An End-to-End Neural Network for Complex Electromagnetic Simulations

时域有限差分法 人工神经网络 计算机科学 卷积神经网络 算法 加速 端到端原则 计算电磁学 电磁场 人工智能 物理 光学 操作系统 量子力学
作者
Menglin Zhai,Yaobo Chen,Longting Xu,Wen-Yan Yin
出处
期刊:IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:22 (10): 2522-2526 被引量:12
标识
DOI:10.1109/lawp.2023.3294499
摘要

Although many numerical methods can accurately solve time-domain electromagnetic (EM) simulation problems, such as finite-difference time-domain (FDTD), the computational demands are usually significant for complex scenarios. In this letter, we investigate the feasibility of applying deep learning technology to accurately solving EM forward simulations. Based on an end-to-end neural network framework, a convolutional neural network is used to extract features of scatters, and a long short-term memory neural network is used to predict EM distributions. To ensure the accuracy of the framework, especially when dealing with complicated phenomena, principal component analysis is employed to compress data sets before training. Numerical experiments show that the proposed scheme can predict EM field distributions efficiently and accurately for complex scenarios containing scatters of different materials, locations, geometrical shapes, and random numbers. The average relative mean square error is around 8. 05e−5 for scenarios with certain number of scatters and 2.25e−4 for random number of scatters respectively, which outperforms other neural network frameworks. Meanwhile, compared with FDTD, the time speedup is around 1528 times.
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