基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)物理尺寸檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)物理尺寸檢測(cè)方法，該方法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演建模技術(shù)對(duì)金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的物理尺寸進(jìn)行檢測(cè)，由保角變換前向映射函數(shù)可知，金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的物理尺寸與電氣參數(shù)(即特性阻抗和電長(zhǎng)度)之間的關(guān)系是復(fù)雜的非線性關(guān)系，因此本發(fā)明建立物理尺寸與電氣參數(shù)之間的反向映射關(guān)系，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)物理尺寸的計(jì)算。所采用的訓(xùn)練數(shù)據(jù)來(lái)源于前向映射函數(shù)計(jì)算所得；所采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為多層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
【專利說(shuō)明】基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)物理尺寸檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子科學(xué)中微波【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)物理尺寸檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代電子設(shè)備的發(fā)展，對(duì)微波電路的集成度、損耗等指標(biāo)的要求越來(lái)越高。平面微波電路非常適合電子元器件的集成，因?yàn)楦鞣N電子元器件很容易在平面電路上與平面?zhèn)鬏斁€相互連接，并且多層平面電路可達(dá)到更高的集成度。在各種平面微波傳輸線中，微帶線的加工、分析和綜合都較為簡(jiǎn)單，是使用最廣泛的平面?zhèn)鬏斁€之一。然而隨著微波、毫米波技術(shù)，特別是單片微波集成電路的發(fā)展，微帶線在損耗及色散等特性上的不足已不能忽略。在此背景下，共面波導(dǎo)得到了越來(lái)越多的關(guān)注。與微帶線相比，共面波導(dǎo)有著易于制作，易實(shí)現(xiàn)有源、無(wú)源器件在電路中的串并聯(lián)以及提高電路密度等優(yōu)點(diǎn)。共面波導(dǎo)不僅可以作為微波集成電路中的連接線，還能制作各種微波無(wú)源和有源器件。目前共面波導(dǎo)已應(yīng)用于微波、毫米波、光學(xué)和高溫超導(dǎo)集成電路，并在一些電路中取代了微帶線，在微波集成電路中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。
[0003]非對(duì)稱共面波導(dǎo)是在共面波導(dǎo)基礎(chǔ)之上發(fā)展而成的一種平面微波傳輸線。與共面波導(dǎo)相比，非對(duì)稱共面波導(dǎo)中心金屬帶條與兩側(cè)地板之間的縫隙寬度是不同的。通過(guò)引入非對(duì)稱的縫隙寬度，非對(duì)稱共面波導(dǎo)增加了一個(gè)額外的設(shè)計(jì)參量，使其具有了更廣泛的優(yōu)化空間和更高的設(shè)計(jì)靈活性。與其它微波傳輸線一樣，非對(duì)稱共面波導(dǎo)也能夠用于微波濾波器、定向耦合器、功分器等平面電路的設(shè)計(jì)。在這些平面電路中，往往會(huì)用到多段傳輸線，這樣非對(duì)稱共面波導(dǎo)電路的設(shè)計(jì)參量要比對(duì)稱共面波導(dǎo)電路多數(shù)個(gè)，也就是說(shuō)在優(yōu)化過(guò)程中，非對(duì)稱共面波導(dǎo)電路要比對(duì)稱共面波導(dǎo)電路多數(shù)個(gè)自由度。眾所周知，對(duì)于同一個(gè)物理問題，目標(biāo)函數(shù)的變量越多，優(yōu)化結(jié)果往往就越優(yōu)。從數(shù)學(xué)角度講，對(duì)稱共面波導(dǎo)電路進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，兩個(gè)槽寬必須相等相當(dāng)于加了一個(gè)約束條件，而非對(duì)稱共面波導(dǎo)電路的優(yōu)化則取消了這個(gè)約束，無(wú)約束優(yōu)化的結(jié)果當(dāng)然優(yōu)于有約束的優(yōu)化。但是非對(duì)稱共面波導(dǎo)的電磁場(chǎng)分布很多裸露在空氣中，易受環(huán)境的影響。為了解決這個(gè)問題，人們提出了金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)。因此采用金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)構(gòu)建的微波集成電路，將得到更好的電路性倉(cāng)泛。
[0004]眾所周知，微波傳輸線的綜合是設(shè)計(jì)微波集成電路的基礎(chǔ)，但目前已有的綜合方法只能根據(jù)金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的特性阻抗和介質(zhì)材料參數(shù)計(jì)算出中心金屬帶條寬度或縫隙寬度，不能直接計(jì)算出金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的長(zhǎng)度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明公開了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)物理尺寸檢測(cè)方法，該方法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演建模技術(shù)對(duì)金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的物理尺寸進(jìn)行檢測(cè)，具體包括以下步驟:
[0006]步驟1:采用保角映射理論對(duì)金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)分析，獲取保角變換前向映射函數(shù)，設(shè)置需要訓(xùn)練數(shù)據(jù)的取值范圍，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的長(zhǎng)度L、中心金屬帶條的寬度W、中心金屬帶條與左側(cè)地板之間的縫隙寬度gl、中心金屬帶條與右側(cè)地板之間的縫隙寬度g2、介質(zhì)基片的厚度h、介質(zhì)基片的介電常數(shù)、、金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的電氣參數(shù)，所述電氣參數(shù)包括特性阻抗Ztl、電長(zhǎng)度Θ和有效介電常數(shù)ε eff，
[0007]所述保角變換前向映射函數(shù)為:

【權(quán)利要求】
1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)物理尺寸檢測(cè)方法，其特征在于:該方法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演建模技術(shù)對(duì)金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的物理尺寸進(jìn)行檢測(cè)，具體包括以下步驟: 步驟1:采用保角映射理論對(duì)金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)分析，獲取保角變換前向映射函數(shù)，設(shè)置需要訓(xùn)練數(shù)據(jù)的取值范圍，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的長(zhǎng)度L、中心金屬帶條的寬度W、中心金屬帶條與左側(cè)地板之間的縫隙寬度gl、中心金屬帶條與右側(cè)地板之間的縫隙寬度g2、介質(zhì)基片的厚度h、介質(zhì)基片的介電常數(shù)~、金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的電氣參數(shù)，所述電氣參數(shù)包括特性阻抗Ztl、電長(zhǎng)度Θ和有效介電常數(shù)￡ eff， 所述保角變換前向映射函數(shù)為:
所述K(k)是以k為模的第一類完全橢圓積分，所述f是金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的工作頻率，所述C是電磁波在真空中的傳播速度，kfi=√k-(ki)2，
步驟2:將步驟I獲得到的需要進(jìn)行訓(xùn)練的數(shù)據(jù)分成兩個(gè)矩陣，其中第一個(gè)矩陣包含ε P h, g1; g2, Ztl, f和Θ的數(shù)值大小，稱為輸入矩陣，第二個(gè)矩陣包含W和L的數(shù)值大小，稱為輸出矩陣，所述輸入矩陣和輸出矩陣都包含N列數(shù)據(jù)，所述輸入矩陣的第j列稱為第j個(gè)輸入列矩陣，表示為[ephgpgy&f，θ]ρ所述輸出矩陣的每j列稱為第j個(gè)輸出列矩陣，表示為[w和L]」； 步驟3:對(duì)所述輸入矩陣和輸出矩陣的每一行分別進(jìn)行歸一化處理，歸一化處理后的輸入矩陣和輸出矩陣分別稱為歸一化輸入矩陣和歸一化輸出矩陣，所述歸一化輸入矩陣的第j列與歸一化輸出矩陣的第j列相互對(duì)應(yīng)，構(gòu)成一組訓(xùn)練測(cè)試數(shù)據(jù)，總共N組訓(xùn)練測(cè)試數(shù)據(jù)， 步驟4:從所述N組訓(xùn)練測(cè)試數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取N1組作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)組，剩余的N-N1組數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)組； 步驟5:設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)定為21X42X14，即第一個(gè)隱含層有21個(gè)神經(jīng)元，第二個(gè)隱含層有42個(gè)神經(jīng)元，第三個(gè)隱含層有14個(gè)神經(jīng)元； 步驟6:采用Levenberg-Marquardt算法訓(xùn)練所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),將輸入矩陣和輸出矩陣中的數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)訓(xùn)練； 步驟7:訓(xùn)練完成后，將所述測(cè)試數(shù)據(jù)組應(yīng)用于所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出，從而計(jì)算出所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出誤差； 步驟8:評(píng)價(jià)所述輸出誤差是否滿足要求:如果誤差值大于設(shè)定閾值則返回步驟5，調(diào)整所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，繼續(xù)訓(xùn)練；如果誤差值小于設(shè)定閾值，進(jìn)入第9步；步驟9:儲(chǔ)存神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)系數(shù)，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立完成； 步驟10:根據(jù)上述建立完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，輸入已知量:介質(zhì)基片的介電常數(shù)ερ介質(zhì)基片的厚度h、中心金屬帶條與左側(cè)地板之間的縫隙寬度gl、中心金屬帶條與右側(cè)地板之間的縫隙寬度g2、金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的特性阻抗Ztl、金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的工作頻率f、金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的電長(zhǎng)度Θ從而輸出金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)的長(zhǎng)度L和中心金屬帶條的寬度W。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的金屬背敷非對(duì)稱共面波導(dǎo)物理尺寸檢測(cè)方法，其特征還在于:所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)的取值范圍為:
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104134001SQ201410369589
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】王鐘葆, 房少軍 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)