜率的中间值，所述l3表示进一步修正后计算得到的新的谐振器响应速率的斜率的中间值。
37、进一步的，所述步骤s204中，根据计算得到的第二中间点斜率计算最终点斜率具体表示为：
38、计算最终点中间点：
39、
40、计算最终点斜率：
41、
42、其中，所述表示在时间步n+1中计算的最终的谐振器位移的预测值，所述表示在时间步n+1中计算的最终的谐振器响应速率的预测值，所述k4表示在时间步n+1中计算的最终的谐振器位移的斜率的预测值，所述l4表示计算的最终的谐振器响应速率的斜率的预本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，所述步骤S201中，二阶非线性微分方程表示为：
3.如权利要求2所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，所述步骤S201中，在建立二阶非线性微分方程后，还包括步骤：将二阶微分方程组转换为两个一阶方程，具体为：
4.如权利要求1所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，所述步骤S202中，计算对应的初始斜率具体表示为：
5.如权利要求1所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，所述步骤S203中，根据计算得到的初始斜率估计第一中间点斜率具体包括以下子步骤：
6.如权利要求1所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，所述步骤S203中，根据计算得到的第一中间点斜率估计第二中间点斜率具体包括以下子步骤：
7.如权利要求1所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的
8.如权利要求1所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，所述步骤S205具体流程表示为：
9.如权利要求1所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，
10.如权利要求1所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，所述耦合系统具体为非线性谐振器和等离激元所建立的耦合关系的系统。
...【技术特征摘要】
1.基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，所述步骤s201中，二阶非线性微分方程表示为：
3.如权利要求2所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，所述步骤s201中，在建立二阶非线性微分方程后，还包括步骤：将二阶微分方程组转换为两个一阶方程，具体为：
4.如权利要求1所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，所述步骤s202中，计算对应的初始斜率具体表示为：
5.如权利要求1所述的基于等离激元的低驻波比窄带滤波器的控制优化方法，其特征在于，所述步骤s203中，根据计算得到的初始斜率估计第一中间点斜率具体包括以下子步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：张萌，徐常华，张启，陈自然，
申请(专利权)人：航天科工通信技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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