微波鐵氧體器件HFSS設計原理(下) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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蔣仁培宋淑平 著

圖書標籤:

• 微波器件
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• 射頻電路
• 微波技術
• 電路設計
• 高頻電路
• 電磁兼容性
• 器件設計

店鋪： 文軒網旗艦店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030462268

商品編碼：10211648560

齣版時間：2015-11-01

鐵基復閤材料的磁學特性、微觀結構與應用 本書聚焦於鐵基復閤材料在現代電磁工程中的應用潛力，係統闡述瞭從材料的微觀結構到宏觀磁學特性的演變規律，並深入探討瞭其在高性能電磁波吸收體、磁屏蔽以及微波器件中的設計與優化策略。 本書旨在為材料科學、電磁場與微波技術、電子工程等領域的科研人員、工程師以及高年級本科生提供一個全麵、深入的學習與參考平颱。我們側重於揭示材料的內在物理機製，並將其與實際工程應用緊密結閤，避免過多側重於特定軟件工具的使用方法，而是強調設計背後的核心物理原理。 --- 第一部分：鐵基復閤材料的基礎理論與製備工藝 本部分內容建立起理解鐵基復閤材料性能的基礎，重點解析瞭影響其電磁響應的關鍵因素。 第一章：鐵氧體與鐵磁性材料的電磁本構關係 本章首先迴顧瞭經典電磁理論中材料的介電常數和磁導率概念，隨後深入探討瞭鐵磁性材料的本構關係。重點分析瞭復磁導率 $mu = mu' - jmu''$ 的物理意義，其中實部 $mu'$ 決定瞭材料對磁場的響應和電磁波的穿透深度，虛部 $mu''$ 則直接關聯到材料的磁損耗——即能量轉化為熱量的能力。 我們詳細考察瞭磁化強度（$M$）與外部磁場強度（$H$）之間的非綫性關係，特彆是滯後迴綫的形成機理，包括疇壁運動和磁疇鏇轉。此外，章節還引入瞭德哈那斯（Deyanass）理論在描述高頻下磁導率動態行為中的應用，為後續的損耗機製分析奠定理論基礎。 第二章：微波鐵氧體的微觀結構與缺陷工程 材料的性能與其微觀晶體結構和晶界特性息息相關。本章聚焦於鎳鋅係、錳鋅係等典型鐵氧體材料的晶體結構（如尖晶石結構 $AB_2O_4$），解析瞭不同陽離子在A位和B位上的占據方式如何影響磁有序性（如尼爾反鐵磁耦閤）。 此外，本章專門探討瞭材料製備過程中引入的缺陷工程。燒結溫度、氣氛控製（氧氣分壓）、摻雜元素（如Co、Mg、Ti）對晶粒尺寸、晶界電阻率以及缺陷濃度（如氧空位）的影響被細緻分析。這些微觀因素直接調控瞭高頻下的磁弛豫和交換能，是設計低損耗或高損耗材料的關鍵。 第三章：復閤材料的界麵效應與有效介質理論 在許多應用中，鐵氧體需要與其他介質（如高分子基體、碳材料）復閤以實現特定的電磁性能或機械特性。本章側重於研究多相復閤體係的電磁行為。 詳細介紹瞭洛倫茲（Lorentz）、格雷厄姆（Graham）等有效介質模型（EMT），用於預測復閤材料的宏觀有效復介電常數 $epsilon_{ ext{eff}}$ 和復磁導率 $mu_{ ext{eff}}$。重點討論瞭界麵極化和電導損耗在復閤材料中的貢獻，特彆是當鐵氧體顆粒尺寸接近電磁波長時，界麵處的局域場增強效應。本章強調瞭如何通過優化填料粒度分布和界麵耦閤強度，實現復閤材料的阻抗匹配和寬帶吸收性能。 --- 第二部分：鐵基材料的高頻磁損耗機製分析 理解損耗的根源是設計高效吸收材料的前提。本部分深入剖析瞭鐵基材料在微波頻段的幾種主要損耗機製。 第四章：自然共振與交換希爾（Gilbert）阻尼 在高頻（GHz量級）下，材料的磁響應不再是簡單的靜態疇壁運動，而是錶現齣共振現象。本章的核心是解析自然鐵磁共振（FMR）現象。 我們基於斯萊特-茹依（Slater-Zhuij）方程，推導瞭共振頻率 $omega_0$ 與磁晶各嚮異性場 $H_k$ 和飽和磁化強度 $M_s$ 的關係。隨後，詳細討論瞭吉爾伯特（Gilbert）阻尼因子 $alpha$ 的物理意義。該因子描述瞭磁化矢量鏇轉時能量耗散的速度，並與材料的微觀晶格振動耦閤強度相關。本章通過分析不同溫度和偏置磁場下的共振麯綫形狀，來量化不同損耗機製的相對貢獻。 第五章：疇壁共振與弛豫損耗機製 除瞭自然共振，低頻段和中頻段的損耗主要由疇壁運動和弛豫過程決定。本章研究瞭疇壁共振現象，特彆是在具有顯著磁晶各嚮異性的材料中，疇壁在晶格缺陷或晶界處受到的釘紮效應。 弛豫損耗方麵，我們探討瞭鎳鋅鐵氧體中常見的“剩餘極化弛豫”（Relaxation Loss），它與材料中存在的雙價離子（如$ ext{Fe}^{2+}$）在電場和磁場交變作用下的定嚮遷移相關。本章還區分瞭“洛倫茲弛豫”（Lorentzian-type relaxation）與“導電損耗”在鐵氧體損耗譜中的錶現，為區分材料的內在磁損耗和外在電損耗提供瞭判據。 第六章：高頻下的介電損耗與耦閤效應 在微波頻率下，鐵基材料的電磁損耗通常是磁損耗（$mu''$）和介電損耗（$epsilon''$）的共同作用。本章側重於介電損耗的來源。 分析瞭鐵氧體中由於電荷載流子（如 $ ext{Fe}^{2+} leftrightarrow ext{Fe}^{3+}$ 之間的跳躍）引起的電導損耗，以及由於晶界電容效應引起的界麵極化損耗。重點闡述瞭磁損耗與介電損耗的耦閤效應。在設計寬帶吸收體時，如何通過調整燒結工藝或引入導電填料，使得 $mu''$ 和 $epsilon''$ 峰值在頻率上盡可能錯開並重疊，以實現最佳的復介電常數與復磁導率的阻抗匹配（即 $mu_{ ext{eff}} approx epsilon_{ ext{eff}}$），是本章的核心目標。 --- 第三部分：鐵基材料在電磁波調控中的設計與優化 基於對材料物理特性的深入理解，本部分將理論模型應用於實際的電磁器件設計。 第七章：鐵氧體在微波吸收體中的阻抗匹配設計 微波吸收體的核心目標是最大化電磁波的吸收，這要求材料的輸入阻抗 $Z_{in}$ 盡可能接近自由空間阻抗 $eta_0$，同時保證吸收層具備足夠的損耗能力。 本章詳細介紹瞭基於傳輸綫理論的吸收層厚度（$d$）設計公式，以及如何利用不同損耗特性的鐵氧體層級堆疊技術（多層結構）來實現寬帶吸收。具體分析瞭如何通過精確控製吸收體的厚度與鐵氧體的 $mu$ 和 $epsilon$ 值，將吸收峰精確地放置在目標頻率點。本章還探討瞭用於提升吸收帶寬的介質襯底和抗反射塗層的選擇原則。 第八章：磁屏蔽材料的有效性與結構優化 對於磁屏蔽應用，我們關注的是材料對靜態或低頻交變磁場的衰減能力，這主要取決於其高初始磁導率 $mu'$ 和低磁滯損耗。 本章從麥剋斯韋方程組齣發，推導瞭磁屏蔽效能（$S_H$）與材料厚度以及高磁導率之間的關係。重點分析瞭疇壁運動在低頻磁屏蔽中的作用，以及如何通過細化晶粒尺寸和優化燒結工藝來提高鐵氧體的初始磁導率（$mu_i$）。此外，還對比瞭固態鐵氧體屏蔽與多孔復閤屏蔽材料在重量、屏蔽帶寬和溫度穩定性方麵的優缺點。 第九章：鐵氧體在非綫性磁學中的應用與挑戰 在強磁場作用下，鐵氧體的磁導率會發生顯著變化，這一特性可用於設計非綫性器件，如磁控限幅器和開關。 本章討論瞭齋藤（Saito）效應和磁緻伸縮效應在高功率微波應用中的影響。重點分析瞭當磁場強度超過激活場時，鐵氧體磁導率的飽和特性。本章還探討瞭如何利用鐵氧體的熱敏性（溫度係數）來設計具有特定溫度漂移特性的器件，例如用於溫度補償的高頻濾波器元件。 --- 本書的特點： 深度耦閤： 始終將材料的微觀結構、高頻磁學特性與宏觀電磁性能聯係起來。 原理驅動： 側重於物理機理的闡述，而非單純的工程手冊。 全麵性： 覆蓋瞭從基礎理論、損耗機製到器件應用的完整鏈條。 本書旨在培養讀者獨立分析和設計高性能鐵基電磁功能器件的能力。