Finding antenna designs that satisfy frequency requirements and are also optimal with respect to multiple physical criteria is a critical component in designing next generation hardware. However, such a process is non-trivial because the objective function is typically highly nonlinear and sensitive to subtle design change. Moreover, the objective to be optimized often involves electromagnetic (EM) simulations, which is slow and expensive with commercial simulation software. In this work, we propose a sample-efficient and accurate surrogate model, named CZP (Constant Zeros Poles), to directly estimate the scattering coefficients in the frequency domain of a given 2D planar antenna design, without using a simulator. CZP achieves this by predicting the complex zeros and poles for the frequency response of scattering coefficients, which we have theoretically justified for any linear PDE, including Maxwell's equations. Moreover, instead of using low-dimensional representations, CZP leverages a novel image-based representation for antenna topology inspired by the existing mesh-based EM simulation techniques, and attention-based neural network architectures. We demonstrate experimentally that CZP not only outperforms baselines in terms of test loss, but also is able to find 2D antenna designs verifiable by commercial software with only 40k training samples, when coupling with advanced sequential search techniques like reinforcement learning.


翻译:寻找符合频率要求且符合多种物理标准的最佳天线设计是设计下一代硬件的关键组成部分。 然而,这样的过程并非三边性,因为目标功能通常是高度非线性的,对微妙的设计变化十分敏感。此外,要优化的目标往往涉及电磁模拟(EM),这在商业模拟软件中是缓慢和昂贵的。在这项工作中,我们提议了一个样品高效和准确的替代模型,名为CZP(Castart Zeros Poles),以直接估计特定2D平板天线设计的频率域中的散射系数,而不使用模拟器。CZP通过预测分散系数的频率反应的复杂零和极来实现这一点,我们从理论上讲对任何线性PDE(包括Maxwell的方程式)都有理由进行这种模拟。此外,CZP利用一种新颖的图像表象来表示天线表学,受现有基于光学的EM模拟技术启发,以及基于注意的神经网络结构结构。我们通过预测分解系数系数的复合零和极,通过预测分解系数的频率反应来实现这一目标,我们只能通过实验性测试S-CPservical模型进行实验性测试。

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