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第1章　微波理论和工程的基础知识 1

1.1　电磁场的基本理论 1

1.1.1　麦克斯韦方程组 1

1.1.2　时谐场的麦克斯韦方程组 2

1.1.3　波动方程及其边界条件 2

1.1.4　电磁波的传播 3

1.2　微波工程中的网络方法 5

1.2.1　微波传输线理论 5

1.2.2　微波网络及其S参数 7

1.3　微波工程中的内问题 8

1.3.1　导波结构 8

1.3.2　微波谐振器 11

1.3.3　微波无源元件 14

1.3.4　微波内问题的复本征值问题 18

1.4　微波工程中的外问题 18

1.4.1　天线的分析和设计 18

1.4.2 电磁散射 24

1.5　微波系统的电磁兼容问题 24

1.6　微波周期结构的分析方法 25

1.7　微波工程领域的前沿和热点 26

第2章　微波工程问题的有限元数值计算方法 28

2.1　微波工程问题的分析方法 28

2.2　微波工程问题的数值分析方法 29

2.2.1　加权残数法的概念 29

2.2.2　基于加权残数法的矩量法和有限元方法简介 30

2.2.3　差分法原理 31

2.2.4　基于差分法的时域有限差分法 32

2.3　有限元方法的基本原理 32

2.3.1　有限元方法的原理——从一维的例子来看其建模的过程 33

2.3.2　三维时谐场有限元问题 36

2.3.3　有限元方程组的求解 40

2.3.4　有限元方程组的区域分解算法和条件数预处理技术 43

2.4　电磁内问题和外问题的不同处理 43

第3章 Ansoft HFSS使用介绍 44

3.1　工作环境介绍 44

3.1.1　菜单栏 44

3.1.2　工具栏 53

3.1.3　状态栏 53

3.1.4　工程管理窗口 54

3.1.5　属性窗口 54

3.1.6　进度窗口 54

3.1.7　信息管理窗口 54

3.1.8 3D模型窗口 54

3.2　建立HFSS工程的一般过程 55

第4章　Ansoft HFSS软件的计算原理和使用技巧 57

4.1 HFSS项目求解分类及过程 58

4.1.1　本征值求解和激励求解 58

4.1.2 HFSS中S参数的定义和求解 59

4.2 HFSS项目的建模 63

4.2.1 HFSS软件参数化建模的常用技巧 63

4.2.2 HFSS软件的高级建模方法 79

4.2.3 HFSS软件中的网格剖分原理 82

4.3 HFSS项目的激励设置 85

4.3.1 HFSS软件的波端口 85

4.3.2 HFSS软件的集总端口 92

4.3.3 HFSS软件的Floquet端口 95

4.3.4　差分对激励 95

4.3.5　磁偏置源激励 97

4.3.6　照射波激励 98

4.4 HFSS项目的边界条件 99

4.4.1　理想导体边界 99

4.4.2　理想导磁体边界 100

4.4.3　阻抗边界 100

4.4.4　辐射边界 101

4.4.5　理想匹配层 102

4.4.6　有限导体边界 104

4.4.7　对称边界 104

4.4.8　主从边界 106

4.4.9 集总RLC边界 107

4.4.10　分层阻抗边界 108

4.4.11　无限大地平面 108

4.4.12　网屏阻抗边界条件 109

4.4.13　频率相关的边界和激励 109

4.4.14 HFSS中的默认边界分配 110

4.5 HFSS项目的材料设置 110

4.5.1　相对磁导率 110

4.5.2　相对介电常数 110

4.5.3　电导率 111

4.5.4　介质损耗角正切 111

4.5.5　磁损耗角正切 111

4.5.6　各向异性材料 111

4.6 HFSS项目的辐射和散射问题设置 115

4.6.1 HFSS软件中辐射问题的计算方法 115

4.6.2 HFSS软件中散射问题的计算方法 123

4.7 HFSS项目的求解设置 124

4.7.1 HFSS软件的基函数类型 124

4.7.2　矩阵方程求解器 126

4.7.3　自适应迭代求解分析过程 127

4.7.4　单个频率求解和扫频解 129

4.8 HFSS项目的后处理 130

4.8.1　电磁场矢量的求解 130

4.8.2　场计算器的使用 132

4.8.3 HFSS软件提供的优化计算功能 147

第5章　工程应用实例 155

5.1　微波无源元件 155

5.1.1　微波滤波器 155

5.1.2　微波混合接头 177

5.2　微波天线 190

5.2.1　对称振子 190

5.2.2　双模圆锥喇叭 202

5.2.3　微带贴片天线 210

5.2.4　波导缝隙阵 224

5.2.5　螺旋天线分析 235

5.2.6　共形天线 251

5.3　频率选择表面 268

5.3.1　设计背景 268

5.3.2　设计原理 269

5.3.3 HFSS软件的仿真实现 271

5.3.4　仿真结果的分析和讨论 281

5.4　信号完整性分析 282

5.4.1　信号完整性基本参数分析 283

5.4.2　PCB板信号完整性分析 293

5.4.3　对导出的HFSS project进行仿真分析 302

5.5　大功率微波的热分析 305

5.5.1　研究背景 305

5.5.2　铁氧体简介及环形器设计原理 305

5.5.3　仿真设计过程简介 307

5.5.4 HFSS仿真流程 308

5.5.5 ePhysicsTM介绍 321

5.5.6　使用ePhysicsTM对环形器进行热及应力分析 324

5.6　电磁兼容分析 347

5.6.1　天线间互耦分析 347

5.6.2　“自顶而下”的电磁兼容设计流程 353

5.7　电磁散射 360

5.8　相控阵天线的单元法分析及RCS计算 372

5.9 协同设计方法——LTCC器件的协同仿真 385

5.9.1 Ansoft Designer/Nexxim软件简介 385

5.9.2 LTCC技术简介 387

5.9.3 LTCC器件协同设计原理 388

5.9.4 基于HFSS和Designer协同仿真设计 390

参考文献 409