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

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蒋仁培宋淑平 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030462268

商品编码：10211648560

出版时间：2015-11-01

铁基复合材料的磁学特性、微观结构与应用 本书聚焦于铁基复合材料在现代电磁工程中的应用潜力，系统阐述了从材料的微观结构到宏观磁学特性的演变规律，并深入探讨了其在高性能电磁波吸收体、磁屏蔽以及微波器件中的设计与优化策略。 本书旨在为材料科学、电磁场与微波技术、电子工程等领域的科研人员、工程师以及高年级本科生提供一个全面、深入的学习与参考平台。我们侧重于揭示材料的内在物理机制，并将其与实际工程应用紧密结合，避免过多侧重于特定软件工具的使用方法，而是强调设计背后的核心物理原理。 --- 第一部分：铁基复合材料的基础理论与制备工艺 本部分内容建立起理解铁基复合材料性能的基础，重点解析了影响其电磁响应的关键因素。 第一章：铁氧体与铁磁性材料的电磁本构关系 本章首先回顾了经典电磁理论中材料的介电常数和磁导率概念，随后深入探讨了铁磁性材料的本构关系。重点分析了复磁导率 $mu = mu' - jmu''$ 的物理意义，其中实部 $mu'$ 决定了材料对磁场的响应和电磁波的穿透深度，虚部 $mu''$ 则直接关联到材料的磁损耗——即能量转化为热量的能力。 我们详细考察了磁化强度（$M$）与外部磁场强度（$H$）之间的非线性关系，特别是滞后回线的形成机理，包括畴壁运动和磁畴旋转。此外，章节还引入了德哈那斯（Deyanass）理论在描述高频下磁导率动态行为中的应用，为后续的损耗机制分析奠定理论基础。 第二章：微波铁氧体的微观结构与缺陷工程 材料的性能与其微观晶体结构和晶界特性息息相关。本章聚焦于镍锌系、锰锌系等典型铁氧体材料的晶体结构（如尖晶石结构 $AB_2O_4$），解析了不同阳离子在A位和B位上的占据方式如何影响磁有序性（如尼尔反铁磁耦合）。 此外，本章专门探讨了材料制备过程中引入的缺陷工程。烧结温度、气氛控制（氧气分压）、掺杂元素（如Co、Mg、Ti）对晶粒尺寸、晶界电阻率以及缺陷浓度（如氧空位）的影响被细致分析。这些微观因素直接调控了高频下的磁弛豫和交换能，是设计低损耗或高损耗材料的关键。 第三章：复合材料的界面效应与有效介质理论 在许多应用中，铁氧体需要与其他介质（如高分子基体、碳材料）复合以实现特定的电磁性能或机械特性。本章侧重于研究多相复合体系的电磁行为。 详细介绍了洛伦兹（Lorentz）、格雷厄姆（Graham）等有效介质模型（EMT），用于预测复合材料的宏观有效复介电常数 $epsilon_{ ext{eff}}$ 和复磁导率 $mu_{ ext{eff}}$。重点讨论了界面极化和电导损耗在复合材料中的贡献，特别是当铁氧体颗粒尺寸接近电磁波长时，界面处的局域场增强效应。本章强调了如何通过优化填料粒度分布和界面耦合强度，实现复合材料的阻抗匹配和宽带吸收性能。 --- 第二部分：铁基材料的高频磁损耗机制分析 理解损耗的根源是设计高效吸收材料的前提。本部分深入剖析了铁基材料在微波频段的几种主要损耗机制。 第四章：自然共振与交换希尔（Gilbert）阻尼 在高频（GHz量级）下，材料的磁响应不再是简单的静态畴壁运动，而是表现出共振现象。本章的核心是解析自然铁磁共振（FMR）现象。 我们基于斯莱特-茹依（Slater-Zhuij）方程，推导了共振频率 $omega_0$ 与磁晶各向异性场 $H_k$ 和饱和磁化强度 $M_s$ 的关系。随后，详细讨论了吉尔伯特（Gilbert）阻尼因子 $alpha$ 的物理意义。该因子描述了磁化矢量旋转时能量耗散的速度，并与材料的微观晶格振动耦合强度相关。本章通过分析不同温度和偏置磁场下的共振曲线形状，来量化不同损耗机制的相对贡献。 第五章：畴壁共振与弛豫损耗机制 除了自然共振，低频段和中频段的损耗主要由畴壁运动和弛豫过程决定。本章研究了畴壁共振现象，特别是在具有显著磁晶各向异性的材料中，畴壁在晶格缺陷或晶界处受到的钉扎效应。 弛豫损耗方面，我们探讨了镍锌铁氧体中常见的“剩余极化弛豫”（Relaxation Loss），它与材料中存在的双价离子（如$ ext{Fe}^{2+}$）在电场和磁场交变作用下的定向迁移相关。本章还区分了“洛伦兹弛豫”（Lorentzian-type relaxation）与“导电损耗”在铁氧体损耗谱中的表现，为区分材料的内在磁损耗和外在电损耗提供了判据。 第六章：高频下的介电损耗与耦合效应 在微波频率下，铁基材料的电磁损耗通常是磁损耗（$mu''$）和介电损耗（$epsilon''$）的共同作用。本章侧重于介电损耗的来源。 分析了铁氧体中由于电荷载流子（如 $ ext{Fe}^{2+} leftrightarrow ext{Fe}^{3+}$ 之间的跳跃）引起的电导损耗，以及由于晶界电容效应引起的界面极化损耗。重点阐述了磁损耗与介电损耗的耦合效应。在设计宽带吸收体时，如何通过调整烧结工艺或引入导电填料，使得 $mu''$ 和 $epsilon''$ 峰值在频率上尽可能错开并重叠，以实现最佳的复介电常数与复磁导率的阻抗匹配（即 $mu_{ ext{eff}} approx epsilon_{ ext{eff}}$），是本章的核心目标。 --- 第三部分：铁基材料在电磁波调控中的设计与优化 基于对材料物理特性的深入理解，本部分将理论模型应用于实际的电磁器件设计。 第七章：铁氧体在微波吸收体中的阻抗匹配设计 微波吸收体的核心目标是最大化电磁波的吸收，这要求材料的输入阻抗 $Z_{in}$ 尽可能接近自由空间阻抗 $eta_0$，同时保证吸收层具备足够的损耗能力。 本章详细介绍了基于传输线理论的吸收层厚度（$d$）设计公式，以及如何利用不同损耗特性的铁氧体层级堆叠技术（多层结构）来实现宽带吸收。具体分析了如何通过精确控制吸收体的厚度与铁氧体的 $mu$ 和 $epsilon$ 值，将吸收峰精确地放置在目标频率点。本章还探讨了用于提升吸收带宽的介质衬底和抗反射涂层的选择原则。 第八章：磁屏蔽材料的有效性与结构优化 对于磁屏蔽应用，我们关注的是材料对静态或低频交变磁场的衰减能力，这主要取决于其高初始磁导率 $mu'$ 和低磁滞损耗。 本章从麦克斯韦方程组出发，推导了磁屏蔽效能（$S_H$）与材料厚度以及高磁导率之间的关系。重点分析了畴壁运动在低频磁屏蔽中的作用，以及如何通过细化晶粒尺寸和优化烧结工艺来提高铁氧体的初始磁导率（$mu_i$）。此外，还对比了固态铁氧体屏蔽与多孔复合屏蔽材料在重量、屏蔽带宽和温度稳定性方面的优缺点。 第九章：铁氧体在非线性磁学中的应用与挑战 在强磁场作用下，铁氧体的磁导率会发生显著变化，这一特性可用于设计非线性器件，如磁控限幅器和开关。 本章讨论了斋藤（Saito）效应和磁致伸缩效应在高功率微波应用中的影响。重点分析了当磁场强度超过激活场时，铁氧体磁导率的饱和特性。本章还探讨了如何利用铁氧体的热敏性（温度系数）来设计具有特定温度漂移特性的器件，例如用于温度补偿的高频滤波器元件。 --- 本书的特点： 深度耦合： 始终将材料的微观结构、高频磁学特性与宏观电磁性能联系起来。 原理驱动： 侧重于物理机理的阐述，而非单纯的工程手册。 全面性： 覆盖了从基础理论、损耗机制到器件应用的完整链条。 本书旨在培养读者独立分析和设计高性能铁基电磁功能器件的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计和排版简直是视觉盛宴，那种沉稳又不失现代感的风格，让人一看就知道是精品。尤其是字体选择和色彩搭配，非常考究，既保证了专业性，又不会让人觉得枯燥。我拿到手的时候，那种纸张的质感也让人心情愉悦，翻阅起来非常舒服，那种油墨的淡淡香味，真是让人沉醉在学习的氛围里。装帧的工艺也看得出来很扎实，即便是经常翻阅，也不用担心会损坏。而且，整个书籍的目录结构和章节划分都设计得极为合理，逻辑性很强，即便初学者也能很快找到自己想要了解的部分，这种对读者体验的重视，在技术类书籍中并不多见，真的非常加分。

评分☆☆☆☆☆

这本书的创新之处，在于它非常注重跨学科的融合与视角转换。它不仅仅局限于传统的电磁场理论，而是巧妙地融入了材料科学、系统集成等多个领域的最新进展，展现出一种全面的、系统性的工程思维。这种多维度的视角，让读者能够跳出单一的器件设计框架，去思考整个微波系统在不同工作环境下的表现和优化方向。特别是作者对未来技术趋势的预判和分析，非常具有前瞻性，为我们指明了未来几年内研究和开发可能深入的方向，让人对行业前景充满信心，也为自己的职业发展提供了明确的参考坐标。

评分☆☆☆☆☆

从写作风格的角度来看，这本书的叙述方式充满了激情与洞察力，读起来完全没有那种传统教科书的滞涩感。作者仿佛是一位经验丰富、循循善诱的导师，总能在关键点上给予精辟的点评和提醒。语言流畅自然，但在涉及专业术语时，又保持了高度的精确性，这种平衡拿捏得恰到好处。阅读过程中，我常常会因为某些巧妙的比喻或深刻的见解而停下来反复思考，它极大地激发了我对微波技术更深层次的探索欲望，让人感觉这不是在应付学习任务，而是在享受一场思想的盛宴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容深度简直让人惊叹，作者显然是在该领域浸淫多年，其对理论的阐述深入浅出，把一些复杂的物理现象用非常直观的方式展现出来。我特别欣赏作者在推导公式和分析模型时所采用的严谨态度，每一个步骤都清晰可辨，让人完全理解其背后的物理意义，而不是仅仅停留在套用公式的层面。对于那些希望不仅知其然而知其所以然的工程师和研究人员来说，这无疑是一本宝库。特别是涉及到一些前沿的概念时，作者都能提供详实的历史背景和最新的研究进展，为读者构建了一个宏大而精确的知识图谱。

评分☆☆☆☆☆

我关注到一个非常实用的方面，那就是书中案例的丰富性和实用性。很多技术书籍只停留在理论层面，但在实际工程应用中却显得力不从心。然而，这本书似乎完全避免了这种缺陷，它不仅讲解了原理，更提供了大量基于实际工程问题的解决方案和设计流程。这些案例的选取非常贴合当前行业热点，具有很强的指导意义。读者可以清晰地看到，从理论推导到最终产品的实现过程中，需要克服哪些困难，如何应用书中的方法论来解决实际的阻抗匹配、损耗控制等关键问题，这种“学以致用”的体验是极其宝贵的。