微波工程中的仿真—驱动设计优化及建模

在过去的10年中，计算机辅助仿真电磁波分析用于微波工程，并取得了良好的效果。最初，其主要应用领域仅是设计验证。而今天，由于对复杂微波结构准确性的要求日益提升，利用电磁波仿真对微波结构进行优化和设计变得越来越重要。在许多情况下，只能建立好微波结构的理论模型，依据该模型进行初始设计，然后进一步微调优化后满足性能要求。现在，需要电磁波仿真的微波器件设计越来越多，如超宽带（ UWB ）天线，介质谐振器天线和集成电路。像这些微波器件及电路，没有现成的理论模型可使用，因而只能通过重复费时的模拟进行调整改进设计。另一方面，设计微波器件时，必须考虑到微波器件和外部环境的相互作用，例如供给结构和壳体之间的互相影响。本书介绍的全波电磁场分析正是用来解决这一问题。

电磁仿真可以做到非常准确和精确，但往往需要花费太多的时间和庞大的计算机资源，非常昂贵。因此需要有效实用的设计优化方法，在设计过程中尽可能地减少对CPU的要求和高精细的电磁场仿真。出于同样的原因，对微波结构建立快速而精确的模型的技术也至关重要。

本书介绍了最先进的微波设计优化和建模方法。由国际上从事微波计算机辅助设计的著名专家学者对电磁场仿真设计微波器件的最新发展和和广泛的应用范围进行总结和回顾，主要包括常规和新型设计优化技术，利用伴随矩阵的敏感性方法，基于仿真的调整和映射空间等一些建模方法，如人工神经网络和克里格方法。本书还给出了实际应用和案例研究，包括微波滤波器、天线、基片集成结构及各种有源元件和电路。书中还包含了一些教学型的章节加强读者对优化和建模的认识，介绍了基于梯度的方法，以及有限差分和有限元方等一些基本原理。

本书适用于电气工程专业的研究生和科研工作者，以及需要使用数值优化设计的工程师，也适用于天线设计、微波工程、计算电磁学等领域的研究人员。

杨盈莹，助理研究员

（中国科学院半导体研究所）

Yang Yingying，Assistant Professor

（Institute of Semiconductors，CAS）