Специалисты МИЭМ ВШЭ совместно с коллегами из МТУСИ впервые применили машинное обучение для генеративного синтеза микроволновых фильтров. Новый подход сокращает цикл разработки с нескольких дней до нескольких минут. Исследование представлено в пресс-службе ВШЭ.
Что такое микрополосковые компоненты?
Это топологические элементы печатной платы, которые обеспечивают передачу, приём и обработку радиочастотных и микроволновых сигналов. Их используют в:
- Телекоммуникациях.
- Спутниковой навигации.
- Беспроводной связи.
- Радиолокации.
Преимущества: компактность, невысокая стоимость, возможность изготовления прямо на плате без дополнительных деталей.
В чём сложность проектирования?
Характеристики устройства (настройка на нужный диапазон частот, уровень отражённого сигнала) сильно зависят от топологии: геометрических размеров дорожек, расстояний между ними, формы резонаторов. Даже небольшие отклонения могут изменить параметры.
Обычно инженеры используют аналитические методы и системы автоматизированного проектирования, но полностью автоматизировать процесс не удаётся. Приходится проводить множество электромагнитных симуляций и вручную подбирать параметры — это занимает дни.
Что предложили исследователи?
Разработали генеративный синтез с использованием алгоритмов машинного обучения. Система генерирует топологию и геометрические размеры устройства по заданным электрическим характеристикам.
Как это сделали?
- Создали структурированный набор данных из 16 250 параметрических конфигураций микрополосковых фильтров.
- Данные сгенерировали с помощью автоматизированного конвейера на Python и программного обеспечения CST Studio Suite.
- Сравнили четыре алгоритма. Самый точный — XGBoost — показал среднюю ошибку 0,51% при расчёте десяти целевых параметров.
Какой результат?
Время проектирования сократилось с нескольких дней до нескольких минут. При этом подход учитывает реальные физические закономерности.
Вывод: российские учёные сделали проектирование микроволновых фильтров не быстрее, а автоматизированным. ИИ подбирает геометрию платы под нужные электрические параметры с точностью выше 99,5% и за минуты. Это меняет темпы разработки радиоэлектроники.