基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SIW器件優(yōu)化研究.pdf

1、基片集成波導(dǎo)（Substrate Integrated Waveguide,SIW）是一種新型的基于周期結(jié)構(gòu)的電磁結(jié)構(gòu)，可基于廉價的標(biāo)準(zhǔn)化印制電路板工藝或低溫共燒陶瓷工藝制作，具有類似于矩形波導(dǎo)的電磁性能，可用于構(gòu)建各種低成本高性能的電磁器件，適合應(yīng)用于毫米波等高頻電磁波段。由于采用平面工藝制作，也非常容易與平面電路進(jìn)行集成，具有很高的實際應(yīng)用價值。與傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)器件不同的是大多數(shù)SIW器件中并沒有可調(diào)整的部分，一旦被制造出來其性能便已

2、由其材質(zhì)及幾何結(jié)構(gòu)決定，因此在設(shè)計階段能精確確定某些對性能有重要影響的關(guān)鍵參數(shù)便顯得十分重要。對SIW器件的優(yōu)化研究是一個往復(fù)迭代的過程，需要大量的仿真與測試工作，效率不高而且效果得不到保證。針對上述問題，本文引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行SIW器件優(yōu)化研究，主要研究內(nèi)容包括：
　　將SIW結(jié)構(gòu)中一列金屬通孔視為一開有長槽的導(dǎo)電壁，如實地考慮導(dǎo)體有限的電導(dǎo)率和非零的壁厚，基于Maxwell方程和Floquet模式函數(shù)分析計算了TE入射波與周期導(dǎo)

3、電壁的電磁相互作用，獲得了各次Floquet模式透射系數(shù)代表的電磁透射特性。所獲得的結(jié)果是進(jìn)一步分析各類具有周期導(dǎo)電壁的結(jié)構(gòu)和器件的基礎(chǔ)。
　　提出了一種振動重力場方法用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，幫助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練跳出誤差曲面上的局部最小值并在梯度下降算法所形成的“重力場”作用下向泛化誤差更低的方向下降。對振動重力場方法中用于控制訓(xùn)練過程的訓(xùn)練周期控制法和指標(biāo)判定法進(jìn)行了討論并比較了其不同。對于振動重力場方法中的核心控制參數(shù)—振動參量vp

4、（vibration parameter）的值對于訓(xùn)練過程和結(jié)果的影響進(jìn)行了分析并提出了建議的設(shè)置范圍。
　　在標(biāo)準(zhǔn)振動重力場算法的基礎(chǔ)上提出回溯振動重力場方法，可保證振動搜索的起始值一直向下降的方向變化。結(jié)合模擬退火算法提出了退火振動重力場算法。采用模擬退火算法的理念進(jìn)行振動搜索起始點的更新，具有以概率l收斂于全局最優(yōu)解的漸近收斂性，可以以概率l收斂于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)泛化誤差的全局最優(yōu)值。
　　利用自然常數(shù)π展開的內(nèi)在隨機性作為隨

5、機源構(gòu)建了一個隨機數(shù)發(fā)生器，分析了其產(chǎn)生的隨機數(shù)的性質(zhì)并將其應(yīng)用于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練中。提出了一種改進(jìn)的BBP算法，連續(xù)展開時利用上一次展開的級數(shù)計算中間結(jié)果，可以有效提高π展開和產(chǎn)生隨機數(shù)的效率。提出了一種π和線性同余組合隨機數(shù)發(fā)生器，對其產(chǎn)生的隨機數(shù)序列進(jìn)行的統(tǒng)計分析表明其具有良好的隨機統(tǒng)計特性，在均勻性上優(yōu)于線性同余隨機數(shù)發(fā)生器，而且無最大周期限制，適用于對隨機數(shù)統(tǒng)計特性要求較高的場合。
　　提出了一種基于艾賓浩斯遺忘曲線的

6、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練方法，可以很好地完成新增樣本的增量訓(xùn)練?；诎e浩斯遺忘曲線的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練方法可獲得與全樣本批訓(xùn)練法相近的性能，所需要的樣本訓(xùn)練次數(shù)則遠(yuǎn)少于全樣本批訓(xùn)練。其在學(xué)習(xí)新樣本的同時可有效防止其遺忘已學(xué)習(xí)過的老樣本并保持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化能力，適用于大樣本集及新增樣本頻率較高的場合，可以有效提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練效率改善其在線學(xué)習(xí)能力。
　　使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對SIW功分器、X波段波導(dǎo)濾波器和波導(dǎo)縫隙陣天線中的優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，