电磁波与天线仿真及实践

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出版者:西安电子科技大学出版社
作者:谭立容
出品人:
页数:294
译者:
出版时间:2016-5-1
价格:27.2
装帧:平装
isbn号码:9787560640372
丛书系列:
图书标签:
  • antenna
  • 电磁波
  • 天线
  • 仿真
  • 实践
  • HFSS
  • CST
  • 电磁场
  • 微波技术
  • 通信工程
  • 电磁兼容性
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具体描述

《应用型本科电子及通信工程专业"十三五"规划教材:电磁波与天线仿真及实践》主要有三部分内容:一是基础篇,主要介绍电磁场与电磁波基本概念和相关技术,之后对电磁波传播、常用器件及天线进行了重点介绍;二是仿真篇,采用HFSS和ADS等仿真软件,针对电磁波传播、传输线、常用器件及天线,给出了18个带有详细步骤的仿真案例;三是实践篇,针对无线电技术、微波技术、电子信息技术、物联网应用技术和其他相关专业学生和工程技术人员的学习实践需要,给出了18个实验。读者可以结合学习的需要选做相关仿真案例和实验,建议第二和第三部分的学习与第壹部分相关基本概念的学习同时进行,这样便于把抽象的知识具体化。

好的,这是一份关于一本名为《高频电路设计与应用》的书籍的详细简介,该书内容与您提到的《电磁波与天线仿真及实践》完全无关,旨在深入探讨高频电路的理论基础、关键技术和实际应用。 --- 《高频电路设计与应用》 内容简介 本书旨在为电子工程、通信工程、射频微波技术等领域的工程师、研究人员及高年级本科生提供一本全面、深入、实用的高频电路设计与应用指南。在高频领域,电路的行为与低频时截然不同,电磁效应、传输线理论和噪声成为设计中不可回避的关键因素。本书系统地梳理了高频电路的核心理论,并结合大量实际工程案例,指导读者掌握从器件选择到系统集成的全过程。 第一部分:高频电路基础理论与建模 本部分是全书的理论基石,重点讲解了在频率超过数百兆赫兹时,电路元件和互连结构必须采用的全新分析方法。 传输线理论的深化: 深入探讨了史密斯圆图的应用,不仅限于匹配网络设计,更着重于理解反射、驻波比(VSWR)与回波损耗的物理意义。详细分析了TEM、TE、TM等不同模式的传输特性,并引入了分布式参数电路模型,取代了传统的集总元件模型。对不同介质基板材料的电磁特性(如介电常数、损耗角正切)如何影响传输线性能进行了详细讨论。 S参数(散射参数)的全面解析: S参数作为高频电路分析的核心工具,其定义、测量方法及物理意义被细致阐述。重点讲解了如何利用S参数建立器件的模型,并进行级联、去嵌入(De-embedding)等关键操作。讨论了如何从S参数推导出Z、Y、H参数,以及在不同条件下S参数的适用性限制。 噪声理论与分析: 高频电路设计中,噪声是限制系统性能的关键因素。本章详细介绍了热噪声、散弹噪声等基本噪声源,并引入了噪声因子(Noise Figure, NF)和有效噪声温度的概念。重点讲解了如何利用噪声阻抗匹配与功率匹配的差异,设计出最优噪声匹配网络,以实现最小化系统噪声贡献。 第二部分:核心高频器件与放大器设计 本部分聚焦于高频电路中最常见的组成部分——放大器,并深入探讨了关键半导体器件在高频下的工作特性。 高频半导体器件特性: 详细分析了BJT(双极型晶体管)和FET(场效应晶体管,特别是GaAs、GaN等先进工艺器件)在高频下的限制因素,如$ ext{f}_{ ext{T}}$(过渡频率)和$ ext{f}_{ ext{max}}$(最大振荡频率)。介绍了如何根据器件的S参数数据,精确评估其在高频下的增益潜力与稳定性。 宽带与窄带放大器设计: 针对不同应用场景,系统介绍了各种放大器拓扑结构。在窄带应用中,重点介绍了双调谐和单调谐放大器的设计流程,包括增益平坦化技术。在宽带应用中,深入分析了施勒(Shottky)反馈、达林顿结构在高频下的改进,以及巴伦(Balun)在差分放大器中的应用。 稳定性分析与实现: 稳定性的问题在高频放大器设计中至关重要。本书详细讲解了Bode图、Nyquist图在稳定性判断中的应用,并教授了K-Factor(稳定因子)和$mu$-Factor(稳定性因子)的计算与应用。提供了实现对策,包括电阻反馈、器件的偏置点优化以及旁路去耦技术。 功率放大器(PA)设计考量: 针对射频发射机设计,重点阐述了高效率与高线性度之间的权衡(Trade-off)。详细分析了A类、AB类、C类等工作模式,并引入了包络跟踪(Envelope Tracking)和数字预失真(DPD)等现代高效率技术的基础概念。 第三部分:匹配网络与系统集成技术 精确的阻抗匹配是实现高效能高频电路的桥梁。本部分侧重于匹配网络的综合设计与实际布线挑战。 阻抗匹配网络的综合设计: 系统性地介绍了Lumped Element(集总元件)匹配网络的设计方法,包括串联、并联组合,以及双元件、三元件匹配的设计流程。更重要的是,深入探讨了基于Smith圆图的图形化设计技巧,确保读者能够快速、准确地找到最优匹配方案。引入了分布式元件匹配网络(如Branch-line Couplers、Rat-race Couplers)的设计,特别适用于超宽带或特定功率场合。 滤波器设计原理: 虽然不涉及天线,但高频系统对信号纯净度要求极高。本章讲解了滤波器在射频前端的关键作用。详细介绍了巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)等原型滤波器的设计公式,以及如何将其转化为实际的LC滤波器结构。对于分布式滤波器(如耦合线滤波器),也提供了初步的建模思路。 高频PCB布局与布线实践: 理论设计必须转化为可制造的物理实体。本章强调了高频设计中最容易被忽视的环节——物理实现。讨论了传输线的阻抗控制(微带线、带状线),过孔(Via)的寄生电感影响,以及地平面完整性的设计原则。详细对比了不同基材(如FR4, Rogers系列)对性能的影响,并提供了减小串扰和提高隔离度的布线指南。 第四部分:应用实例与现代趋势 本部分将前述理论应用于实际系统,并展望了高频技术的发展方向。 系统级设计考量: 以一个典型的接收机链路(LNA-Mixer-PA)为例,演示如何进行噪声预算和增益预算的分配。分析了混频器(Mixer)的插入损耗、本振泄漏和隔离度等关键指标对整体系统性能的影响。 现代高频测试方法: 介绍了网络分析仪(VNA)的基本操作流程,重点讲解了校准(Calibration)步骤(SOLT、TRL)对测量准确性的决定性影响。并探讨了频谱分析仪和示波器在高频信号分析中的应用场景与局限性。 总结与展望: 《高频电路设计与应用》力求在理论深度与工程实践之间架起一座坚实的桥梁。本书不涉及电磁波的传播理论或天线结构设计,而是专注于如何利用已知的电磁规律,设计出高性能、高稳定性的有源和无源射频电路模块。通过对S参数、噪声、匹配网络和PCB布局的精细化处理,读者将能够独立完成从器件级到子系统级的高频电路设计任务。 ---

作者简介

目录信息

目录
第一部分基础篇
第1章绪论
1.1电磁技术概述
1.1.1电磁技术的发展
1.1.2电磁技术的应用
1.2电磁技术的数学基础
1.2.1三种常用的正交坐标系
1.2.2矢量运算
1.2.3亥姆霍兹定理
课后练习题
第2章静电场和静磁场
2.1静电场
2.1.1电荷与库仑定律
2.1.2电场与电场强度
2.1.3电场线
2.1.4电通量与高斯定理
2.1.5静电场环路定理
2.1.6导体和介质对电场分布的影响
2.1.7电场的能量
2.2静磁场
2.2.1电流与电流密度
2.2.2安培定律、磁场与磁感应强度
2.2.3磁感线与静磁场的“高斯定理”
2.2.4安培环路定理
2.2.5介质对磁场分布规律的影响
2.2.6磁场强度与有介质时的磁场环路定理
2.2.7磁场的能量
2.3静电场和静磁场对比
课后练习题
第3章时变电磁场
3.1电磁感应定律
3.1.1电磁感应
3.1.2动生电动势、感生电动势
3.1.3感生电场的性质
3.2麦克斯韦的基本假说
3.3麦克斯韦方程组
3.4边界条件
3.5电磁场的能量和能流
课后练习题
第4章平面电磁波
4.1正弦电磁场的复数表示方法
4.2电磁波的形成和分类
4.3电磁波的极化特性
4.3.1线极化
4.3.2圆极化
4.3.3椭圆极化
4.4媒质与电磁波
4.4.1媒质与电磁场间的相互影响
4.4.2媒质的分类总结
4.5电磁波的垂直入射和斜入射
4.5.1电磁波对理想导体的正入射
4.5.2电磁波对介质的正入射
4.5.3导体的趋肤效应
4.6电磁波的特点和传播
4.6.1视距传播
4.6.2电离层传播
4.6.3外层空间传播
4.6.4地面波传播
4.6.5地壳传播
4.6.6各波段电磁波传播的特点
课后练习题
第5章传输线概述
5.1传输线基本概念
5.1.1传输线的种类
5.1.2传输线的工作状态
5.2矩形波导
5.2.1矩形波导中的主模
5.2.2矩形波导中其他模式的电磁波
5.3传输线的参数
5.3.1传输线的传播常数
5.3.2传输线的特性阻抗
5.3.3传输线的输入阻抗
5.3.4传输线的反射系数
5.3.5传输线的驻波比
5.4传输线的应用
课后练习题
第6章常用微波器件
6.1常用微波器件及其参数
6.2常用微波器件的应用
课后练习题
第7章天线技术
7.1天线的基本概念及参数
7.1.1电基本振子及其辐射特点
7.1.2天线的主要特性参数
7.1.3接收天线的特性参数
7.2对称振子天线
7.2.1对称振子上的电流分布
7.2.2对称振子的辐射场
7.2.3对称振子的方向特性
7.2.4对称振子的辐射功率
7.2.5对称振子的辐射阻抗
7.2.6对称振子的输入阻抗
7.3单极天线
7.4天线阵
7.4.1天线阵原理
7.4.2二元阵的方向特性
7.4.3均匀直线式天线阵
7.5引向天线
7.5.1引向天线的工作原理
7.5.2引向天线的设计
7.6宽频带天线
7.6.1螺旋天线
7.6.2对数周期天线
7.7缝隙天线
7.7.1理想缝隙天线
7.7.2波导缝隙天线
7.8微带天线
7.8.1微带天线的结构
7.8.2微带天线的辐射原理
7.9面天线
7.9.1面天线的结构
7.9.2喇叭天线
课后练习题
第8章天线在通信领域中的应用
8.1天线在物联网中的应用
8.1.1物联网及其应用简介
8.1.2物联网中的天线
8.1.3射频识别系统中的天线
8.2天线在广播电视信号发射中的应用
8.2.1广播电视发射天线的特点和要求
8.2.2旋转场天线
8.2.3蝙蝠翼天线
课后练习题
第二部分仿真篇
常用微波EDA仿真软件简介
仿真案例1平面波的仿真
仿真案例2矩形波导的仿真
仿真案例3行波与驻波的仿真
仿真案例4对称振子天线的仿真
仿真案例5对称振子天线阵的仿真
仿真案例6引向天线的仿真
仿真案例7微带天线的仿真
仿真案例8鞭状天线的仿真
仿真案例9手机螺旋天线的仿真
仿真案例10手机PIFA天线的仿真
仿真案例11高频13.56MHz RFID标签天线的仿真
仿真案例12超高频RFID八木标签天线的仿真
仿真案例13近距离超高频RFID标签天线的仿真
仿真案例14超高频RFID变形偶极子标签天线的ADS仿真
仿真案例15超高频RFID抗金属标签天线的仿真
仿真案例16超高频RFID读写器天线的仿真
仿真案例17带通滤波器的ADS仿真
仿真案例18低通滤波器的ADS仿真
第三部分实践篇
实验1标量网络分析仪的基本操作
实验2矢量网络分析仪的基本操作
实验3频谱分析仪的基本操作
实验4波导测量系统中波导波长的测量
实验5用波导测量系统测量驻波比
实验6用波导测量系统测量阻抗
实验7用网络分析仪测量滤波器参数
实验8用网络分析仪测量功分器参数
实验9用网络分析仪测量天线回波损耗
实验10天线方向性的测量
实验11无线频谱侦测分析
实验12射频同轴电缆的常规性能与测试
实验13自制无线网卡天线
实验14标签天线的制作
实验15电子标签读取距离的测量及分析
实验16标签天线读取方向图的测量
实验17超高频RFID电子标签的读写操作
实验18校园RFID车辆门禁系统的安装
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我是一名初入嵌入式开发领域的新手,原本以为电磁波和天线这类内容与我的工作关系不大,所以抱着“了解一下”的心态翻开了这本《电磁波与天线仿真及实践》。没想到,里面的内容竟然能带给我如此大的启发!书中关于电磁兼容(EMC)和电磁干扰(EMI)的章节,让我第一次真正理解了电子设备内部的信号是如何相互影响的,以及为什么有时候简单的电路设计会导致意想不到的辐射问题。对于我今后在PCB布局布线,以及选择合适的连接器和屏蔽材料方面,这本书提供了宝贵的指导。即使我不直接设计天线,但理解电磁波的传播特性,对于我优化信号完整性、降低功耗,甚至提高设备在复杂环境下的稳定性都有着至关重要的作用。书中的一些图示和概念解释,比我之前看过的任何资料都要直观易懂,让我能够将这些“高大上”的理论与我日常的开发工作联系起来。

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坦白说,我对电磁学的理论基础并不算特别扎实,在接触《电磁波与天线仿真及实践》之前,总觉得这方面的内容枯燥乏味,难以理解。但这本书彻底改变了我的看法。作者在讲解时,总是会引用一些生活中的例子或者类比,让抽象的物理概念变得生动形象。比如,在解释电磁波的辐射原理时,书中用到了“水波”的类比,非常形象地展现了能量是如何从源头传播开来的。而且,书中对不同频率下电磁波的传播特性以及其衰减规律的阐述,也让我对无线通信的稳定性有了更深的认识。最令我印象深刻的是,书中不仅仅是罗列公式和定理,而是着重于“为什么”以及“如何应用”。它引导读者去思考,去探索,去动手实践。通过书中的一些小实验和思考题,我不仅巩固了所学知识,还激发了我进一步探究的兴趣。这本书,无疑为我打开了探索电磁波奥秘的一扇新大门。

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这套书简直是我的救星!之前为了完成毕业设计,在电磁波传播和天线设计方面遇到了不少瓶颈,网上的资料零散不说,很多概念也理解得模模糊糊。当我拿到这本《电磁波与天线仿真及实践》时,简直是如获至宝。从基础的麦克斯韦方程组讲解,到复杂的电磁波传播理论,作者都用了一种非常清晰易懂的方式来阐述,即使是对电磁学领域稍显生疏的我也能很快跟上思路。更让我惊喜的是,书中不仅有理论的深度,更有实践的指导。它详细介绍了各种常用的仿真软件,比如HFSS、CST等,并提供了大量详实的案例分析,一步步教你如何搭建模型、设置参数、进行仿真计算,并解读仿真结果。我尤其喜欢其中关于微带天线设计的那几章,书中给出的设计流程和优化技巧,让我少走了很多弯路,最终成功设计出了满足要求的原型天线。这本书就像是一位经验丰富的导师,耐心细致地解答我的每一个疑问,让我能够扎实地掌握电磁波与天线设计的核心知识和实践技能。

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这绝对是为数不多的让我愿意反复翻阅的教材之一。作为一名在射频工程师岗位上摸爬滚打了几年的人,我深知理论与实践脱节的痛苦。很多时候,学校里学到的理论知识在实际工作中显得有些“空中楼阁”,而实际工作中遇到的问题,又很难从零散的资料中找到清晰的解决方案。《电磁波与天线仿真及实践》这本书恰好填补了这个空白。它并没有停留于书本上的抽象概念,而是紧密结合工程实际,深入剖析了天线设计中的各种挑战,例如阻抗匹配、带宽限制、方向性以及旁瓣抑制等。书中对不同类型天线(如偶极子天线、八木天线、喇叭天线等)的原理、结构特点及其在不同应用场景下的优劣分析,都写得鞭辟入里。特别是仿真部分,作者非常细致地讲解了参数扫描、优化算法的应用,以及如何根据仿真结果来调整设计。读完这本书,我感觉自己的工程实践能力得到了显著提升,对于如何将理论知识转化为实际可用的解决方案,有了更深刻的理解和更成熟的把握。

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一直以来,我对天线设计都停留在“会用”的层面,但对于其背后的原理却知之甚少。这本《电磁波与天线仿真及实践》正好满足了我对“知其然,更知其所以然”的渴望。书中对天线基本原理的讲解,从最简单的偶极子天线,到更复杂的阵列天线,都做了非常详尽的介绍。我尤其欣赏书中对于不同天线结构如何影响其辐射方向图、阻抗特性以及增益的深入分析。而且,书中还引入了许多现代天线设计中常用的技术,例如超材料天线、智能天线等,让我对天线技术的发展趋势有了初步的了解。最吸引我的是,书中关于仿真软件的应用讲解,不仅仅是教你如何操作,更强调了如何通过仿真结果来指导设计优化,以及如何将仿真结果与实际测量进行对比分析,这对于提升实际工程设计能力非常有帮助。这本书让我不再只是一个被动的使用者,而是能够更主动地去理解和创造。

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助我电磁场89分,感谢田加胜老师以及这本书……

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