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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