基于空间映射和替代模型的微波结构建模和优化技术

Space mapping (SM) is an innovative modeling and optimization technique. It exploits a fast but not very accurate physics-based (e.g., equivalent circuit model) coarse model as a surrogate of a highly accurate but CPU-intensive fine model (e.g., electromagnetics simulation model). SM techniques are fast, efficient and convenient in high frequency surrogate modeling and design optimization. We propose 4 novel research topics aiming to tackle the main challenges of space mapping techniques. The topics include using nonlinear approach to enhance the accuracy and enlarge the modeling region, in-depth research of tuning space mapping modeling and design of novel periodical structures and new materials, exploring the versatile coarse-mesh electromagnetics simulation model as SM coarse model, and research and development of desired automatic modeling and design optimization technique. Our research team has many years of experience in SM modeling and design optimization. Our research results are cutting-edge and adopted by many world-leading companies such as Freescale Semiconductor Inc. and Agilent.

空间映射技术是一种先进的建模和优化设计技术。它利用快速的粗糙模型来替代高精度但通常也高耗时的精细模型（如电磁仿真模型）。粗糙模型是基于物理特性的模型（如等效电路模型等），其特点是计算速度快但对精度要求不高。使用空间映射技术来开发高频电路替代模型和优化设计兼有快速和精确的特点。本研究针对空间映射技术目前面临的主要问题和挑战提出了四个新颖的研究课题。这些课题包括通过融入非线性方法进一步提高空间映射的精度和可适用范围；研究适用于周期结构的新型器件和新材料的调试空间映射技术；全面研究和探索高适应性粗网格电磁仿真模型(该模型可适用于任意微波射频器件的建模)用于空间映射的粗糙模型技术；研究开发高频通讯系统空间映射自动建模和设计优化技术。本课题组有多年空间映射建模和设计优化技术的研究经验，研究开发出世界领先的多种空间映射技术。这些技术被美国飞思卡尔半导体公司和美国安捷伦公司等多家世界著名企业应用。

空间映射技术是一种先进的建模和优化设计技术。它利用一种快速的“粗糙模型”来替代高精度但通常也高耗时的“精细模型”（如电磁仿真模型）。粗糙模型一般是基于物理特性的模型（如等效电路模型等），其特点是计算速度快但可能精度不高。空间映射技术可以实现高频电路的快速和精确的建模设计优化。本项目针对空间映射技术目前面临的主要问题和挑战提出了四个研究课题，分别是通过融入非线性方法进一步提高空间映射的精度和可适用范围；研究适用于周期结构的新型器件和新材料的调试空间映射技术；全面研究和探索高适应性粗网格电磁仿真模型(该模型可适用于任意微波射频器件的建模)用于空间映射的粗糙模型技术；研究开发高频通讯系统空间映射自动建模和设计优化技术。在项目研究过程中发表SCI论文10篇，发表会议论文28篇，申请发明专利1项。其中，在2015年，项目组负责和研究团队对非线性输入空间映射的研究方面进行研究。发表SCI论文1篇，发表会议论文1篇，提出了使用响应表面法构造响应特征的研究，推进了在替代模型和空间映射方法算法的进一步发展。在2016年，项目负责人及研究团队对调试空间映射的周期器件快速设计建模技术进行研究。发表7篇会议论文，内容涉及微波器件设计的Geometry Scaling技术，基于帕累托的多目标优化技术，基于响应特征的建模优化技术及空间映射技术。这些技术对高阶复杂周期结构器件的快速设计和建模有极大的帮助。在2017年，项目负责人及研究团队对粗网格电磁仿真模型的空间映射方法进行研究。发表SCI论文3篇，发表13篇会议论文。内容涉及微波器件包括天线等使用粗网格作为替代模型的技术，提高了现有替代模型的精度。在2018年，项目负责人及研究团队对空间映射自动建模技术进行研究，项目负责人及研究团队发表SCI论文6篇，发表会议论文7篇，申请发明专利1项。建立了微波/毫米波器件设计和优化的自动化平台，实现了基于空间映射算法的自动建模技术的研究。以上研究推进了现有的微波/毫米波器件快速建模设计技术的发展。