微波铁氧体器件HFSS设计原理(下册) 蒋仁培,宋淑平 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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蒋仁培，宋淑平 著

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• 宋淑平
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店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030462268

商品编码：29331838597

包装：平装

出版时间：2018-01-01

基本信息

书名：微波铁氧体器件HFSS设计原理(下册)

定价：78.00元

作者：蒋仁培,宋淑平

出版社：科学出版社有限责任公司

出版日期：2018-01-01

ISBN：9787030462268

字数：

页码：

版次：31

装帧：平装

开本：

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书将全新的穿越方程和高频电磁场结构仿真软件(HFSS)相结合，对各类微波铁氧体器件进行了仿真设计。列举了各种结构的环行器、隔离器的设计范例，探索了获得高性能、高稳定性和高可靠性的设计途径，对其非互易性应用穿越方程进行了深入探讨；对各类变场器件如移相器、开关进行了仿真设计，应用穿越方程对其非互易相移、开关相移(或差相移)和磁化相移进行计算，提供了有效设计数据；对幅/相可控类器件如变极化器和全极化器介绍了多种实施方案，给出了仿真设计结果，理论上对法拉第旋转和变极化机制进行了探讨，用穿越方程计算了双模器件的变极化系数。在设计层面上具有的创新性；从旋磁理论层面上，给出了各类器件各种形式的三维电磁场穿越方程，弥补了经典旋磁器件理论中**方程的局限性。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《微波铁氧体器件HFSS设计原理(下册)》内容涵盖了微波铁氧体器件在高频电子学设计中的关键理论与实践，特别侧重于使用HFSS（High Frequency Structure Simulator）这一强大的三维电磁场仿真软件进行设计。本书的出版，旨在为微波工程师、研究人员及高等院校相关专业师生提供一套系统、深入的学习资源，帮助他们掌握铁氧体材料的特性、铁氧体器件的工作机理，以及如何在HFSS环境中有效地建模、仿真与优化这些器件。 一、铁氧体材料的微波特性与应用基础 本书的上册（此处假定存在上册，以丰富下册内容背景）应已详细阐述了铁氧体材料的基本概念，包括其晶体结构、磁畴、磁化过程等。在下册中，我们将进一步深入探讨铁氧体材料在微波频率下的独特电磁响应。 1. 铁氧体材料的微波磁导率与电导率： 磁导率张量： 铁氧体在静态磁场作用下，其微波磁导率不再是标量，而是具有各向异性的张量形式。书中会详细推导并解释在不同磁化状态下（如饱和磁化、非饱和磁化）的磁导率张量的具体形式，以及其与频率、静态磁场强度、材料参数（如饱和磁化强度、阻尼系数）的关系。 频率依赖性： 重点分析铁氧体磁导率随频率的变化规律，包括共振吸收（ferrite resonance）、反共振（anti-resonance）等现象，并解释这些现象的物理成因。 损耗机制： 详细探讨铁氧体材料中的微波损耗，包括磁滞损耗、磁畴壁运动损耗、电子自旋弛豫损耗等，以及如何通过材料选择和结构设计来降低损耗。 电导率： 讨论铁氧体材料的微波电导率及其对器件性能的影响，特别是当材料存在导电杂质或在强场下可能出现的电离效应。 2. 磁控效应及其在微波器件中的应用： 法拉第旋转效应： 这是铁氧体最重要的磁控效应之一。本书将详细阐述法拉第旋转的物理机制，推导旋转角度与频率、磁场强度、传输距离、材料参数的关系。在此基础上，引出基于法拉第旋转效应的微波器件，如隔离器、环行器等。 磁致伸缩效应： 虽然在微波频率下相对较弱，但磁致伸缩效应也可能影响铁氧体器件的稳定性和精度，本书会提及相关影响。 其他磁控现象： 如磁致电阻效应、磁致介电效应等，介绍它们在特定微波应用中的潜在作用。 二、基于HFSS的微波铁氧体器件设计流程与关键技术 HFSS作为一款高性能的电磁场仿真软件，为铁氧体器件的设计提供了强大的平台。本书将遵循由浅入深、理论与实践相结合的原则，引导读者掌握在HFSS中设计铁氧体器件的完整流程。 1. HFSS基础与铁氧体材料建模： HFSS环境概览： 简要介绍HFSS的界面、基本操作，包括几何建模、材料库、激励设置、边界条件、求解器类型等。 铁氧体材料的HFSS参数化： 这是设计的核心环节。本书将详细说明如何在HFSS中准确设置铁氧体材料的各项参数，特别是如何定义具有各向异性的磁导率张量。这通常涉及将磁导率张量的解析表达式（如在文献中找到的）转化为HFSS能够识别的格式，或者通过材料定义脚本（如UDF）来实现。 静态磁场的施加： 介绍如何在HFSS中模拟外部静态磁场，包括均匀磁场和非均匀磁场。这可能需要定义线圈模型或直接指定磁场矢量，并考虑磁场与铁氧体材料的相互作用。 网格划分策略： 针对铁氧体器件的复杂几何和材料特性，讨论合适的网格划分技术，以确保仿真结果的精度与效率。 2. 典型微波铁氧体器件的HFSS设计： 微波隔离器（Isolator）： 工作原理回顾： 简要介绍隔离器的工作原理，即利用法拉第旋转效应实现信号的单向传输。 HFSS建模与仿真： 详细演示如何搭建隔离器的基本结构（如波导、匹配负载、铁氧体圆盘/圆柱）。重点讲解如何设置铁氧体材料参数，如何施加合适的静态磁场以获得所需的法拉第旋转角度，以及如何设置端口激励和仿真参数来提取插入损耗、隔离度、回波损耗等关键性能指标。 结构优化： 探讨如何通过调整铁氧体材料的尺寸、形状、位置，以及静态磁场的强度和方向，来优化隔离器的性能，例如在目标频段内实现高隔离度和低插入损耗。 微波环行器（Circulator）： 工作原理回顾： 介绍三端口或多端口环行器的工作原理，如三端口指的是信号从一个端口输入，另一个端口输出，另一个端口隔离。 HFSS建模与仿真： 演示环行器（如三端口非互易环行器）在HFSS中的建模步骤，包括铁氧体材料的摆放、磁化方向、端口设置。分析如何在HFSS中仿真其端口隔离度、插入损耗等性能。 结构与性能关系： 分析不同类型的环行器（如Y型、Δ型）在HFSS中的仿真差异，以及如何通过调整参数实现特定频率下的性能最优。 微波移相器（Phase Shifter）： 工作原理回顾： 介绍铁氧体移相器的工作原理，即利用铁氧体磁导率的频率和磁场依赖性来改变信号的传播相位。 HFSS建模与仿真： 演示如何构建连续可调或步进可调的铁氧体移相器模型。重点在于如何仿真不同静态磁场作用下，信号相位随频率和磁场的变化，并提取移相量。 补偿技术： 讨论在设计移相器时可能遇到的相位失配、幅度变化等问题，以及如何在HFSS中进行仿真和优化。 其他铁氧体器件（可选）： 根据实际情况，本书可能还会涉及其他类型的铁氧体器件，如开关（switch）、调制器（modulator）等，阐述其基本原理和HFSS设计方法。 3. 仿真结果的分析与验证： 性能指标提取： 详细介绍如何在HFSS后处理中提取S参数、增益、相位、场分布、驻波比等关键性能指标。 误差分析与敏感性分析： 探讨仿真结果的准确性，分析各种参数（材料参数、几何尺寸、激励等）对器件性能的影响，进行敏感性分析，为实际加工提供指导。 与理论的对比： 强调将HFSS仿真结果与基于解析模型或近似方法的理论计算结果进行对比，以验证仿真模型的正确性。 实验验证的意义： 鼓励读者将仿真结果与实际实验测量结果进行比对，指出可能存在的差异及其原因，并提供改进建议。 三、高级设计技术与前沿应用 在掌握了基本设计方法之后，本书将进一步探讨更高级的设计技术和一些前沿的应用领域。 1. 宽带设计技术： 阻抗匹配： 介绍在宽带铁氧体器件设计中，如何通过匹配网络、梯度材料、多层结构等技术来减小回波损耗，提高带宽。 复合材料与多层结构： 探讨使用多种铁氧体材料组合或与其他介质层叠，以实现更优异的宽带性能。 结构优化算法： 介绍在HFSS中结合优化算法（如遗传算法、响应面法）来自动搜索最优设计参数，以获得最佳宽带性能。 2. 高性能化设计： 低损耗设计： 深入研究如何通过精确的材料选择、优化铁氧体几何形状和静态磁场分布，以及采用特殊的端部匹配技术，来最大限度地降低器件的插入损耗。 高功率处理： 讨论在设计高功率铁氧体器件时需要考虑的因素，如材料的击穿阈值、热效应等，以及如何在HFSS中进行初步的评估。 小型化设计： 探索利用高介电常数材料、耦合结构以及非均匀磁场等技术，实现铁氧体器件的尺寸减小，满足集成化和便携性需求。 3. 前沿应用展望： 相控阵天线中的铁氧体器件： 介绍铁氧体移相器在相控阵天线中的关键作用，以及在HFSS中如何模拟其与天线单元的集成。 固态器件与铁氧体器件的结合： 探讨如何将铁氧体器件与固态功率放大器、低噪声放大器等集成，构建高性能的射频前端。 新材料与新结构： 简要介绍当前铁氧体材料研究的最新进展，以及新兴的铁氧体器件结构和应用方向，如自旋电子学、微机电系统（MEMS）与铁氧体的结合等。 四、附录与参考 本书最后部分可能会包含一些有用的附录，如常用铁氧体材料的参数表、HFSS脚本示例、常见问题解答等，以及一份详尽的参考文献列表，供读者进一步深入学习和研究。 通过以上内容的系统学习，读者将能够深刻理解微波铁氧体器件的设计原理，并熟练掌握利用HFSS进行仿真和优化的技术，从而在微波与射频工程领域的设计与开发工作中取得更大的成就。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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