基于MATLAB的遗传算法及其在稀布阵列天线中的应用 包子阳 9787121320545 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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包子阳 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121320545

商品编码：22216211112

包装：平装-胶订

出版时间：2017-07-01

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基本信息

书名:基于MATLAB的遗传算法及其在稀布阵列天线中的应用

定价：48.00元

售价：27.36元,便宜20.64元,折扣56

作者:包子阳

出版社：电子工业出版社

出版日期：2017-07-01

ISBN：9787121320545

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

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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本书首先介绍遗传算法的概念、理论、主要应用方向、算法流程和关键参数说明，并给出具体的MATLAB仿真实例；然后介绍直线阵列、平面阵列、圆形阵列、圆柱阵列综合方向图的理论知识；再通过根据具体问题适应性改进的遗传算法对它们进行稀疏布阵，达到减少天线阵元，降低成本，同时防止出现栅瓣，得到低旁瓣方向图的目的。本书内容由浅入深，循序渐进，便于读者对遗传算法的深入理解和掌握。

目录

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作者介绍

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包子阳：2009年6月毕业于电子科技大学信号与信息处理专业，获硕士学位。2009年8月至今工作于北京无线电测量研究所，高级工程师。从事雷达电气总体、信号处理和算法研究等工作，申请五项（已授权两项），在国际雷达会议、《系统工程与电子技术》、《现代雷达》、《电子技术应用》、全国天线年会等发表学术论文十余篇。

文摘

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序言

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《计算电磁学与现代天线设计》 一、本书概述 《计算电磁学与现代天线设计》是一本深入探讨计算电磁学理论及其在现代天线设计中应用的高级参考书籍。本书系统性地介绍了求解麦克斯韦方程组的数值方法，并重点阐述了如何利用这些先进的计算工具来分析、优化和设计各类新型天线。本书旨在为从事电磁场与微波技术、通信工程、电子工程以及相关领域的科研人员、工程师和研究生提供坚实的理论基础和丰富的实践指导。 二、核心内容详解 第一部分：计算电磁学基础理论 1. 电磁场理论回顾与扩展： 麦克斯韦方程组的矢量与微分形式： 详细梳理自由空间、介质中的麦克斯韦方程组，强调其在描述电磁现象中的核心地位。 波动方程的推导与分析： 从麦克斯韦方程组出发，推导并深入分析了标量和矢量波动方程，为后续的数值求解奠定理论基础。 边界条件与阻抗匹配： 系统阐述了不同介质界面上的电磁边界条件，以及天线阻抗匹配的基本原理，这是天线设计不可或缺的环节。 电磁势理论： 深入讲解了矢量磁势和标量电势，以及它们在简化电磁场分析中的作用，尤其是在复杂源分布问题上的应用。 能量、功率与动量： 回顾坡印廷定理，分析电磁场的能量传输和转化，为理解天线辐射效率和功率分配提供理论支撑。 2. 数值求解方法导论： 离散化思想： 介绍将连续的麦克斯韦方程组转化为代数方程组的基本思路，这是所有数值方法的共同基础。 有限差分时域（FDTD）方法： 基本原理： 详细阐述 Yee 网格、差分格式的构建，如何离散化时间和空间导数。 算例分析： 通过简单的几何结构（如传输线、微带线）的 FDTD 仿真，展示其在时域响应分析中的优势。 边界处理： 重点介绍完美匹配层（PML）等吸收边界条件，如何有效抑制边界反射，提高仿真精度。 高级应用： 讨论 FDTD 在复杂散射体、天线阵列以及微波器件分析中的应用。 有限元方法（FEM）： 基本原理： 介绍弱形式方程、基函数选择（如形函数）、 Galerkin 法的数学框架。 网格划分： 讨论网格的质量、自适应网格生成技术，以及它们对精度的影响。 节点与单元： 详细讲解不同维度（一维、二维、三维）的单元划分和节点连接方式。 数值积分： 阐述高斯积分等数值积分技术在计算单元刚度矩阵和质量矩阵中的作用。 适用场景： 分析 FEM 在处理复杂几何形状、不均匀介质以及谐振腔问题中的优势。 矩量法（MoM）/边元法（BEM）： 基本原理： 介绍积分方程的构建，如何将微分方程转化为积分方程。 基函数与测试函数： 探讨不同类型的基函数（如脉冲基、分段线性基、高阶基）和测试函数（如脉冲测试、伽辽金测试）的选择。 离散化与矩阵构建： 详细说明如何通过离散化实现离散的方程组，并构建阻抗矩阵。 求解线性方程组： 介绍直接法（如 LU 分解）和迭代法（如共轭梯度法）求解大型稀疏矩阵。 优势与局限： 分析 MoM/BEM 在处理金属导体结构、开域问题以及低频问题中的优势，以及其在复杂介质建模上的局限性。 其他数值方法简介： 简要介绍传输线矩阵法（TLM）、时域有限质量法（TF/TF）、谱方法等，对比其优缺点及适用范围。 第二部分：现代天线设计理论与实践 3. 天线基本理论与参数： 天线基本概念： 辐射源、辐射场、近场与远场、辐射电阻、损耗电阻、输入阻抗。 关键性能参数： 辐射方向图： 主瓣、零陷、旁瓣、半功率波束宽度，方向性系数，最大增益。 增益与效率： 辐射效率、介质损耗、匹配损耗，全向效率。 带宽： 阻抗带宽、增益带宽、波束宽度带宽。 极化： 线极化、圆极化、椭圆极化，交叉极化。 驻波比（VSWR）与回波损耗。 4. 常见天线类型及其设计原则： 线天线： 偶极子天线（半波长偶极子、基尔戈夫天线）、单极子天线、环天线。 结构与工作原理： 详细分析其电流分布、辐射特性。 阻抗匹配与馈电方式： 介绍平衡馈电、不平衡馈电及其匹配网络的设计。 阵列设计基础： 引入等距、等幅阵列的概念。 面天线： 微带天线（贴片天线）： 基本结构与工作模式： 传输线模型、谐振模式分析。 设计参数： 贴片尺寸、基板厚度、介电常数的影响。 馈电方式： 端馈、微带线馈、探针馈、耦合馈。 带宽与效率增强技术： 寄生贴片、边缘加载、厚介质基板等。 多极化与宽带微带天线设计。 喇叭天线： 类型： 扇形喇叭、角形喇叭、圆锥喇叭。 口径场理论： 分析其场分布与辐射特性。 增益与波束宽度计算。 反射面天线： 抛物面天线： 原理、焦比、馈源位置。 馈源设计： 偶极子、微带贴片、喇叭等作为馈源。 旁瓣抑制与杂散辐射分析。 透镜天线、波导缝隙天线等。 5. 天线阵列设计与分析： 阵列理论基础： 阵因子： 分析阵列的叠加效应，定向性增强。 均匀直线阵、平面阵： 推导阵因子公式。 扫描特性： 分析不同扫描角下的方向图变化、栅瓣问题。 赋形阵列： 非均匀激励： Chebyshev、Taylor、Binomial 等加权方法，用于旁瓣抑制。 任意排列阵： 提高单元利用率，优化方向图。 相控阵天线： 电子扫描原理： 相移单元、移相器。 波束形成技术： 数字波束形成、模拟波束形成。 应用： 雷达、通信、卫星导航。 6. 新型天线技术与前沿研究： 宽带与超宽带天线： 基本原理： 频带的拓宽途径。 设计方法： 对数周期天线、螺旋天线、 Vivaldi 天线、Fractal 天线。 多功能天线： 极化捷变天线、频率捷变天线。 集成化天线： 将天线与其他功能模块（如射频前端、传感器）集成。 智能天线（Smart Antennas）： 自适应波束形成： 干扰抑制、信号跟踪。 空时编码（STBC）与 MIMO 系统。 表面等离激元天线： 亚波长天线，用于纳米光子学与超材料。 超材料天线： 负折射率材料、电磁带隙（EBG）材料在天线设计中的应用。 可重构天线： 通过电调、磁调等方式改变天线参数。 第三部分：计算电磁学在天线设计中的具体应用 7. 电磁仿真软件介绍与案例分析： 主流仿真软件平台： HFSS, CST, FEKO, EMPro 等。 仿真流程： 建模、材料设置、网格划分、激励与边界条件设置、求解、后处理（方向图、阻抗、S 参数、SAR 等）。 案例一： 某单极子天线或偶极子天线的建模、仿真与参数优化。 案例二： 微带贴片天线的参数分析、阻抗匹配与带宽增强仿真。 案例三： 简单天线阵列（如直线阵）的方向图仿真与扫描特性分析。 案例四： 复杂结构天线（如 Vivaldi 天线）的仿真与性能评估。 案例五： 考虑复杂散射体环境下天线性能仿真。 8. 天线性能优化与逆向设计： 参数扫描与优化： 利用仿真软件的优化器，自动寻找最优设计参数。 目标函数设定： 增益最大化、带宽最大化、旁瓣最小化、特定方向图匹配等。 设计空间的探索： 理解不同参数变化对天线性能的影响。 四、本书特色与读者对象 本书特色： 理论与实践紧密结合： 既深入讲解了计算电磁学的数学原理，又提供了丰富的实际天线设计案例。 方法论全面： 涵盖了 FDTD、FEM、MoM 等主流数值方法，并对比分析其适用性。 前沿性强： 关注新型天线技术和智能天线等最新研究方向。 结构清晰，逻辑严谨： 从基础理论到高级应用，层层递进，易于理解。 丰富的图表和公式： 辅以大量的图示、表格和公式推导，帮助读者深入理解概念。 读者对象： 高等院校电子信息工程、通信工程、电磁场与微波技术等专业的本科生、研究生。 从事天线设计、电磁兼容（EMC）、射频（RF）电路设计、雷达系统、通信系统等领域的工程师和科研人员。 对计算电磁学和现代天线技术感兴趣的自学者。 五、学习建议 本书内容涵盖广泛且深入，建议读者在学习过程中： 1. 打牢基础： 务必掌握第一部分计算电磁学的基础理论，理解不同数值方法的数学原理。 2. 动手实践： 结合实际的电磁仿真软件，对书中的案例进行复现和拓展，加深对理论的理解。 3. 循序渐进： 从简单的天线模型开始，逐步挑战更复杂的设计问题。 4. 广泛阅读： 参考相关领域的学术论文和技术报告，了解最新的发展动态。 5. 善用工具： 熟练掌握至少一款主流的电磁仿真软件，是成功应用本书知识的关键。 通过系统学习本书，读者将能够深刻理解计算电磁学在天线设计中的关键作用，掌握使用先进数值方法解决实际工程问题的能力，并能独立设计、分析和优化各类现代天线，为相关领域的深入研究和工程实践奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本《基于MATLAB的遗传算法及其在稀布阵列天线中的应用》绝对是为那些在天线设计领域寻求创新解决方案的工程师和研究人员量身打造的。书中的内容逻辑清晰，结构严谨，从遗传算法的基本原理入手，循序渐进地深入到其在稀布阵列天线优化中的具体应用。我最欣赏的是作者在MATLAB代码实现上的细致程度，这对于我这样需要将理论应用于实际工程项目的读者来说，具有极高的价值。书中提供的代码示例不仅可以直接复用，而且能够帮助我理解算法的内在机制，并在此基础上进行二次开发。作者对稀布阵列天线特性的深入分析，以及如何将这些特性融入遗传算法的适应度函数设计中，是我认为本书的核心亮点之一。我之前在尝试优化某些复杂的稀布阵列时，常常因为缺乏有效的优化工具而陷入困境，这本书提供了一个全新的思路和强有力的手段。书中的章节安排合理，既有理论深度，又不乏实践指导，使得读者能够全面掌握遗传算法在稀布阵列天线设计中的应用技巧。

评分☆☆☆☆☆

《基于MATLAB的遗传算法及其在稀布阵列天线中的应用》是一本令人振奋的书籍，它成功地将两种前沿技术——遗传算法和稀布阵列天线——融为一体，并以MATLAB作为实现平台，为读者提供了深入的实践指导。本书不仅仅是简单地介绍遗传算法的应用，更是在深入剖析稀布阵列天线设计过程中所面临的挑战，例如自由度的增加带来的高维度优化难题，以及传统解析方法难以求解的复杂性。作者通过将遗传算法引入，有效地解决了这些优化瓶颈。我特别喜欢书中关于适应度函数设计的讨论，如何将天线性能指标转化为可量化的目标函数，是遗传算法成功的关键。书中的案例研究非常具有代表性，从不同类型的稀布阵列天线（如均匀稀疏、随机稀疏）到不同的优化目标（如增益最大化、旁瓣最小化），都给出了清晰的求解思路和MATLAB实现。我尤其关注书中关于遗传算法参数寻优的章节，这对于获得最佳的收敛性和优化结果至关重要。这本书的价值在于它不仅教会读者“怎么做”，更引导读者思考“为什么这么做”，从而培养解决复杂问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本《基于MATLAB的遗传算法及其在稀布阵列天线中的应用》让我对遗传算法的理解又上了一个新的台阶，特别是它与稀布阵列天线的结合。书中的算法原理讲解得非常透彻，从基本的交叉、变异操作到选择策略，都配有清晰的数学公式和直观的图示。我特别欣赏作者在MATLAB实现方面的详细指导，这对于我这样的初学者来说，简直是福音。书中的代码示例非常实用，能够直接运行并生成结果，这让我能够快速上手，并在自己的项目上进行尝试。书中对于遗传算法参数的调整、收敛速度的分析以及如何避免陷入局部最优解的讨论，都非常有价值。我之前在优化稀布阵列天线性能时，经常遇到收敛慢、效果不理想的问题，这本书提供的思路和方法，让我找到了解决问题的关键。通过学习书中的案例，我学会了如何根据天线阵型的具体需求，来设计合适的适应度函数，并对遗传算法的种群大小、迭代次数等参数进行科学的设定。总体而言，这本书不仅是一本技术手册，更是一本能够激发读者思考和创新的启蒙读物。它让我对利用智能优化算法解决复杂工程问题充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

读完《基于MATLAB的遗传算法及其在稀布阵列天线中的应用》，我深切感受到了作者在学术研究上的严谨和对工程实践的深刻洞察。本书在理论层面，系统地阐述了遗传算法的数学基础和演化机制，从早期的基本概念到后期的一些高级变种，都进行了详尽的介绍。尤其让我印象深刻的是，作者并没有停留在纯理论的阐述，而是巧妙地将这些理论与稀布阵列天线的具体设计问题紧密联系起来。书中对于如何将遗传算法应用于天线阵型的优化，例如提高方向图的旁瓣抑制比、改善波束宽度，甚至探索全新的稀布阵列构型，都提供了详细的步骤和方法。MATLAB的实现部分，可以说是我最看重的亮点之一。作者提供的代码不仅质量高，而且注释详尽，易于理解和修改。我尝试着将书中的代码应用于我正在进行的某个小型科研项目，结果非常令人满意，大大缩短了我的调试时间，并且优化效果也超出了预期。这本书的价值在于它将理论与实践无缝衔接，为科研人员和工程技术人员提供了一个强大的工具和全新的视角来解决天线设计中的难题。