Equivalent Circuit Theory-Assisted Deep Learning for Accelerated Generative Design of Metasurfaces

自编码 计算机科学 深度学习 生成设计 滤波器(信号处理) 等效电路 人工智能 生成模型 电子工程 生成语法 计算机视觉 量子力学 物理 工程类 经济 电压 公制(单位) 运营管理
作者
Zhaohui Wei,Zhao Zhou,Peng Wang,Jian Ren,Yingzeng Yin,Gert Frølund Pedersen,Ming Shen
出处
期刊:IEEE Transactions on Antennas and Propagation [IEEE Antennas & Propagation Society]
卷期号:70 (7): 5120-5129 被引量:75
标识
DOI:10.1109/tap.2022.3152592
摘要

In this article, we propose an equivalent circuit theory-assisted deep learning approach to accelerate the design of metasurfaces. By combining the filter equivalent circuit theory and a sophisticated deep learning model, designers can achieve efficient metasurface designs. Compared with most existing metasurface generative design methods that rely on arbitrarily generated training dataset (TDS), the proposed method can adaptively produce highly relevant and low-noise training samples under the guidance of filter equivalent circuit theory, resulting in a significantly narrowed target solution space and improved model training efficiency. Furthermore, we select the variational autoencoder (VAE) as a generative model, which can compress the raw training samples into a lower-dimensional latent space where optimization methods, such as genetic algorithm, can be more efficiently executed to find the optimal design than a brute-force search. To verify the effectiveness of the proposed method, we apply it in the creation of three examples of frequency selective surfaces (FSSs), presenting wide-band, dual-band, and band-stop responses. Experimental results show that the proposed method can realize much faster and more stable convergence than deep learning design methods without domain knowledge.
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