知識(shí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電磁工程中的應(yīng)用.pdf

1、摘要今高性能快速的電磁工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)來(lái)說(shuō)，建立起快速的元器件模型顯得十分有必要。近年來(lái)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)作為一種快速準(zhǔn)確的建模工具在電磁工程領(lǐng)域中引起了廣大工程設(shè)計(jì)者的極大關(guān)注色廠了本文在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的基礎(chǔ)上引入了可用于復(fù)雜的塑I逞建模的知識(shí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(KBNN)，同時(shí)提出了兩種新型結(jié)構(gòu)的知識(shí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò):一種是采用主墓霆壑醚業(yè)(PCA)作為網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)前處理器的穩(wěn)健的知產(chǎn)識(shí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RKBNN)，另一種是

2、含有知識(shí)人工神經(jīng)元的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人(NNKBN)，其知識(shí)人工神經(jīng)元的活化函數(shù)是由擴(kuò)展的經(jīng)驗(yàn)公式構(gòu)成。合先，結(jié)構(gòu)的頻應(yīng)用RKBNN建立起了高速數(shù)字集成電路(HSDIC)共面互連線變電阻電感網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型。結(jié)果表明:通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中加入PCA訓(xùn)練數(shù)據(jù)前處理器，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的效率和穩(wěn)定性都得到了很大的提高，同時(shí)受訓(xùn)后各RKBNN模型還具有較強(qiáng)的推廣能力。其次，在訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)匾乏的情況下，應(yīng)用NNKBN建立起了廣泛應(yīng)用于多芯片封裝模塊(MCM)中帶狀線間

3、隙的不連續(xù)特性網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型。結(jié)果表明帶狀線間隙不連續(xù)特性的NNKBN模型在保持較高的建模精度下具有良好的外推特性?？傊瑧?yīng)用本文提出的知識(shí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所建立的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型不僅保持了電磁數(shù)值仿真的精度，而且還可以降低它們對(duì)CPU和內(nèi)存等硬件的要求，同時(shí)還具有良好的外推特性。因此，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中鑲?cè)虢?duì)象先驗(yàn)知識(shí)信息的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在高性能快速的電磁工程CAD中具有很大的應(yīng)用潛力。卜廠一關(guān)鍵詞:分析(PCA)NN)鉚助工勝把晰KBNN)主

4、要元素項(xiàng)知識(shí)人工神經(jīng)元，高速數(shù)字集成電路(HSDIC)，互連線，多芯片封裝模塊(MCM)，帶狀線，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)蔽AD)，建模一JJ講氛抓..矗蒲舀靛避_a.電了科技人學(xué)碩卜論文第一章引言隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，電磁工程設(shè)計(jì)技術(shù)己經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)期。原來(lái)一些單靠人工難以解決的甚至無(wú)法解決的設(shè)計(jì)課題在采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)之后迎刃而解而那些費(fèi)時(shí)費(fèi)力的微波元器件和電路設(shè)計(jì)的計(jì)算、調(diào)整和測(cè)量也可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值分析或模擬仿真。計(jì)

5、算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的出現(xiàn)不僅大大地促進(jìn)了電磁工程設(shè)計(jì)技術(shù)的深入發(fā)展，而且可以大幅度地縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，減少設(shè)計(jì)人員的繁雜勞動(dòng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。相反，為了更進(jìn)一步地縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、增強(qiáng)計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)的性能，在電磁工程理論方面則需要更深入研究各種微波元器件的電磁特性，為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)提供精確的、快速的數(shù)學(xué)模型和物理模型。到目前為止，微波元器件模型的建立方法基本上采用的是:理論方法、實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值方法。理論方法是以元器件的物理原理為

6、基礎(chǔ)，根據(jù)元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料特性和物理機(jī)理，從電磁特性的基本方程(如泊松方程，電流連續(xù)方程，傳輸方程等)出發(fā)導(dǎo)出元器件的數(shù)學(xué)模型或等效電路。這種模型精確可靠，然而，它的應(yīng)用受到很大的限制。例如，對(duì)一個(gè)復(fù)雜有耗的多導(dǎo)體傳輸線系統(tǒng)，采用理論方法對(duì)其進(jìn)行分析顯得十分困難。因此，理論分析方法只能解決一些簡(jiǎn)單的規(guī)則的電磁結(jié)構(gòu)問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)方法則是以物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，將元器件作為一般的網(wǎng)絡(luò)，測(cè)出元器件端口的電磁特性。然后可以直接將端口的測(cè)試數(shù)據(jù)作為元

7、器件的模型，也可從測(cè)試數(shù)據(jù)中導(dǎo)出元器件的等效電路模型或數(shù)學(xué)表達(dá)式模型。這種模型不僅無(wú)需知道元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其各個(gè)物理參量，而且還包括了元器件封裝結(jié)構(gòu)的寄生參數(shù)的影響?？梢哉f(shuō)，通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法而建立的模型很真實(shí)地反映了一個(gè)具體元器件實(shí)際的電磁特性。可是這種方法往往受到人力、物力和財(cái)力等等各種各樣的客觀條件限制。而且有時(shí)為了達(dá)到某一指標(biāo)而不得不制作出各種各樣的測(cè)試樣品，這不僅造成財(cái)力上的巨大浪費(fèi)，而且延長(zhǎng)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。隨著計(jì)算機(jī)的