我接触到的RF部分主要分为2块:射频电路部分和天线部分.

先吐槽一句,想看懂RF部分的书和资料,需要看的东西真多,真累,并且还很容易理解出现偏差….

在P公司主要接触的射频电路部分(比如PA, LNA, Filter, Balun等等),天线部分是由专门的团队在做或外购,我们只要会评估其性能就可以了(测试/阅读测试报告,反馈问题给天线Team).在新公司,这两块都需要做X”,最近在恶补天线方面的知识.大家有什么好的学习网站可以帮忙推荐推荐,最好是用HFSS的.HFSS大概会用,只是对仿真结果和实际情况匹配程度完全没概念.

无论是学射频电路部分还是最近在恶补的天线部分,一般开篇都会提到一个非常经典的方程 --麦克斯韦电磁理论方程.

我也觉得有必要先从这个经典的理论方程写起,记录下对这个方程的认知,因为最近在看天线知识时又遇见它了X”

在写麦克斯韦电磁理论方程之前,先加个小插曲,之前我一直无法理解电到底和磁本质上是怎么会联系起来的,翻了很多大学物理/电磁学的书,都只是阐述他们之间的计算关系.而没有讲为什么会有这样的关系,直到有一天偶尔看到一句话”磁场是电场的相对论修正”,瞬间恍然大悟.为此还专门去搜了资料,是出自feynman物理学讲义中的相关内容(在第2卷第一章1-5),建议大家去看看,尽管对工作可能没什么直接帮助,但能开阔下眼界.

麦克斯韦电磁理论方程说到底只是一个数学分析的模型,但这个模型的准确性非常高.在相对论提出后,有很多物理公式需要做相对论修正,但这个方程无需做修正,它就是正确的.并且还是在不知道电磁本质的情况下推导出来的,由此可见物理和数学的强大.

麦克斯韦电磁理论方程:

数学符号好难打…还是贴图比较快J

积分形式

微分形式

哈密顿算子▽

接下来的用手打吧 致敬经典:X=X乘, A代表向量,*代表点乘

哈密顿算子还有以下运算关系,在资料上都可以找到

X(▽XA)= ▽(▽*A)-(▽*▽)A

(▽*▽)A 可以写成:▽2A=δ2A/δX22A/δY22A/δZ2

用上面式子继续推导Maxwell方程:

▽X(▽XE)= -δ/δt(▽XB)= ▽(▽*E) - ▽2E

a. 在空气中不存在自由电子,▽*E=0;

b. 根据方程5,▽XB=μ0J+μ0ε0δE/δt,而在空气中不存在电流,所以J=0

上面式子可以写成:

-μ0ε0δ2E/δt2=-▽2E  同时去除负号

μ0ε0δ2E/δt2=▽2E=δ2E/δX22E/δY22E/δZ2

μ0ε0δ2E/δt22E/δX22E/δY22E/δZ2  -教材上说这个方程改变了世界ORZ

这个方程就是经典的波动方程(振幅和时间,位置的函数),并且波速=1/sqrt(μ0ε0)

μ0ε0都是可以测量得到的,算下来波速=3*108m/s,由此Maxwell推断光是一种电磁波~

建议一定要把这个推导过程自己写一遍,体会下数学和物理相结合的强大.

磁场也可以同样的方式推导出: μ0ε0δ2B/δt2=▽2B

继续:

μ0ε0δ2E/δt22E/δX22E/δY22E/δZ2

再看下电磁波的极化定义:

如果电场只有在X轴上有, δ2E/δY22E/δZ2=0,即水平极化

如果电场只有在Y轴上有, δ2E/δX22E/δZ2=0,即垂直极化

如果在某个时间点X轴上最大,同时Y轴为0,过了1/4 T时间 Y轴最大,而X轴为0,这样的极化就是椭圆极化(圆极化 X Y振幅相等);

等等..这些都是Maxwell方程的可能情况.

讲下我理解的天线本质:可以看成n个电流元组成的电磁振动的集合.(1个电流元可以看成一个起振点,电流大小可以理解为振幅,所以HFSS上看天线的电流分布是非常实用的).

就记录到这吧,刚开始学天线的菜鸟,可能有些理解是错的,有人看了被误导就不好了.

下一篇回归正题,记录下对高频传输线的理解~.