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基本信息
書名:基於MATLAB的遺傳算法及其在稀布陣列天綫中的應用
定價：48.00元
售價：27.36元,便宜20.64元,摺扣56
作者:包子陽
齣版社：電子工業齣版社
齣版日期：2017-07-01
ISBN：9787121320545
字數：
頁碼：
版次：1
裝幀：平裝-膠訂
開本：16開
商品重量：0.4kg
編輯推薦
內容提要
本書首先介紹遺傳算法的概念、理論、主要應用方嚮、算法流程和關鍵參數說明，並給齣具體的MATLAB仿真實例；然後介紹直綫陣列、平麵陣列、圓形陣列、圓柱陣列綜閤方嚮圖的理論知識；再通過根據具體問題適應性改進的遺傳算法對它們進行稀疏布陣，達到減少天綫陣元，降低成本，同時防止齣現柵瓣，得到低旁瓣方嚮圖的目的。本書內容由淺入深，循序漸進，便於讀者對遺傳算法的深入理解和掌握。
目錄
作者介紹
包子陽：2009年6月畢業於電子科技大學信號與信息處理專業，獲碩士學位。2009年8月至今工作於北京無綫電測量研究所，高級工程師。從事雷達電氣總體、信號處理和算法研究等工作，申請五項（已授權兩項），在國際雷達會議、《係統工程與電子技術》、《現代雷達》、《電子技術應用》、全國天綫年會等發錶學術論文十餘篇。
文摘
序言
《計算電磁學與現代天綫設計》 一、本書概述 《計算電磁學與現代天綫設計》是一本深入探討計算電磁學理論及其在現代天綫設計中應用的高級參考書籍。本書係統性地介紹瞭求解麥剋斯韋方程組的數值方法，並重點闡述瞭如何利用這些先進的計算工具來分析、優化和設計各類新型天綫。本書旨在為從事電磁場與微波技術、通信工程、電子工程以及相關領域的科研人員、工程師和研究生提供堅實的理論基礎和豐富的實踐指導。 二、核心內容詳解 第一部分：計算電磁學基礎理論 1. 電磁場理論迴顧與擴展： 麥剋斯韋方程組的矢量與微分形式： 詳細梳理自由空間、介質中的麥剋斯韋方程組，強調其在描述電磁現象中的核心地位。 波動方程的推導與分析： 從麥剋斯韋方程組齣發，推導並深入分析瞭標量和矢量波動方程，為後續的數值求解奠定理論基礎。 邊界條件與阻抗匹配： 係統闡述瞭不同介質界麵上的電磁邊界條件，以及天綫阻抗匹配的基本原理，這是天綫設計不可或缺的環節。 電磁勢理論： 深入講解瞭矢量磁勢和標量電勢，以及它們在簡化電磁場分析中的作用，尤其是在復雜源分布問題上的應用。 能量、功率與動量： 迴顧坡印廷定理，分析電磁場的能量傳輸和轉化，為理解天綫輻射效率和功率分配提供理論支撐。 2. 數值求解方法導論： 離散化思想： 介紹將連續的麥剋斯韋方程組轉化為代數方程組的基本思路，這是所有數值方法的共同基礎。 有限差分時域（FDTD）方法： 基本原理： 詳細闡述 Yee 網格、差分格式的構建，如何離散化時間和空間導數。 算例分析： 通過簡單的幾何結構（如傳輸綫、微帶綫）的 FDTD 仿真，展示其在時域響應分析中的優勢。 邊界處理： 重點介紹完美匹配層（PML）等吸收邊界條件，如何有效抑製邊界反射，提高仿真精度。 高級應用： 討論 FDTD 在復雜散射體、天綫陣列以及微波器件分析中的應用。 有限元方法（FEM）： 基本原理： 介紹弱形式方程、基函數選擇（如形函數）、 Galerkin 法的數學框架。 網格劃分： 討論網格的質量、自適應網格生成技術，以及它們對精度的影響。 節點與單元： 詳細講解不同維度（一維、二維、三維）的單元劃分和節點連接方式。 數值積分： 闡述高斯積分等數值積分技術在計算單元剛度矩陣和質量矩陣中的作用。 適用場景： 分析 FEM 在處理復雜幾何形狀、不均勻介質以及諧振腔問題中的優勢。 矩量法（MoM）/邊元法（BEM）： 基本原理： 介紹積分方程的構建，如何將微分方程轉化為積分方程。 基函數與測試函數： 探討不同類型的基函數（如脈衝基、分段綫性基、高階基）和測試函數（如脈衝測試、伽遼金測試）的選擇。 離散化與矩陣構建： 詳細說明如何通過離散化實現離散的方程組，並構建阻抗矩陣。 求解綫性方程組： 介紹直接法（如 LU 分解）和迭代法（如共軛梯度法）求解大型稀疏矩陣。 優勢與局限： 分析 MoM/BEM 在處理金屬導體結構、開域問題以及低頻問題中的優勢，以及其在復雜介質建模上的局限性。 其他數值方法簡介： 簡要介紹傳輸綫矩陣法（TLM）、時域有限質量法（TF/TF）、譜方法等，對比其優缺點及適用範圍。 第二部分：現代天綫設計理論與實踐 3. 天綫基本理論與參數： 天綫基本概念： 輻射源、輻射場、近場與遠場、輻射電阻、損耗電阻、輸入阻抗。 關鍵性能參數： 輻射方嚮圖： 主瓣、零陷、旁瓣、半功率波束寬度，方嚮性係數，最大增益。 增益與效率： 輻射效率、介質損耗、匹配損耗，全嚮效率。 帶寬： 阻抗帶寬、增益帶寬、波束寬度帶寬。 極化： 綫極化、圓極化、橢圓極化，交叉極化。 駐波比（VSWR）與迴波損耗。 4. 常見天綫類型及其設計原則： 綫天綫： 偶極子天綫（半波長偶極子、基爾戈夫天綫）、單極子天綫、環天綫。 結構與工作原理： 詳細分析其電流分布、輻射特性。 阻抗匹配與饋電方式： 介紹平衡饋電、不平衡饋電及其匹配網絡的設計。 陣列設計基礎： 引入等距、等幅陣列的概念。 麵天綫： 微帶天綫（貼片天綫）： 基本結構與工作模式： 傳輸綫模型、諧振模式分析。 設計參數： 貼片尺寸、基闆厚度、介電常數的影響。 饋電方式： 端饋、微帶綫饋、探針饋、耦閤饋。 帶寬與效率增強技術： 寄生貼片、邊緣加載、厚介質基闆等。 多極化與寬帶微帶天綫設計。 喇叭天綫： 類型： 扇形喇叭、角形喇叭、圓錐喇叭。 口徑場理論： 分析其場分布與輻射特性。 增益與波束寬度計算。 反射麵天綫： 拋物麵天綫： 原理、焦比、饋源位置。 饋源設計： 偶極子、微帶貼片、喇叭等作為饋源。 旁瓣抑製與雜散輻射分析。 透鏡天綫、波導縫隙天綫等。 5. 天綫陣列設計與分析： 陣列理論基礎： 陣因子： 分析陣列的疊加效應，定嚮性增強。 均勻直綫陣、平麵陣： 推導陣因子公式。 掃描特性： 分析不同掃描角下的方嚮圖變化、柵瓣問題。 賦形陣列： 非均勻激勵： Chebyshev、Taylor、Binomial 等加權方法，用於旁瓣抑製。 任意排列陣： 提高單元利用率，優化方嚮圖。 相控陣天綫： 電子掃描原理： 相移單元、移相器。 波束形成技術： 數字波束形成、模擬波束形成。 應用： 雷達、通信、衛星導航。 6. 新型天綫技術與前沿研究： 寬帶與超寬帶天綫： 基本原理： 頻帶的拓寬途徑。 設計方法： 對數周期天綫、螺鏇天綫、 Vivaldi 天綫、Fractal 天綫。 多功能天綫： 極化捷變天綫、頻率捷變天綫。 集成化天綫： 將天綫與其他功能模塊（如射頻前端、傳感器）集成。 智能天綫（Smart Antennas）： 自適應波束形成： 乾擾抑製、信號跟蹤。 空時編碼（STBC）與 MIMO 係統。 錶麵等離激元天綫： 亞波長天綫，用於納米光子學與超材料。 超材料天綫： 負摺射率材料、電磁帶隙（EBG）材料在天綫設計中的應用。 可重構天綫： 通過電調、磁調等方式改變天綫參數。 第三部分：計算電磁學在天綫設計中的具體應用 7. 電磁仿真軟件介紹與案例分析： 主流仿真軟件平颱： HFSS, CST, FEKO, EMPro 等。 仿真流程： 建模、材料設置、網格劃分、激勵與邊界條件設置、求解、後處理（方嚮圖、阻抗、S 參數、SAR 等）。 案例一： 某單極子天綫或偶極子天綫的建模、仿真與參數優化。 案例二： 微帶貼片天綫的參數分析、阻抗匹配與帶寬增強仿真。 案例三： 簡單天綫陣列（如直綫陣）的方嚮圖仿真與掃描特性分析。 案例四： 復雜結構天綫（如 Vivaldi 天綫）的仿真與性能評估。 案例五： 考慮復雜散射體環境下天綫性能仿真。 8. 天綫性能優化與逆嚮設計： 參數掃描與優化： 利用仿真軟件的優化器，自動尋找最優設計參數。 目標函數設定： 增益最大化、帶寬最大化、旁瓣最小化、特定方嚮圖匹配等。 設計空間的探索： 理解不同參數變化對天綫性能的影響。 四、本書特色與讀者對象 本書特色： 理論與實踐緊密結閤： 既深入講解瞭計算電磁學的數學原理，又提供瞭豐富的實際天綫設計案例。 方法論全麵： 涵蓋瞭 FDTD、FEM、MoM 等主流數值方法，並對比分析其適用性。 前沿性強： 關注新型天綫技術和智能天綫等最新研究方嚮。 結構清晰，邏輯嚴謹： 從基礎理論到高級應用，層層遞進，易於理解。 豐富的圖錶和公式： 輔以大量的圖示、錶格和公式推導，幫助讀者深入理解概念。 讀者對象： 高等院校電子信息工程、通信工程、電磁場與微波技術等專業的本科生、研究生。 從事天綫設計、電磁兼容（EMC）、射頻（RF）電路設計、雷達係統、通信係統等領域的工程師和科研人員。 對計算電磁學和現代天綫技術感興趣的自學者。 五、學習建議 本書內容涵蓋廣泛且深入，建議讀者在學習過程中： 1. 打牢基礎： 務必掌握第一部分計算電磁學的基礎理論，理解不同數值方法的數學原理。 2. 動手實踐： 結閤實際的電磁仿真軟件，對書中的案例進行復現和拓展，加深對理論的理解。 3. 循序漸進： 從簡單的天綫模型開始，逐步挑戰更復雜的設計問題。 4. 廣泛閱讀： 參考相關領域的學術論文和技術報告，瞭解最新的發展動態。 5. 善用工具： 熟練掌握至少一款主流的電磁仿真軟件，是成功應用本書知識的關鍵。 通過係統學習本書，讀者將能夠深刻理解計算電磁學在天綫設計中的關鍵作用，掌握使用先進數值方法解決實際工程問題的能力，並能獨立設計、分析和優化各類現代天綫，為相關領域的深入研究和工程實踐奠定堅實的基礎。
《基於MATLAB的遺傳算法及其在稀布陣列天綫中的應用》是一本令人振奮的書籍，它成功地將兩種前沿技術——遺傳算法和稀布陣列天綫——融為一體，並以MATLAB作為實現平颱，為讀者提供瞭深入的實踐指導。本書不僅僅是簡單地介紹遺傳算法的應用，更是在深入剖析稀布陣列天綫設計過程中所麵臨的挑戰，例如自由度的增加帶來的高維度優化難題，以及傳統解析方法難以求解的復雜性。作者通過將遺傳算法引入，有效地解決瞭這些優化瓶頸。我特彆喜歡書中關於適應度函數設計的討論，如何將天綫性能指標轉化為可量化的目標函數，是遺傳算法成功的關鍵。書中的案例研究非常具有代錶性，從不同類型的稀布陣列天綫（如均勻稀疏、隨機稀疏）到不同的優化目標（如增益最大化、旁瓣最小化），都給齣瞭清晰的求解思路和MATLAB實現。我尤其關注書中關於遺傳算法參數尋優的章節，這對於獲得最佳的收斂性和優化結果至關重要。這本書的價值在於它不僅教會讀者“怎麼做”，更引導讀者思考“為什麼這麼做”，從而培養解決復雜問題的能力。