天线设计与应用：使用ANSYS HFSS模拟器(3版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书四位作者具有丰富之学界与业界经验，在天线工程领域深耕多年，深知青年读者的需要，合力撰写一本理论与实务兼具的天线设计书籍，希望能带领读者快速掌握天线设计之要诀，领略无线通讯之奥妙。

　　本书对天线的完整制作流程，如天线设计、天线模拟、天线制作、天线之网路分析仪量测与天线之无反射实验室量测均有完整与细腻之描述。读者只需有初步之电磁学基础即可全盘了解本书之论述。

　　本书採用在学界与业界广受好评之高频模拟软体：HFSS17.0，为了快速让读者熟悉此套软体，本书採用step by step之论述方式，读者只要能耐心读完本书，定可熟稔此套优越软体。

　　为了更进一步增加读者的学习效率，本书附赠之光碟内含：HFSS范例专案档。有了本书与周边辅助，套句许多试用读者的评语：「使用此套教材后，要想不懂天线很难，要想不会HFSS更难」。

　　本书附赠之光碟收录第二、三、四、五章之教学影片档，档名为「chap*.wmv」，请读者利用windows内建之windows media player或其他播放软体即可播放。这四个影片档清晰且步骤讲解清楚，极适合自学之用，任课教师亦可在课堂上放映以辅助教学。本书全部的彩色图片也同时收录于光碟内。
 

天线设计与应用：理论基础、系统集成与前沿技术 本书深入探讨了现代天线设计、分析与制造的综合领域，涵盖了从基础电磁理论到复杂系统集成的全过程。全书结构严谨，内容详实，旨在为射频工程师、电子电气工程师、通信系统设计师以及相关专业的研究生和高年级本科生提供一本全面且实用的参考手册。 第一部分：天线与电磁场基础 本部分奠定坚实的第一性原理基础，为后续复杂天线结构的设计做好准备。 第一章：电磁场理论回顾与天线基本概念 首先回顾麦克斯韦方程组在频域和时域中的形式，重点讨论坡印廷矢量、波阻抗、以及理想导体和介质中的场分布。接着，详细介绍天线作为电磁波发射与接收的转换器件所扮演的角色。核心概念包括：辐射强度、辐射方向图（二维与三维）、有效辐射面积（ERA）、以及天线效率（辐射效率、损耗效率、总效率）。深入剖析了互易性原理在线路和系统分析中的重要性，并引入了功率增益（绝对增益与相对增益）的精确定义和计算方法。 第二章：基本辐射单元分析 本章专注于分析最基本的辐射体结构。详细阐述了半波长偶极子天线（包括架空线馈电和同轴线馈电）的输入阻抗、方向图特性、以及最优匹配技术。随后，深入探讨了微型单极子天线（如$lambda/4$垂直地线天线）在有限接地点（地平面）上的特性变化，并给出了地平面尺寸对输入阻抗和方向图侧瓣的影响分析模型。对环形天线进行了细致研究，区分了小环（磁偶极子）和大环（电流分布复杂）的辐射特性，并特别关注了其在磁场感应应用中的优势。 第三章：天线参数测量与校准 系统地介绍了在消声室（Anechoic Chamber）或远场测试场中测量天线性能的标准流程与规范（如IEEE标准）。详细讲解了如何标定测试系统，以及如何准确测量： 1. 输入阻抗与回波损耗（Return Loss）：使用矢量网络分析仪（VNA）的校准技术（SOLT等）。 2. 方向图测量：俯仰角（$ heta$）和方位角（$phi$）扫描的步骤，以及如何提取主瓣宽度（HPBW）、旁瓣抑制比（SLL）和交叉极化电平（XPD）。 3. 增益测量：通过比较法（Comparison Method）和标准接收机法（Standard Antenna Method）的实际操作流程和误差分析。 第二部分：常用天线类型与结构设计 本部分将理论应用于具体的结构设计，涵盖了当代通信系统中最常见且高效的天线类型。 第四章：孔径天线与高增益设计 孔径天线以其高增益和波束指向能力成为雷达和卫星通信的核心。本章重点分析了矩形和圆形孔径的辐射特性，引入了孔径效率的概念。详细推导了均匀激励和加权激励（如余弦加权、Taylor级数加权、均匀加权）对方向图和旁瓣的影响，这是实现低旁瓣的关键。对喇叭天线的模式转换、喉部设计和阻抗匹配进行了深入探讨，特别是扫描波束所需的双模喇叭。 第五章：微带（贴片）天线及其阵列化 微带天线因其轻薄、低剖面、易于集成的特点，在移动终端和无线局域网中占据主导地位。本章从传输线模型和腔体模型两个角度分析了矩形、圆形、三角形等基本贴片单元的谐振频率和辐射机制。重点讨论了解决贴片天线的主要挑战：带宽受限、表面波损耗和效率问题。为此，详细介绍了提高带宽的技术，如厚介质层、叠层结构、槽缝加载、以及使用超材料介质。 第六章：阵列天线理论与综合 阵列天线是通过多个辐射单元有源或无源组合以获得高增益和灵活波束控制的手段。本章从互耦效应的角度出发，分析了均匀直线阵、平面阵和共形阵列的理论。详细阐述了阵因子（Array Factor）的计算方法，并介绍了实现特定方向图的综合技术，包括萨尔茨伯里（Sidelobe Canceller）和切比雪夫综合等。对于有源相控阵，讨论了移相器、移幅器的选择及其对波束扫描范围和效率的影响。 第七章：宽带与多频段天线技术 针对现代通信系统对带宽日益增长的需求，本章聚焦于如何突破传统谐振天线的带宽限制。全面分析了螺旋天线、锥形螺旋天线、对数周期天线（LPDA）的工作原理，这些是实现超宽带（UWB）和频谱覆盖的关键。对于多频段设计，详细介绍了加载技术（如短路臂、容性加载）、多谐振模式设计、以及使用分形结构（如Sierpinski gasket, Koch曲线）实现自标度多频特性的方法。 第三部分：先进天线技术与系统集成 本部分面向前沿研究和复杂的系统级应用，关注新兴技术对天线设计的影响。 第八章：超材料与超表面天线 超材料（Metamaterials）和超表面（Metasurfaces）为天线设计提供了革命性的新自由度。本章首先解释了负折射率、等效电磁参数的提取方法。随后，重点介绍了超表面天线的设计原理，特别是通过Huygens' Principle和Generalized Snell's Law来实现对电磁波的精确相位梯度控制。应用实例包括超薄透镜天线、宽角扫描平板阵列以及对表面波进行调控的结构。 第九章：MIMO与大规模天线系统（Massive MIMO） 在5G及未来通信中，多输入多输出（MIMO）是提高系统容量和频谱效率的核心技术。本章深入探讨了MIMO系统的信道容量边界。关键在于天线单元的解耦与正交化。详细分析了载体分离（Carrier Separation）、隔离度（Isolation）的概念，并研究了紧凑型天线单元设计（如PIFA、环形）在有限空间内如何实现高特征值分离度。对于大规模MIMO，讨论了波束赋形（Beamforming）的硬件实现复杂度与算法效率之间的权衡。 第十章：电磁兼容性（EMC）与天线集成 天线不再是孤立的器件，而是嵌入到复杂的电子系统中。本章阐述了电磁兼容性（EMC）的原理及其对天线性能的影响。分析了系统内部的耦合机制，如共模电流辐射、电缆辐射和结构谐振。强调了在系统级层面进行热点（Hotspot）分析和屏蔽设计的重要性，确保天线在实际工作环境中能维持其设计指标，特别是对敏感接收链路的干扰抑制。 --- 本书的特点在于理论深度与工程实践的紧密结合。每一章的理论推导后，都提供了丰富的工程实例和设计流程，旨在使读者不仅理解“为什么”这样设计，更能掌握“如何”高效地完成设计和优化。对新一代无线通信技术（如毫米波、太赫兹通信）所需的前瞻性技术进行了预留和探讨。

作者简介

邓圣明博士

　　学历：国立台湾大学电机工程博士

　　经历：铭传大学电子系、大华技术学院电子系、资深工程顾问。

　　拥有国际与国内之专利数目超过50件
　　于国际知名期刊与会议发表超过四十篇以上论文

蔡庆龙博士

　　学历：国立台湾大学电机工程博士

　　经历：铭传大学电子系、逢甲大学电机系、义守大学电机系、国防医学院、资深工程顾问

　　于国际知名期刊与会议发表超过四十篇以上论文

柏小松博士

　　学历：美国俄亥俄州立大学电机博士

　　经历：逢甲大学电机系所教授、逢甲大学电机系所主任兼所长、中正理工学院工学部主任

　　于国际知名期刊与会议发表超过一百篇以上论文

邱政男博士

　　学历：国立台湾大学电机工程博士

　　经历：元智大学通讯系教授、大叶大学电机系教授、资深工程顾问

　　于国际知名期刊与会议发表超过一百篇以上论文
 

第1章 天线的基础知识
1-1 前言
1-2 HFSS17.0概述
1-3 短偶极天线
1-4 半波偶极天线
1-5 线型天线的微型化技术
参考文献
 
第2章 平衡偶极天线
2-1 前言
2-2 平衡偶极天线设计
2-3 HFSS17.0模拟
2-4 参数调整
2-5 平衡偶极天线实作
2-6 天线量测
2-7 结果与讨论
参考文献
 
第3章 具介质共振体之折叠式单极天线
3-1 前言
3-2 理论论述
3-3 HFSS17.0模拟
3-4 结果与讨论
参考文献
 
第4章 微型化超宽频天线
4-1 前言
4-2 微型化超宽频天线I
4-3 微型化超宽频天线II
4-4 辐射场型
4-5 HFSS17.0模拟
参考文献
 
第5章 适用于1575MHz和2.4GHz双频操作之短路环状开槽天线
5-1 前言
5-2 天线设计
5-3 HFSS17.0模拟
5-4 结果与讨论
5-5 结论
参考文献
 
中英对照

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我一直對天線設計充滿好奇，總覺得這是一個既神秘又迷人的領域。但是，要從零開始學習，真的不是一件容易的事。過去我嘗試過看一些相關的學術論文，但發現它們的語言太過專業，很多術語和數學公式讓我望而卻步。直到我偶然間看到這本《天線設計與應用：使用ANSYS HFSS模擬器(3版)》，我才找到了能夠引導我入門的鑰匙。書的編寫風格非常平易近人，作者用比較通俗易懂的語言，講解了天線的基本原理，像是為什麼天線需要特定的形狀和尺寸，不同頻率下電磁波的傳播特性等等。更重要的是，它把 ANSYS HFSS 這個強大的模擬工具，變成了一個幫助我理解理論的「實驗室」。書中的每一個實操步驟，都寫得非常詳細，讓我能夠跟著一步一步操作，從建立一個簡單的偶極天線，到設計一個更複雜的微帶天線。我發現，當我能夠親手在軟體中建立模型，觀察模擬結果，並且嘗試修改參數時，那些原本抽象的理論知識，立刻就變得生動起來，我能夠更直觀地感受到不同設計參數對天線性能的影響。例如，當我改變了微帶貼片的尺寸，觀察回波損耗曲線的變化，我才真正理解了阻抗匹配的重要性。這本書讓我從一個對天線一無所知的門外漢，逐漸變成一個能夠初步理解和操作天線設計軟體的人，這種成就感真的難以言喻。對於和我一樣，想要跨入天線設計領域，又不知道從何開始的讀者來說，這本書絕對是你們的絕佳選擇。

评分☆☆☆☆☆

我是一名剛進入職場不久的 RF 工程師，入職前對天線設計的概念僅停留在書本上的理論，實際操作起來總是戰戰兢兢。幸運的是，我透過同事的推薦，入手了這本《天線設計與應用：使用ANSYS HFSS模擬器(3版)》。這本書的優點實在太多了，很難一一贅述。最讓我驚豔的是它對於天線理論與 HFSS 模擬的整合度。它沒有像坊間許多書籍那樣，將理論與實操割裂開來，而是讓你在學習理論的同時，就能立刻透過 HFSS 進行驗證和實踐。書中挑選的幾個代表性天線設計案例，涵蓋了從基礎到進階的各個層面，每一個案例都詳細地闡述了其設計原理、結構特點，以及在 HFSS 中的詳細建模和參數設置步驟。我特別喜歡書中關於「模擬前」和「模擬後」的分析與解讀。例如，在進行模擬之前，它會引導你思考天線的預期工作頻段、阻抗匹配要求、以及主要的輻射方向，讓你對模擬結果有一個基本的預期。而在模擬完成後，書中對於回波損耗、阻抗曲線、輻射效率、方向圖等關鍵指標的解讀，以及如何根據這些指標來判斷設計的優劣和進行優化，都給予了非常深刻的指導。這讓我不再是單純的軟體操作者，而是能夠真正理解模擬結果背後的物理意義，並據此提出改進方案。這本書讓我對天線設計的信心大增，也讓我能夠更快地在實際工作中應用所學知識，解決遇到的挑戰。

评分☆☆☆☆☆

這本《天線設計與應用：使用ANSYS HFSS模擬器(3版)》的出版，可以說是給我們這些在台灣從事天線相關研究與開發的從業人員，注入了一劑強心針。以往要尋找一本兼具理論深度與實操廣度的中文教材並不容易，很多時候只能依賴英文原文，不僅閱讀門檻高，而且很多本土化的案例與應用考量也較少。這本書的出現，恰好填補了這個市場的空白。它的優勢在於，它不僅僅是針對 HFSS 軟體的「操作手冊」，更是一本將「天線科學」與「計算電磁學」緊密結合的「實戰指南」。書中對於各種天線原理的闡釋，都非常到位，並且能夠很容易地與 HFSS 中的模型建立、激勵源設定、以及邊界條件選擇聯繫起來。我尤其讚賞書中對於「非理想情況」的討論，例如在實際製作中可能遇到的公差、材料損耗、以及環境影響等，這些內容在很多入門書籍中是較少涉及的，但對於工程師來說卻是至關重要的。書中透過 HFSS 模擬的結果，也展示了這些因素可能對天線性能造成的影響，並給出了一些規避或減輕這些影響的方法。此外，書中的案例設計，也相當貼合目前無線通訊領域的發展趨勢，例如對一些小型化、高增益、多頻段天線的介紹，對於我們在研發新一代通訊設備時，提供了非常有價值的參考。總體而言，這本書不僅是一本學習工具，更是一本激發創新思維的啟迪之書，對於台灣天線設計領域的發展，有著積極的推動作用。

评分☆☆☆☆☆

這本《天線設計與應用：使用ANSYS HFSS模擬器(3版)》真的是太及時了！我最近剛開始接觸天線設計，以前都是靠論文和零散的教材，學起來總覺得斷斷續續的，很多概念都像是霧裡看花。但這本書不一樣，它的結構非常清晰，從最基礎的電磁波原理、天線基本參數開始，循序漸進地介紹各種常見天線的類型，像是偶極天線、單極天線、縫隙天線，甚至到比較進階的陣列天線和寬頻天線，每一個章節都像是一塊搭建起來的積木，讓你一塊一塊地往上疊。最讓我印象深刻的是，它不只是理論的堆砌，而是非常注重實際操作，將 ANSYS HFSS 這個強大的模擬軟體融入了整個學習過程。書裡面的範例都非常詳實，從建立模型、設定材料、網格剖分，到後處理參數的解讀，都有一步一步的操作指南，感覺就像是跟著一位經驗豐富的老師在旁邊手把手教學一樣。我之前用 HFSS 總是搞不清楚一些參數的意義，也不知道怎麼優化設計，看了這本書之後，我才真正理解了回波損耗、駐波比、輻射效率、增益、方向性等等這些重要參數背後的物理意義，也學會了如何透過調整天線結構和參數來達到預期的設計目標。對於正在從事或即將從事無線通訊、射頻工程、甚至物聯網相關領域的工程師或學生來說，這本書絕對是一本不可或缺的工具書，它能幫你快速建立起紮實的天線設計知識體系，並且讓你能夠實際應用這些知識，解決實際問題。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我對這種軟體操作類的書籍向來沒有太高的期望，很多時候都寫得太過枯燥，或者範例不夠貼近實際。但《天線設計與應用：使用ANSYS HFSS模擬器(3版)》這本書，真的讓我刮目相看。它巧妙地將理論知識與軟體實操結合得天衣無縫。我尤其欣賞它對於 HFSS 軟體操作的細膩描述，很多初學者容易卡住的地方，比如幾何模型的精確建立、複雜材料參數的定義、以及如何根據不同問題選擇合適的求解器和邊界條件，書中都給予了非常清晰且易於理解的說明。我之前在做一個微帶貼片天線的設計時，怎麼調參都達不到預期的頻率，看了書裡針對類似模型的優化案例，才發現是某個參數的設定出了問題，而且書裡還補充了很多調參技巧，像是如何利用參數掃描來尋找最佳設計點，以及如何透過觀察近場和遠場圖來判斷天線的性能。不只是單純的複製貼上操作，它還會引導你去思考，為什麼要這樣做，這樣做的原理是什麼。而且，書中的案例涵蓋了不同類型的天線，從簡單的單極天線到稍微複雜的環形天線和螺旋天線，讓我有機會在一個統一的架構下，學習到不同結構的設計方法和模擬技巧。這對於提升我的解決問題能力和獨立設計能力非常有幫助。總之，這本書對於想要深入了解並掌握 HFSS 進行天線設計的讀者來說，絕對是一份寶貴的資源，它不僅教會你「如何做」，更重要的是教會你「為什麼要這麼做」。