微波热效应的脊波导实验传输系统设计及机理研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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田文艳 著

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• 微波技术
• 脊波导
• 热效应
• 传输系统
• 实验设计
• 电磁场
• 数值模拟
• 毫米波
• 热分析
• 射频电路

店铺： 华文京典专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121279294

商品编码：29573726759

包装：平装

出版时间：2016-01-01

基本信息

书名：微波热效应的脊波导实验传输系统设计及机理研究

定价：39.00元

作者：田文艳

出版社：电子工业出版社

出版日期：2016-01-01

ISBN：9787121279294

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书系统地介绍了微波热效应的研究方法、实验装置的优化设计、实验系统的构建、微观动力学理论计算分析。首先根据微波热效应研究的瓶颈问题和目前研究常用实验装置存在的局限性，通过HFSS电磁仿真软件优化设计加工了脊波导实验装置，并利用多物理场耦合计算验证该装置的可行性，然后基于该装置搭建实验系统进行热效应实验研究，*后利用微观分子动力学计算方法研究热效应作用机理。这些研究可为微波热效应研究开辟一条新途径并提供了重要的实验和理论依据，同时也为微波热效应作用机理的研究和解决微波能工业化生产过程中的关键性问题打下坚实基础，具有重要的科学意义。

目录

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作者介绍

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田文艳，副教授，2012年获得四川大学无线电物理专业博士学位。主要研究方向为微波器件设计与微波测量、电磁场仿真计算和微波能应用。欧洲AMPERE组织会员、国际SCI期刊《International Journal of Applied Electromagics and Mechanics》、《Progress in Electromagics Research》和《Superlattices and Microstructures》审稿专家。近五年来，发表学术论文20余篇，其中SCI收录12篇（区和Top2区SCI论文各1篇）；主持国家自然科学基金、山西省自然科学基金和山西省晋城市科技计划项目各1项；申请国家6项，授权国家发明1项，授权软件著作权3项。

文摘

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序言

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脊波导作为一种重要的微波传输介质，在集成电路、通信系统以及精密测量等领域扮演着越来越重要的角色。其独特的结构设计，能够有效引导和控制微波信号的传播，尤其是在高频段和紧凑型器件设计中展现出显著优势。然而，微波在脊波导中的传输并非全然简单无损，其内在的传播机理与物理效应，尤其是热效应，一直是研究的热点与难点。理解并掌握脊波导中的微波热效应，对于优化器件性能、提高系统可靠性以及开发新型应用具有至关重要的意义。 本文旨在深入剖析微波在脊波导中传输的物理机制，并着重于探讨其伴随产生的热效应。研究将从脊波导的基本结构与传播特性入手，系统阐述微波能量如何在脊波导这一特定结构中被引导和传输。我们将详细解析脊波导的电磁场分布、模式特性以及阻抗匹配等关键参数，从而为理解后续的热效应奠定坚实基础。 脊波导的核心优势在于其能够通过引入脊状结构，改变波导的横截面几何形状，从而实现对传播模式的有效控制和限制。相较于传统的矩形波导，脊波导在减小尺寸、提高工作频率以及实现特定功能（如滤波、隔离）方面具有独特的优势。这种结构上的优化，使得脊波导在微波集成电路（MMIC）和射频识别（RFID）等领域获得了广泛应用。然而，任何介质在传输高能量微波时，都会不可避免地产生损耗，而这些损耗最终会转化为热量。 本文将重点关注脊波导中的热效应，这是一个多物理场耦合的复杂过程。微波能量在波导介质和导体表面传播过程中，由于介质的介电损耗和导体的欧姆损耗，会产生焦耳热。这些热量会引起波导材料的温度升高，进而影响材料的电磁参数（如介电常数、磁导率、导电率）和机械性能。温度的变化又会反过来影响微波的传输特性，例如引起传播常数的变化、损耗的增加，甚至可能导致器件的性能衰减或失效。因此，对微波热效应进行深入研究，对于设计和优化脊波导器件至关重要。 具体而言，我们将从以下几个方面展开论述： 脊波导的理论模型与传播特性： 首先，我们将回顾脊波导的经典理论，包括其基本结构参数（脊的高度、宽度、间距等）与电磁性能之间的关系。我们将分析不同脊波导结构下可能存在的传播模式，重点关注占优的横电（TE）和横磁（TM）模式，并探讨其截止频率、传播常数以及群速度等关键参数。同时，我们还将讨论脊波导的有效介电常数和有效磁导率的概念，以及它们如何影响微波的传播速度和特性。此外，对于脊波导的阻抗特性进行分析，是实现高效率功率传输和避免反射的关键，我们将探讨如何通过结构设计来优化阻抗匹配，从而减少能量损耗。 微波损耗机制分析： 微波在脊波导中传输的损耗主要来源于两个方面：介质损耗和导体损耗。我们将详细分析这两种损耗的产生机理。介质损耗主要是由于波导材料内部的电偶极子、离子和电子等极化过程在交变电场作用下克服内耗而产生的能量转化，其大小与材料的损耗角正切（tan δ）和微波频率密切相关。导体损耗则是由于微波电磁场在波导导体壁表面集肤效应的影响，导致电流在导体内部的电阻上产生焦耳热。我们将探讨集肤效应的深度以及导体材料的电导率如何影响导体损耗。 热效应的产生与传播： 微波损耗产生的热量会迅速在波导结构中积累和传播。我们将建立相应的热传导模型，分析热量在脊波导材料内部和表面上的分布情况。热量的产生速率与微波功率密度、损耗因子以及脊波导的几何形状密切相关。热量的传播则受到材料的导热系数、比热容以及边界条件等因素的影响。研究将深入探讨不同脊波导结构设计和工作条件下，热量的积累模式和最高温度点的预测。 温度对脊波导性能的影响： 温度的变化会显著影响脊波导的电磁性能。我们将分析温度对脊波导介质参数（介电常数、介电损耗角正切）以及导体参数（电导率）的影响。例如，大多数介质材料的介电常数和损耗角正切会随温度升高而增大，这会进一步加剧微波损耗，形成一个正反馈循环。同时，导体材料的电阻率也会随温度升高而增大，导致导体损耗的增加。我们将量化分析这些参数变化对脊波导传播常数、传输损耗以及带宽等性能参数的影响。 脊波导热效应的仿真与实验研究： 为了更准确地理解和预测脊波导中的微波热效应，本文将结合数值仿真和实验验证。在仿真方面，我们将利用先进的电磁场和热传导耦合仿真软件，建立高精度的脊波导三维模型，模拟微波传输过程中的电磁场分布、损耗分布以及产生的热量分布。通过调整结构参数和工作条件，预测不同场景下的温度变化。在实验方面，我们将设计和制造相应的脊波导实验传输系统，并配备高精度的温度测量设备，在实际工作条件下测量脊波导的温度分布和传输损耗。通过对比仿真结果和实验数据，验证模型的准确性，并为优化脊波导设计提供实际依据。 脊波导热效应的控制与优化策略： 基于对微波热效应机理的深入理解，本文将探讨有效的控制和优化策略。这包括： 结构优化设计： 通过调整脊波导的几何参数（如脊的高度、宽度、间距、倒角设计），优化电磁场分布，减小损耗密度，从而降低整体热量产生。例如，设计具有更低损耗模式的脊波导结构。 材料选择与改性： 选用低损耗介质材料和高导电率导体材料，或者对现有材料进行改性处理，以降低介质损耗和导体损耗。 散热设计： 引入有效的散热结构，如散热片、微通道散热器等，将热量快速导出，降低器件工作温度。 工作模式选择： 选择合适的传输模式，避免高阶模式的激发，因为高阶模式通常具有更高的损耗。 功率管理： 对于大功率应用，需要对输入功率进行合理的控制和管理，避免过高的功率密度导致过热。 通过对上述问题的深入研究，本文期望能够为脊波导的设计、制造和应用提供一套更为完善的理论指导和技术支持。特别是在高功率微波器件、集成化射频前端以及精密传感等领域，深入理解和有效控制脊波导中的微波热效应，将是实现高性能、高可靠性器件的关键所在。本研究将致力于揭示脊波导微波热效应的内在规律，为推动相关领域的科技进步贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

作为一名常年与高功率微波器件打交道的技术人员，我关注的重点往往在于“鲁棒性”和“可重复性”。这本书在实验传输系统设计这一块，恰恰提供了许多令人耳目一新的见解。它没有采用过度理想化的模型，而是充分考虑了环境温度、器件老化、以及制造公差对传输性能和热分布的影响。特别是关于波导接口阻抗匹配的优化策略部分，作者提出了一些独特的经验公式和实验校准流程，这些内容在标准教科书中是难以找到的。这些细节处理，直接关系到最终系统在实际工作环境下的长期可靠性。读完后，我感觉自己对于如何构建一个既能高效传输信号，又能有效管理自身产生的热量的高性能波导系统，有了一个质的飞跃，这远比单纯阅读组件规格书来得更有价值。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，在阅读了市面上不少关于传输线和波导学的书籍后，我对这本专注点如此狭窄的专著最初抱有谨慎的态度。然而，它很快就颠覆了我的预期。作者没有将“微波热效应”视为一个可有可无的附加因素，而是将其提升到了与电磁传输特性同等重要的地位来研究。书中对特定脊波导结构下，非线性热传导对信号波形畸变的影响进行了定量分析，这在解决超高速数据传输中的误差源方面具有极强的现实意义。这种深入到“效应”层面的研究，使得本书不仅仅是一本“如何做”的指南，更是一部“为什么会这样”的深度解析。它拓宽了我们对波导系统性能限制的认知边界，激励我们去探寻更高效率、更低功耗的微波器件设计新范式，是该领域研究者不可多得的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

初次翻阅此书时，我立刻被其深厚的学术底蕴所吸引。它对“脊波导”这一特定结构在微波传输中的特性剖析，达到了相当细致的程度。作者对于电磁场分布、损耗机制的数学建模部分，处理得极为精妙，展现了作者深厚的理论功底。更难能可贵的是，这种高深的理论分析并非空中楼阁，而是紧密地服务于“热效应”这一应用背景。书中对耦合效应、表面电阻损耗如何转化为局部温度升高的详细推导，为理解微波系统失效的根本原因提供了坚实的理论支撑。对于研究生甚至青年教师来说，这本书提供了一个极佳的范例，展示了如何将经典电磁场理论与现代高频系统面临的热稳定性问题进行有效融合与创新。它的逻辑推演链条非常清晰，使得即便是初次接触该细分领域的读者，也能逐步跟进作者的思维轨迹。

评分☆☆☆☆☆

这本关于脊波导实验传输系统设计的专著，从一开始就展现出一种务实而严谨的工程学态度。作者并未止步于纯粹的理论探讨，而是着力于将复杂的微波热效应原理转化为可操作的实验装置。我特别欣赏它在系统搭建过程中的那种步步为营的叙述方式，仿佛带着读者亲手完成了从元器件选型到最终系统联调的每一步。尤其是在信号完整性和热管理这两个核心挑战上，作者提供的解决方案兼具前瞻性和可实现性，这对于希望将理论转化为实际应用的工程师来说，无疑是宝贵的财富。书中对不同材料在微波高频段下的热响应差异的分析，也为后续的优化指明了方向。这种深度挖掘底层物理机制，同时又不失工程实践指导意义的写作手法，使得这本书不仅仅是一份设计手册，更像是一本关于“如何把控微波系统设计中的物理边界”的教科书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排颇具匠心，它成功地在“设计”与“机理研究”之间搭建了一座坚实的桥梁。很多同类书籍要么过于偏重理论的枯燥推导，要么过于流于表面化的工程经验总结。然而，本书的叙述节奏掌控得非常好，每当理论推导稍显繁复时，作者总能迅速引入一个具体的实验验证案例或一个实际的设计挑战来重新锚定读者的注意力。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的良性循环，使得阅读过程极为流畅且富有启发性。我尤其欣赏其对实验参数选择的敏感性分析，例如，如何通过微调脊线的几何参数来平衡传输效率与热点集中区域的温度梯度，这种精细化的控制能力，是衡量一个优秀微波系统设计师的关键指标，而本书对此进行了深入的剖析。