本技术公开了一种基于卷积神经网络的微带阵列天线电磁‑热快速仿真方法,主要解决现有方法需要求解大型全局矩阵方程,导致计算速度慢、内存消耗高的问题。包括:1)搭建基于卷积神经网络的电磁仿真代理模型,将像素化的天线矩阵和频率矩阵作为模型输入,输出电场分布;3)搭建基于卷积神经网络的热仿真代理模型架构,将天线电场分布矩阵作为输入,输出温度分布;4)通过基于有限元作为内核的多物理场数值仿真软件构造电磁仿真和热仿真数据集,并分别对基于卷积神经网络的电磁、热仿真代理模型进行优化训练;5)对训练好的两种仿真代理模型建立耦合关系,实现多物理场仿真。本发明能够有效提升多物理场仿真的速度,并降低内存消耗。
背景技术
在无线通信、集成电路、微波电路、天线设计、精确制导等领域,以电磁场为中心,电磁场、温度场等多物理场耦合问题越来越突出。通过实测研究上述电磁-热多物理场耦合问题存在成本高、周期长、结果易受测试环境影响等缺点,因此电磁-热多物理仿真技术成为研究多物理场效应的必要手段。多物理仿真是典型的多学科交叉技术,需要物理学、数学、计算机科学、工程应用领域的相关知识,传统上主要利用数值算法求解不同物理场控制方程,并通过建立不同物理场的耦合关系实现多物理场耦合仿真。
目前主流电磁-热多物理场仿真方法是基于数值方法的,例如有限元法、时域有限差分法、有限体积法等。在全球范围内得到广泛应用的多物理场数值仿真软件COMSOLMultiphysics即是基于有限元法开发,其利用有限元法进行电磁、热单一物理场仿真,然后建立电磁仿真、热仿真的耦合关系,最终实现电磁-热多物理场仿真。
采用有限元法实现电磁-热多物理场仿真,其优势在于能够采用四面体网格对几何结构进行剖分,能够逼近任意外形几何结构,能够采用高阶基函数提高计算精度,能够对复杂媒质问题进行分析;然而,这种基于数值方法的电磁-热多物理场仿真方法基本都需要将单元矩阵装配到大的全局矩阵,然后求解大型全局矩阵方程,随着待求解问题规模的增大,矩阵方程的规模也急剧增大,导致无论用直接解法还是迭代解法对矩阵方程进行求解都存在较大困难,具体表现为计算速度慢、内存消耗高,因此限制了传统电磁-热多物理场仿真方法分析复杂工程问题的能力。
实现思路