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本书介绍了Rainbow Studio 9.0电磁仿真软件的使用方法，不仅讲解了电磁场基础知识及其数值计算方法，还介绍了大量的仿真实例。本书涉及有限元、边界元、物理光学等多个算法引擎下的天线设计、微波/毫米波电路器件、雷达散射、电磁兼容与干扰、复杂电磁环境评估、射频电路芯片设计、PCB设计、过程弹跳射线追踪、电磁导航仿真系统、三维版图设计、三维准静态仿真分析验证等领域。为便于读者阅读、学习，特提供与本书配套的工程文件及操作视频文件，请访问华信教育资源网下载相关资源文件。

第1章  电磁场基础与数值计算方法	
    1.1  无线电波	
    1.2  电磁场基本理论	
    1.3  电磁场数值计算方法	
    思考与练习	
第2章  Rainbow Studio软件的基本操作	
    2.1  软件简介	
    2.2  安装与卸载软件	
        2.2.1  安装软件	
        2.2.2  卸载软件	
    2.3  快速指南	
        2.3.1  启动程序	
        2.3.2  创建工程	
        2.3.3  导入并创建几何模型	
        2.3.4  设置边界条件	
        2.3.5  设置端口激励	
        2.3.6  设置网格参数	
        2.3.7  设置求解器参数与频率扫描范围	
        2.3.8  启动仿真求解器	
        2.3.9  仿真结果显示	
        2.3.10  在线例子	
        2.3.11  获得帮助	
    2.4  用户界面	
        2.4.1  菜单栏与工具栏	
        2.4.2  工程管理面板	
        2.4.3  属性编辑面板	
        2.4.4  命令选项面板	
        2.4.5  模型视图	
        2.4.6  控制台面板	
        2.4.7  脚本控制面板	
        2.4.8  任务显示面板	
    2.5  管理工程	
        2.5.1  管理工程材料	
        2.5.2  配置工程材料库	
        2.5.3  添加工程材料	
        2.5.4  管理工程变量	
    2.6  设计与几何建模	
        2.6.1  建模环境介绍	
        2.6.2  建模相关的菜单和工具	
        2.6.3  模型工程管理树	
        2.6.4  建模基础概念	
        2.6.5  模型设置	
        2.6.6  视图操作	
        2.6.7  几何对象的编辑	
        2.6.8  基础几何的创建	
        2.6.9  衍生建模	
        2.6.10  对象转换	
        2.6.11  对象复制	
        2.6.12  布尔操作	
        2.6.13  几何修饰	
        2.6.14  创建空气盒	
    2.7  设置边界条件	
        2.7.1  设置理想电导体边界	
        2.7.2  设置理想磁导体边界	
        2.7.3  设置理想辐射边界	
        2.7.4  设置集总RLC边界	
        2.7.5  设置有限导体边界	
        2.7.6  设置常规阻抗边界	
        2.7.7  设置多层阻抗边界	
        2.7.8  设置优先级	
    2.8  设置端口激励	
        2.8.1  设置集总激励端口	
        2.8.2  设置波端口	
        2.8.3  设置平面波端口激励	
        2.8.4  设置等效远场辐射波	
        2.8.5  端口排序	
        2.8.6  场域强度	
        2.8.7  切换激励源的显示方式	
    2.9  设置网格剖分参数	
        2.9.1  设置初始网格控制参数	
        2.9.2  设置曲面逼近网格控制参数	
        2.9.3  设置几何顶点网格长度控制参数	
        2.9.4  设置几何边线网格长度控制参数	
        2.9.5  设置几何面网格长度控制参数	
        2.9.6  设置几何内部网格长度控制参数	
    2.10  仿真求解	
        2.10.1  添加FEM求解器控制参数	
        2.10.2  添加BEM求解器控制参数	
        2.10.3  添加频率扫描参数	
        2.10.4  模型的验证与求解	
    2.11  仿真分析结果显示	
        2.11.1  仿真分析网格显示	
        2.11.2  仿真分析几何近场显示	
        2.11.3  仿真分析远场显示	
    2.12  仿真分析图表与报告	
        2.12.1  图表的创建	
        2.12.2  数据源过滤区域	
        2.12.3  图表结果数据选择区域	
        2.12.4  图表坐标系数据过滤区域	
        2.12.5  图表视图显示	
    2.13  定制脚本	
        2.13.1  脚本导入	
        2.13.2  Python命令	
        2.13.3  工程和3D模型的创建	
        2.13.4  Rainbow脚本接口	
    思考与练习	
第3章  BEM仿真实例	
    3.1  矩形波导天线	
        3.1.1  问题描述	
        3.1.2  系统的启动	
        3.1.3  创建文档与设计	
        3.1.4  创建几何模型	
        3.1.5  仿真模型设置	
        3.1.6  仿真求解	
        3.1.7  结果显示	
    3.2  反射抛物面天线仿真实例——正对单反射抛物面天线	
        3.2.1  问题描述	
        3.2.2  系统的启动	
        3.2.3  创建几何模型	
        3.2.4  仿真模型设置	
        3.2.5  仿真求解	
        3.2.6  结果显示	
    3.3  反射抛物面天线仿真实例——偏置单反射抛物面天线	
        3.3.1  问题描述	
        3.3.2  创建几何模型	
        3.3.3  创建激励相对平移坐标系	
        3.3.4  仿真模型设置	
        3.3.5  仿真求解	
        3.3.6  结果显示	
    3.4  反射抛物面天线仿真实例——正对双反射抛物面天线	
        3.4.1  问题描述	
        3.4.2  系统的启动	
        3.4.3  创建BEM文档与设计	
        3.4.4  创建几何模型	
        3.4.5  仿真模型设置	
        3.4.6  仿真求解	
        3.4.7  结果显示	
    3.5  RCS仿真实例——NASA Almond	
        3.5.1  问题描述	
        3.5.2  系统的启动	
        3.5.3  创建BEM文档与设计	
        3.5.4  创建几何模型	
        3.5.5  仿真模型设置	
        3.5.6  仿真求解	
        3.5.7  结果显示	
        3.5.8  参数扫描分析	
    3.6  反射抛物面天线仿真实例——带馈源的单反射天线	
        3.6.1  问题描述	
        3.6.2  系统的启动	
        3.6.3  创建BEM文档与设计	
        3.6.4  创建几何模型	
        3.6.5  仿真模型设置	
        3.6.6  仿真求解	
        3.6.7  结果显示	
    思考与练习	
第4章  FEM仿真实例	
    4.1  FEM仿真实例——MagicT	
        4.1.1  问题描述	
        4.1.2  系统的启动	
        4.1.3  创建几何模型	
        4.1.4  仿真模型设置	
        4.1.5  仿真求解	
        4.1.6  结果显示	
    4.2  FEM仿真实例——Dipole	
        4.2.1  问题描述	
        4.2.2  系统的启动	
        4.2.3  创建几何模型	
        4.2.4  仿真模型设置	
        4.2.5  仿真求解	
        4.2.6  结果显示	
    4.3  FEM仿真实例——低通滤波器	
        4.3.1  问题描述	
        4.3.2  系统的启动	
        4.3.3  创建几何模型	
        4.3.4  仿真模型设置	
        4.3.5  仿真求解	
        4.3.6  结果显示	
    4.4  天线仿真实例——八木天线	
        4.4.1  问题描述	
        4.4.2  系统的启动	
        4.4.3  创建几何模型	
        4.4.4  仿真模型设置	
        4.4.5  仿真求解	
        4.4.6  结果显示	
    4.5  FEM仿真实例——射频连接器	
        4.5.1  问题描述	
        4.5.2  系统的启动	
        4.5.3  创建几何模型	
        4.5.4  仿真模型设置	
        4.5.5  仿真求解	
        4.5.6  结果显示	
    4.6  Eigen仿真实例——同轴谐振器	
        4.6.1  问题描述	
        4.6.2  系统的启动	
        4.6.3  创建几何模型	
        4.6.4  仿真模型设置	
        4.6.5  仿真求解	
        4.6.6  结果显示	
    思考与练习	
第5章  Layout仿真实例	
    5.1  ODB++ Inside的导出流程	
    5.2  Layout仿真实例——CdsRouted	
        5.2.1  问题描述	
        5.2.2  系统的启动	
        5.2.3  创建Layout文档与设计	
        5.2.4  导入几何对象	
        5.2.5  FEM3D模型的剪切设置	
        5.2.6  剪切模型的导出	
        5.2.7  仿真模型设置	
        5.2.8  仿真求解	
    5.3  Layout仿真实例——SFP高速通道仿真与测试	
        5.3.1  问题描述	
        5.3.2  系统的启动	
        5.3.3  创建Layout文档与设计	
        5.3.4  导入几何对象	
        5.3.5  FEM3D模型的剪切设置	
        5.3.6  剪切模型的导出	
        5.3.7  仿真模型设置	
        5.3.8  仿真求解	
    5.4  Layout仿真实例——PCIE仿真与测试	
        5.4.1  问题描述	
        5.4.2  系统的启动	
        5.4.3  创建Layout文档与设计	
        5.4.4  导入几何对象	
        5.4.5  FEM3D模型的剪切设置	
        5.4.6  剪切模型的导出	
        5.4.7  仿真模型设置	
        5.4.8  仿真求解	
    思考与练习	
第6章  SBR仿真实例	
    6.1  概述	
    6.2  SBR仿真实例——Cavity	
        6.2.1  问题描述	
        6.2.2  系统启动	
        6.2.3  创建SBR文档与设计	
        6.2.4  创建几何模型	
        6.2.5  仿真模型设置	
        6.2.6  仿真求解	
        6.2.7  结果显示	
    思考与练习	
第7章  ENS仿真实例	
    7.1  概述	
    7.2  ENS仿真实例——Antenna	
        7.2.1  问题描述	
        7.2.2  系统的启动	
        7.2.3  创建ENS文档与设计	
        7.2.4  创建几何模型	
        7.2.5  仿真模型设置	
        7.2.6  仿真	
        7.2.7  求解	
        7.2.8  结果显示	
    思考与练习

序言
      自建立麦克斯韦方程组及赫兹实验证实电磁波以来，电磁场与电磁波理论得到了持续的丰富和发展。特别是在1896年，马可尼以电磁波作为载体传输信息的实验，开启了波澜壮阔的无线电应用历史，电报、雷达、移动通信、射电天文、遥感、导航、全球定位等各种无线电应用层出不穷。近年来，5G通信的全面商用引领了万物互联的大潮流，推动了通信技术和相关产业链的巨大进步。
      众所周知，EDA工具是设计和实现各种无线电系统的基础，也是我国目前比较严重的短板领域之一。开发自主知识产权的高效电子设计EDA工具软件已成为国家战略目标，期望在不久的将来，我国能在EDA领域实现完全自主可控。
      无锡飞谱电子信息技术有限公司是一家专注发展国产EDA/CAE软件的公司，经过多年的发展和产品迭代，基于电磁场核心算法开发的专业软件工具已能够为芯片设计与制造、高速封装与集成、天线设计与布局、雷达隐身与探测等产品的开发提供快速、先进的仿真设计与分析验证，并且已广泛应用于集成电路、通信系统、国防航空、汽车电子等工业领域。
      本书是无锡飞谱电子信息技术有限公司的研发人员关于Rainbow系列软件在电磁场基础、算法、软件实现和应用等方面的全面介绍，可作为广大天线、射频、微波、电磁及集成电路领域的工程技术人员的参考资料，以及高校相关专业的教材，为我国电磁、微波和集成电路领域的科研创新提供专业的仿真验证参考。
                                                                                                   洪  伟     
                                                                            东南大学毫米波国家重点实验室主任     
                                                               教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、IEEE Fellow
                                                                                            2020年12月5日    


 
                                                                  前言
      随着无线通信行业的不断发展，对设计的要求也在不断提高。如何提高系统性能、降低成本和缩短研制周期，已经成为设计者需要解决的主要问题。传统的基于工程经验或预估近似的设计方法已经无法满足实际工程的要求，而以电磁场仿真技术为基础的电子设计自动化（EDA）软件已经成为研发人员必不可少的工具，EDA几乎覆盖了通信系统设计的各个环节，包括半导体集成电路、系统集成和天线设计等整个过程。基于物理原型的电磁场仿真软件解决方案能够准确地仿真和验证设计原型，可以使设计仿真结果与实验测试结果基本相同，从而大大缩短了产品的研制周期、降低了研制费用。目前，此类软件已经广泛应用于国防、航空、航天、汽车、船舶及机电系统设计中。
      Rainbow 系列电磁仿真软件是由无锡飞谱电子信息技术有限公司自主研发的三维电磁场全波分析仿真软件，它具有强大的几何建模功能、创新的电磁算法和优化技术，以及丰富的图表显示功能，为设计者提供了功能全面、易于使用的一体化集成操作环境。Rainbow 系列软件包含有限元、边界元、物理光学等多个算法引擎，具备从射频到太赫兹应用领域、从电学小尺寸到电学大尺寸的复杂模型的仿真分析能力，必将成为国产EDA/CAE核心软件中的重要一员，为解决国内高科技领域的关键难题贡献力量。
      本书基于Rainbow Studio 9.0软件，通过大量实例，详细介绍了Rainbow系列软件的使用方法、建模过程及结果分析等。
      第1章介绍了电磁场基础与数值计算方法，包括麦克斯韦方程组、求解域和阻抗的边界条件、计算电磁学的典型算法等内容。
      第2章介绍了Rainbow Studio软件的基本操作，包括安装软件及申请许可证的操作流程、软件的操作界面、各工具栏的功能，以及如何设置端口激励、网格和边界条件等内容。
      第3章介绍了BEM仿真实例，通过反射抛物面天线等实例讲解在Rainbow-BEM3D模块中进行建模及仿真的方法，以及对求解完成的几何模型进行结果分析的方法。
      第4章介绍了FEM仿真实例，讲解了Rainbow-FEM3D模块的基本使用流程，以及Rainbow-Eigen模块是如何计算并导出本征值的。
      第5章介绍了Layout仿真实例，讲解了将PCB导入Rainbow-Layout3D模块的方法，以及在Rainbow-Layout3D模块中对PCB进行剪切并导出FEM Model项目的过程。
      第6章介绍了SBR仿真实例，通过Cavity实例讲解了在Rainbow-SBR模块中建模并添加多层阻抗的方法，并在此基础上分析了仿真结果。
      第7章介绍了ENS仿真实例，通过Antenna实例讲解了在Rainbow-ENS模块中添加导航方案的方法，并在此基础上分析了仿真结果。
      本书由周润景、刘浩和杜文阔著。其中，刘浩和杜文阔共同完成了第6章的写作工作，周润景完成了其余章节的写作工作。全书由周润景统稿、定稿。
      在本书编写过程中，得到了无锡飞谱电子信息技术有限公司的包善、周曙光与胡劲松等专家的大力支持，在此表示感谢。
      为便于读者阅读、学习，特提供与本书配套的工程文件及操作视频文件，请访问华信教育资源网（https://www.hxedu.com.cn/）下载相关资源文件。读者如果需要试用软件、技术指导等服务，请直接联系无锡飞谱电子信息技术有限公司（0510-88575846，support@rst-em.com）。
      由于Rainbow系列软件的功能非常强大，书中难免有疏漏和不足之处，欢迎读者批评指正。
                                                                                                                    著者    
                                                                                                             2020年12月

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