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

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蒋仁培，宋淑平 著

图书标签:

• 微波器件
• 铁氧体
• HFSS
• 电磁场仿真
• 射频电路
• 微波技术
• 电路设计
• 高频电路
• 电磁兼容
• 器件设计

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030462268

版次：1

商品编码：11824995

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-11-01

用纸：胶版纸

页数：231

字数：290000

正文语种：中文

内容简介

　　《微波铁氧体器件HFSS设计原理（下册）》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。在设计层面上具有一定的创新性：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。
　　《微波铁氧体器件HFSS设计原理（下册）》适合从事微波铁氧体器件设计的科研人员阅读，也可供电磁场理论、雷达技术等相关领域的研究者参考。

目录

前言
第三篇 微波铁氧体变场器件
第8章 双模多极化非互易移相器
8．1 双模非互易移相器的结构和工作原理
8．2 管状铁氧体非互易移相器
8．3 移相器的差相移△θ磁化相移θδ和非互易相移|dθ|
8．4 开关能量、开关时间的估值
8．5 移相器散热结构和温度分布

第9章 双模旋转场移相器
9．1 概述
9．2 耦合模传输理论
9．3 简正模传输理论
9．4 网络分析方法
9．5 四磁极半波片的仿真设计与计算
9．6 介质片圆极化器
9．7 铁氧体旋转场移相器
9．8 铁氧体／介质复合结构旋转半波片
9．9 高功率旋转半波片
9．10 铁氧体旋转半波片的综合分析

第10章 双模互易移相器
10．1 双模互易移相器的基本原理
10．2 法拉第旋转段仿真设计与分析
10．2．1 简正模分析法
10．2．2 耦合模分析法
10．2．3 差相移段的频率特性
10．3 铁氧体圆极化器
10．4 双模互易移相器的仿真设计
10．4．1 静磁仿真模型
10．4．2 HFSS仿真结果
10．5 外磁路结构对移相器性能的影响
10．6 双模互易移相器磁化相移δθ±和反磁化相移△θ±

第11章 圆极化移相器
11．1 概述
11．2 圆极化移相器的设计原理与分析
11．2．1 方波导圆极化移相器
11．2．2 圆波导圆极化移相器
11．3 Ka波段圆波导圆极化移相器的设计
11．3．1 CP型（圆柱一圆管）结构圆极化移相器
11．3．2 CY型结构圆极化移相器
11．4 C波段CY型结构圆极化移相器分析
11．4．1 基本分析方法
11．4．2 C波段圆极化移相器设计与仿真

第12章 闭锁式非互易移相器
12．1 十字形波导非互易移相器
12．2 鼓形铁氧体波导非互易移相器
12．2．1 鼓形铁氧体波导非互易移相器的基本特性
12．2．2 非互易相移|dθ|反磁化相移（差移相）|Aθ|、磁化相移|δθ|
12．3 矩形环铁氧体非互易移相器
12．3．1 矩形环非互易移相器的相移分析
12．3．2 双环结构的非互易移相器
12．3．3 同轴-波导非互易移相器设计

第13章 Reggia-Spancer移相器
13．1 E面磁路R-S移相器
13．1．1 R．s移相器仿真结果
13．1．2 互易性和倒易性
13．1．3 R．S移相器的几种磁化相移计算
13．2 H面磁路R-S移相器
13．2．1 超前相移与滞后相移
13．2．2 移相器的倒易性和互易性计算
13．2．3 磁化相移的理论计算
13．3 R．S移相器的场结构观察
13．3．1 R-S移相器的扬结构
13．3．2 R-s移相器中高频磁场的极化特性
13．3．3 未磁化态和磁化态时极化的变化
13．3．4 R-S移相器机理研究

第14章 平面结构的铁氧体移相器
14．1 铁氧体一波导表面模移相器
14．1．1 波导表面模移相器的场型观察
14．1．2 铁氧体一波导裂缝天线扫描组件
14．2 铁氧体一金属表面波移相器
14．2．1 铁氧体一金属表面模的场结构观察
14．2．2 铁氧体电扫描天线阵
14．3 微带移相器
14．4 平行板结构非互易移相器
14．5 槽线移相器
14．5．1 A型槽线移相器
14．5．2 B型槽线移相器

第15章 铁氧体变极化技术及其应用
15．1 极化球概念
15．2 铁氧体变极化器原理
15．3 铁氧体全极化器
15．3．1 A-Θ型全极化器
15．3．2 A-（π）型全极化器（极化扫描）
15．3．3 A-F型全极化器
15．4 A．Θ型全极化器的仿真设计与计算
15．5 高功率A-Θ型全极化器
15．5．1 双模变极化段Ta
15．5．2 双模差相移段Tθ
15．5．3 高功率全极化器的级联和仿真结果
15．6 高功率A／Θ型全极化器
15．7 微带结构全极化器
15．7．1 慢波线非互易移相器
15．7．2 三分贝90°混合桥路
15．7．3 全极化器的仿真性能
15．8 双通道全极化器
15．9 双模全极化器
15．9．1 基本件能
15．9．2 全极化器承受高功率问题
15．10极化扫描技术及其应用
15．10．1 极化扫描器的工作原理一
15．10．2 极化扫描器的仿真设计
15．10．3 旋转场调制器及其应用
15．11变极化移相器的研究
15．11．1 变极化移相器的基本工作原理
15．11．2 变极化移相器的仿真研究
15．11．3 锁式可变极化移相器设计性能
15．12 同轴波导变换——变极化器一介质天线组件
15．12．1 介质天线
15．12．2 同轴一波导变换
15．12．3 双模变极化段Ta和双模移相段Tθ
15．12．4 组件的匹配仿真结果

总结
参考文献
附录

微波铁氧体器件：从理论到实践的深度探索 本书是《微波铁氧体器件HFSS设计原理》系列的下册，旨在为读者提供一个关于微波铁氧体器件设计的系统性、深度性的学习体验。在前一册的基础上，本册将重点深入探讨铁氧体材料的微波特性、基于HFSS的数值仿真技术在铁氧体器件设计中的应用，以及各类典型铁氧体器件的详细设计流程与工程实践。我们将力求理论与实践相结合，从基础概念出发，逐步过渡到复杂器件的设计与优化，为从事微波与射频工程、雷达技术、通信系统等领域的科研人员、工程师及高年级本科生、研究生提供宝贵的参考。 第一章：铁氧体材料微波特性的深入分析 本章将回归铁氧体材料的本质，深入剖析其在微波频段下的独特电磁响应。我们将首先回顾铁氧体材料的基本物理性质，如磁导率、介电常数等，并详细阐述其与微波电磁场相互作用的微观机制。在此基础上，本章将重点解析铁氧体材料的磁各向异性、非线性特性以及温度依赖性等关键因素，这些因素直接影响着器件的性能和工作稳定性。 磁各向异性及其对微波特性的影响： 探讨单晶与多晶铁氧体在不同磁化状态下的微波磁导率张量，理解其在非互易器件设计中的核心作用。我们将详细分析晶体取向、形状各向异性等对磁导率张量元素的影响，并结合实际铁氧体材料参数，给出具体的数值示例。 铁氧体材料的介电损耗与磁损耗： 深入分析铁氧体在微波频段的主要损耗机制，包括微波磁损耗（斯皮诺共振、偶极共振）和介电损耗。我们将讨论如何通过调整材料组分、微观结构（如晶粒尺寸、气孔率）以及烧结工艺来优化材料的损耗性能，以满足不同器件的设计要求，例如在需要低插入损耗的隔离器设计中，选择低损耗铁氧体至关重要。 非线性特性与高功率处理能力： 探讨铁氧体材料在大功率微波激励下的非线性效应，如功率极限、饱和磁导率等。分析这些非线性效应如何影响器件的性能，特别是高功率器件的设计中，如何选择合适的铁氧体材料以及采取何种结构设计来抑制非线性效应，确保器件在高功率下依然稳定工作。 温度对铁氧体微波特性的影响： 详细研究温度变化对铁氧体磁导率、损耗以及居里温度等关键参数的影响。我们将分析不同温度下铁氧体材料的性能变化规律，并介绍常用的温度补偿技术和结构设计方法，以提高铁氧体器件在宽温域内的稳定性，这对于舰载、机载或户外使用的设备尤为重要。 新型铁氧体材料的进展： 简要介绍当前在新型铁氧体材料研发方面的最新进展，如低损耗宽带材料、宽温域材料、具有特定磁各向异性材料等，以及这些新材料可能为铁氧体器件设计带来的机遇。 第二章：HFSS在铁氧体器件设计中的建模与仿真 本章将聚焦于业界领先的电磁仿真软件HFSS（High Frequency Structure Simulator）在铁氧体器件设计中的应用。我们将详细介绍如何在HFSS中准确地建立铁氧体材料模型，以及如何利用HFSS强大的仿真功能来分析器件的性能。 HFSS中的铁氧体材料建模： 详细介绍如何在HFSS中定义和导入铁氧体材料的电磁参数，包括如何设置磁导率张量、介电常数、损耗角等。重点讲解如何处理具有各向异性磁特性的铁氧体材料，并给出在HFSS中设置磁场激励的详细步骤。 边界条件与激励设置： 讨论在HFSS中进行铁氧体器件仿真时，需要考虑的各种边界条件（如 PML、Perfect E/H 等）以及不同激励源（如端口激励、波导激励）的设置方法，并分析不同设置对仿真结果的影响。 铁氧体器件的S参数仿真与分析： 演示如何通过HFSS仿真得到铁氧体器件的S参数，并对仿真结果进行详细的解释，包括如何分析器件的插入损耗、回波损耗、隔离度等关键性能指标。 非互易特性的仿真验证： 重点讲解如何利用HFSS仿真来验证铁氧体器件的非互易特性，例如在设计隔离器时，如何仿真不同端口激励下的S参数，以证明其在正反向传输特性上的差异。 参数化扫描与优化设计： 介绍HFSS中的参数化扫描功能，如何利用该功能对器件的关键设计参数（如铁氧体体积、形状、磁场强度等）进行批量仿真，并通过分析仿真结果，指导器件的设计优化，以达到预期的性能指标。 高级仿真技术： 简要介绍一些更高级的HFSS仿真技术，如瞬态分析、谐波平衡分析（用于非线性仿真）等，以及这些技术在更复杂的铁氧体器件设计中的潜在应用。 第三章：隔离器与环行器的设计原理与HFSS实现 隔离器和环行器是铁氧体器件中最典型、应用最广泛的无源非互易器件。本章将对这两种器件的设计原理进行深入剖析，并结合HFSS仿真平台，给出详细的设计流程和实现方法。 铁氧体隔离器的基本原理： 详细阐述法拉第旋转效应在单法拉第旋转隔离器中的应用，分析铁氧体柱或圆片在磁场作用下对微波信号的旋转原理。探讨不同尺寸、形状的铁氧体加载结构对隔离特性的影响。 隔离器的结构设计与HFSS建模： 介绍不同类型的铁氧体隔离器结构，如法拉第旋转隔离器、贴片隔离器、短路板隔离器等，并重点讲解如何在HFSS中建立这些隔离器的三维模型。 HFSS仿真隔离器的性能分析： 演示如何通过HFSS仿真得到隔离器的S参数，并详细分析其隔离度、插入损耗、带宽等关键指标。介绍如何通过调整铁氧体参数、加载结构尺寸、外部磁场强度等来优化隔离器的性能。 铁氧体环行器的基本原理： 深入分析多端口铁氧体环行器的工作机理，特别是基于铁氧体脊形波导或加载铁氧体介质的环行器。解释相位差和磁场分布如何实现信号的循环传输。 环行器的结构设计与HFSS建模： 介绍典型三端口和四端口环行器结构，如脊形波导环行器、同轴环行器等。讲解在HFSS中如何准确构建这些器件的复杂几何结构，包括多层结构和非均匀磁场分布。 HFSS仿真环行器的性能分析： 演示如何通过HFSS仿真得到环行器的S参数，并分析其隔离度、插入损耗、端口匹配以及工作带宽。重点讲解如何通过调整铁氧体材料、磁路设计、馈电结构等来优化环行器的性能。 高功率环行器的设计考虑： 讨论在设计高功率环行器时需要考虑的散热问题、高功率下的损耗及非线性效应，以及相应的结构优化和材料选择。 第四章：铁氧体移相器与调制器的设计 移相器和调制器是铁氧体领域重要的有源或半有源器件，它们能够根据外加磁场或电场控制微波信号的相位或幅度。本章将深入探讨这些器件的设计原理与HFSS实现。 铁氧体移相器的基本原理： 重点介绍基于法拉第旋转效应或磁致伸缩效应的铁氧体移相器。分析在不同磁场强度下，铁氧体材料对微波信号相位的影响机制。 移相器的结构设计与HFSS建模： 介绍不同类型的铁氧体移相器结构，如波导移相器、同轴移相器、微带移相器等。讲解如何在HFSS中构建这些器件模型，特别是如何精确模拟磁场在铁氧体材料中的分布。 HFSS仿真移相器的相位控制： 演示如何通过HFSS仿真得到移相器在不同磁场下的相位变化，并分析其相移量、插入损耗以及控制范围。介绍如何通过优化铁氧体尺寸、形状、加载位置以及磁场强度来获得所需的相移特性。 铁氧体调制器的基本原理： 探讨如何利用铁氧体材料的磁损耗或磁导率随外加信号的变化，实现微波信号的幅度调制。分析不同调制方式（如AM、FM）的实现原理。 调制器的结构设计与HFSS建模： 介绍基于可变损耗铁氧体或可变磁导率铁氧体的调制器结构。讲解在HFSS中如何模拟调制信号对铁氧体电磁参数的影响，以及如何评估调制深度和线性度。 HFSS仿真调制器的性能分析： 演示如何通过HFSS仿真得到调制器在不同调制信号下的输出特性，并分析其调制深度、频率响应、线性度等性能指标。 第五章：其他铁氧体器件的设计与应用 除了隔离器、环行器、移相器和调制器外，铁氧体材料还在许多其他微波和射频器件中发挥着关键作用。本章将介绍一些其他典型的铁氧体器件，并讨论其设计要点。 铁氧体开关： 探讨基于铁氧体材料的快速开关原理，分析其在高速信号切换应用中的优势。介绍不同类型的铁氧体开关结构，如旋转开关、晶体管控制开关等。 铁氧体滤波器： 介绍铁氧体材料如何用于设计具有特殊滤波特性的滤波器，例如带通滤波器、带阻滤波器等，以及如何利用铁氧体的非互易性实现定向滤波。 铁氧体负载： 讨论铁氧体材料在微波功率吸收和匹配方面的应用，特别是在高功率器件的匹配负载设计中。 铁氧体天线： 简要介绍铁氧体材料在设计紧凑型、宽带、极化控制天线中的应用潜力。 铁氧体在毫米波器件中的应用： 探讨铁氧体材料在毫米波频段的设计挑战与机遇，以及其在高速通信、雷达等领域的潜在应用。 第六章：工程实践与设计优化 本章将从工程实践的角度出发，总结铁氧体器件设计中的一些关键考虑因素，并提供一些实用的设计优化建议。 材料选择与供应商评估： 讨论如何根据器件的具体应用需求（频率、功率、温度、损耗要求等）来选择合适的铁氧体材料，并介绍如何评估材料供应商的产品质量和技术支持。 结构公差与制造工艺： 分析结构设计中的公差对器件性能的影响，并讨论不同制造工艺（如CNC加工、烧结、印刷等）对铁氧体器件实现的具体要求。 热管理与散热设计： 强调在设计高功率铁氧体器件时，热管理的重要性。介绍常用的散热技术和结构设计方法，以确保器件在高功率下稳定工作。 可靠性与寿命设计： 讨论影响铁氧体器件可靠性的因素，如材料老化、机械应力、环境因素等，并提供一些提高器件可靠性和寿命的设计建议。 测试与调试： 介绍铁氧体器件成品测试的关键指标和测试方法，包括阻抗匹配、隔离度、插入损耗、功率容量等。提供一些在器件调试过程中常见的性能问题及解决思路。 案例分析与实际工程经验分享： 通过对几个典型的铁氧体器件设计案例进行深入剖析，结合实际工程经验，分享在设计、仿真、制造和测试过程中可能遇到的挑战与解决方法，帮助读者更好地理解理论知识在实际工程中的应用。 本书的编写目标是提供一本既有理论深度，又兼具实践指导意义的参考书。通过深入学习本书内容，读者将能够全面掌握微波铁氧体器件的设计原理，熟练运用HFSS等仿真工具进行器件设计与优化，并具备解决实际工程问题的能力。我们希望本书能够成为广大从事微波与射频领域的专业人士在学习和工作中的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对微波技术充满热情的学生，我一直在寻找一本能够系统性地提升我HFSS仿真能力的教材。这本书，无疑是我遇到的最理想的选择。《微波铁氧体器件HFSS设计原理（下册）》为我打开了一扇通往微波铁氧体器件设计新世界的大门。作者在书中对于HFSS的每一步操作都讲解得细致入微，并且总是能将这些操作与具体的物理原理相结合。我特别喜欢作者在讲解过程中所使用的那些生动形象的比喻，以及那些能够帮助我们理解复杂概念的图示。阅读这本书的过程，与其说是学习，不如说是一场令人愉快的知识探索之旅。它不仅让我掌握了HFSS的具体仿真技巧，更重要的是，它让我开始思考如何将理论知识融会贯通，如何运用仿真工具去探索和解决实际的工程问题。这本书的启发性，远超我的预期。

评分☆☆☆☆☆

这本书实在太出色了！我一直对微波铁氧体器件的复杂性感到好奇，但苦于找不到一本既深入又易于理解的入门书籍。当我在书店偶然翻到这本《微波铁氧体器件HFSS设计原理（下册）》时，简直像是找到了救星。作者的讲解逻辑清晰，层层递进，从最基础的铁氧体材料特性入手，逐步深入到各种器件的HFSS建模和仿真方法。我尤其欣赏作者在讲解过程中引入的丰富实例，这些实例涵盖了实际工程中可能遇到的各种情况，并且详细介绍了如何利用HFSS这个强大的仿真工具来解决这些问题。不仅仅是理论的堆砌，更多的是实操的指导。书中对HFSS各个功能模块的运用，以及如何根据物理原理来设置仿真参数，都进行了细致的阐述，这对于我这样一个动手能力较弱的读者来说，简直是福音。我不再需要花费大量时间去摸索HFSS的各项功能，可以直接跟着书中的步骤，一步步搭建模型，进行仿真，并理解仿真结果。这种“教你钓鱼”而非“给你鱼”的教学方式，让我受益匪浅。读完这本书，我对微波铁氧体器件的设计和仿真有了全新的认识，也更有信心去 tackling 更加复杂的工程问题了。

评分☆☆☆☆☆

这本《微波铁氧体器件HFSS设计原理（下册）》可以说是一部为微波工程领域的研究者和工程师量身打造的宝藏。我特别欣赏它对理论深度和工程实践的完美结合。作者并没有止步于简单的概念介绍，而是深入探讨了铁氧体材料在微波器件中应用的物理机理，例如法拉第旋转、双折射效应等，并将其与HFSS仿真紧密联系起来。书中对于如何根据理论推导构建HFSS模型，以及如何根据仿真结果反过来验证和优化理论模型，都进行了精彩的阐释。我尤其喜欢作者在分析仿真结果时所展现出的严谨态度，他不仅给出了仿真数据，更重要的是对这些数据进行了深入的物理分析，解释了数据背后所蕴含的规律和原因。这使得读者不仅仅是学习如何操作HFSS，更是学会了如何从仿真结果中提炼有价值的信息，如何进行科学的工程判断。这本书的价值在于，它能够帮助读者建立起从理论到仿真，再到工程应用的完整知识体系，这对于在这个快速发展的领域里保持竞争力至关重要。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，学习HFSS仿真，最关键的不仅仅是掌握软件操作，更重要的是理解背后的物理原理，并能将理论知识有效地映射到仿真环境中。这本书在这方面做得非常出色。《微波铁氧体器件HFSS设计原理（下册）》就是这样一本能够帮助你建立这种深刻理解的书籍。作者在讲解HFSS建模时，非常注重对物理量的精确表达，比如如何将铁氧体的复介电常数和磁导率导入到HFSS中，如何定义合理的边界条件以模拟真实的器件环境，以及如何设置激励源和端口以准确获取器件的S参数。最让我印象深刻的是，书中对于仿真结果的解读，不仅仅是停留在数值上，而是深入分析了仿真曲线的形状、幅度变化与器件物理特性的对应关系，这让我对铁氧体器件的工作原理有了更直观、更深刻的认识。这对于我将来独立进行仿真设计，解决未知问题，打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

从前，我对微波铁氧体器件的认知仅限于书本上的一些模糊概念，感觉它们神秘而难以捉摸。但这本书的出现，彻底改变了我的看法。作者以一种极其接地气的方式，将复杂的理论转化为可操作的步骤。我尤其喜欢书中关于不同类型铁氧体器件（比如隔离器、环形器、移相器等）的HFSS设计案例。每一个案例都详细说明了设计思路、关键参数的选择、以及如何针对性地进行HFSS仿真优化。这不仅仅是简单的“复制粘贴”教程，作者会深入解释为什么需要这样做，这样做会带来什么样的效果。例如，在设计一个隔离器时，作者会详细讲解如何根据铁氧体的磁化强度和外加磁场来调整其工作频率和隔离度，以及如何在HFSS中精确地设置这些参数以获得最佳性能。读完这些案例，我感觉自己仿佛置身于一个真实的设计实验室，亲手操作着软件，解决着一个个实际的设计难题。这本书的实用性，让我感觉物超所值。