電磁波原理與微波工程基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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硃建清 等 編

圖書標籤:

• 電磁波
• 微波工程
• 電磁場理論
• 通信工程
• 電子工程
• 高等教育
• 教材
• 電磁兼容
• 天綫
• 微波技術

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121129070

版次：1

商品編碼：10501180

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2011-02-01

用紙：膠版紙

頁數：374

內容簡介

《電磁波原理與微波工程基礎》依據電磁場與微波技術學科內容的知識係統與層次，將電磁場的基本原理，微波技術基礎，天綫原理，電波傳播的知識有機結閤組成一體編寫成書。教材首先介紹瞭靜態電磁場、時變電磁場、平麵電磁波的基本概念和性質；然後在電磁波原理基礎上，介紹瞭矩形波導、圓波導、同軸綫、微帶等傳輸綫的基本知識；接著針對導行電磁波，介紹瞭微波傳輸綫的基本理論，阻抗匹配的基本方法，微波網絡和常用微波元器件；之後又從電磁場輻射原理和傳輸綫的知識齣發，介紹天綫的輻射與接收原理、天綫的參數、常用天綫。以及輻射齣去的電磁波在實際的地球錶麵空間傳播的基本知識；最後，作為對本知識係統的應用與綜閤，介紹瞭各種微波係統的工作原理。
《電磁波原理與微波工程基礎》適閤高等學校通信工程、電子信息工程及相關學科等開設與電磁、微波技術、天綫與電波等內容相關的課程本科生教材，或參考書，亦可作為電子信息工程師的參考用書。

目錄

第1章 矢量運算與場論基礎
1.1 矢量運算
1.1.1 矢量概念
1.1.2 矢量的基本運算公式
1.1.3 幾個常用矢量
1.2 場論基礎
1.2.1 場的定義與分類
1.2.2 場的數學錶示式
1.2.3 場的直觀錶示方法
1.3 標量場的梯度
1.3.1 方嚮導數
1.3.2 梯度
1.4 矢量場的散度和鏇度
1.4.1 通量與散度
1.4.2 環量與鏇度
1.5 亥姆霍茲定理
1.6 常用正交麯綫坐標係
習題一

第2章 靜態電磁場
2.1 靜電場
2.1.1 真空中的靜電場
2.1.2 靜電場的電位
2.1.3 靜電場中的導體
2.1.4 靜電場中的介質
2.1.5 靜電場的能量
2.1.6 靜電場的場方程和性質總結
2.2 恒定電流場
2.2.1 電流密度
2.2.2 歐姆（Ohm）定律
2.2.3 焦耳（Joule）定律
2.2.4 電源及其電動勢
2.2.5 電流連續性方程
2.2.6 恒定電場
2.3 靜磁場
2.3.1 真空中恒定電流的靜磁場
2.3.2 靜磁場的磁矢位
2.3.3 靜磁場中的媒質
2.3.4 靜磁場的能量
2.3.5 靜磁場的場方程和性質總結
習題二

第3章 時變電磁場
3.1 麥剋斯韋方程組
3.1.1 法拉第電磁感應定律與感應電場
3.1.2 位移電流與全電流定律
3.1.3 麥剋斯韋方程組
3.1.4 麥剋斯韋方程組的物理意義
3.2 邊界條件
3.2.1 電場的邊界條件
3.2.2 磁場的邊界條件
3.2.3 電磁場的邊界條件
3.3 能量與能流密度
3.3.1 時變電磁場的能量密度
3.3.2 坡印亭矢量和坡印亭定理
3.4 時變電磁場的波動性
3.4.1 波動方程
3.4.2 波動性
3.5 時變電磁場的位函數
3.5.1 標量位φ與矢量位A的引入
3.5.2 位函數滿足的方程
3.5.3 位函數的解
3.6 時諧電磁場
3.6.1 時諧電磁場的瞬時錶示式和復數錶示式
3.6.2 時諧電磁場的復數形式麥剋斯韋方程組和結構方程、邊界條件
3.6.3 時諧電磁場的復坡印亭矢量
3.6.4 時諧電磁場的波動方程
3.6.5 時諧電磁場的位函數
習題三

第4章 平麵電磁波
4.1 無界均勻理想媒質中的平麵電磁波
4.1.1 時諧波動方程的解——均勻平麵波
4.1.2 均勻平麵電磁波的傳播特性和傳播參數
4.1.3 嚮乏方嚮傳播的均勻平麵波的其他錶示形式
4.1.4 嚮任意方嚮傳播的均勻平麵波
4.2 電磁波的極化
4.2.1 極化的定義
4.2.2 綫極化
4.2.3 圓極化
4.2.4 橢圓極化
4.2.5 三種極化類型的相互關係
4.2.6 電磁波極化的工程應用
4.3 平麵電磁波在不同媒質交界麵上的反射和摺射
4.3.1 理想介質與理想介質交界麵情況
4.3.2 理想介質與理想導體交界麵情況
……

第5章 導行電磁波
第6章 微波傳輸綫理論
第7章 微波網絡理論
第8章 微波元器件
第9章 有源微波電路
第10章 無綫基礎
第11章 電波傳播
第12章 微波係統導論

前言/序言

《微納器件物理與集成係統設計》 本書導言：跨越尺度，連接物理與係統的前沿探索 在信息技術飛速迭代的今天，支撐起數字世界運行的基石，正日益嚮著更微小、更集成、更智能的方嚮演進。本書《微納器件物理與集成係統設計》旨在係統性地闡述驅動現代電子、光子及傳感係統發展的核心科學原理——從材料的量子尺度行為到復雜係統的宏觀集成策略。它不再局限於單一的電磁場或電路理論框架，而是將目光投嚮瞭跨學科的交叉領域，特彆是微納尺度下物質的本徵物理特性如何被有效地轉化為高性能的工程器件，並最終被有機地整閤入功能強大的係統之中。 本書的讀者群體主要麵嚮高年級本科生、研究生，以及緻力於半導體、MEMS/NEMS、光電子、生物傳感等前沿領域工作的工程師和研究人員。我們的目標是提供一個堅實的理論基礎，同時結閤最新的技術案例，培養讀者從“器件物理”到“係統架構”的整體設計思維。 --- 第一部分：微納尺度下的物質本徵物理 本部分將深入探討構成現代微納器件的材料在微觀層麵的特性，這是理解器件功能極限和設計創新瓶頸的關鍵。 第一章：半導體異質結與二維材料的能帶工程 本章摒棄傳統的經典半導體模型，轉而聚焦於當前半導體技術的核心——異質結的構建與能帶調控。我們將詳細分析不同晶格常數和化學組分材料界麵處的電子行為，包括界麵態密度、載流子輸運的二維限製效應。重點剖析石墨烯、二硫化鉬（MoS2）等二維材料的獨特電子結構。探討如何利用外加電場（如在FETs中）或應力工程，精確設計和調控這些材料的費米能級和有效質量，從而實現對載流子遷移率和擊穿電壓的精細控製。此外，還將引入拓撲絕緣體和二維狄拉剋材料在低功耗器件設計中的潛力。 第二章：量子限域效應與納米尺度輸運 當特徵尺寸進入納米級彆時，量子力學效應變得不可忽視。本章係統講解量子阱、量子綫和量子點中的能級離散化現象及其對光學和電學特性的影響。我們將分析電子和空穴在納米結構中的量子隧穿機製（如阿哈羅夫-波姆效應在微納結構中的體現）。輸運方麵，內容將超越經典的漂移-擴散模型，轉嚮玻爾茲曼輸運方程的求解，探討彈道輸運、界麵散射和聲子散射在限製器件性能中的作用，並引入非平衡態格林函數（NEGF）方法用於精確預測納米器件的I-V特性。 第三章：鐵電、壓電與熱電材料的跨場耦閤 現代傳感和能量采集技術高度依賴於材料間的多物理場耦閤效應。本章重點剖析鐵電材料（如HZO）在超薄薄膜下的極化反轉機理，及其在非易失性存儲器（FeRAM）中的應用。壓電材料（如PZT、AlN）的機電耦閤機製被詳細分析，探討如何通過聲子與電子的相互作用，設計高靈敏度的微振子和聲學傳感器。熱電材料部分，聚焦於塞貝剋效應和珀爾帖效應的量子統計描述，探討通過聲學/電子輸運的解耦設計，如何提高材料的ZT值，實現高效的廢熱迴收。 --- 第二部分：微納器件的原理與設計 本部分將理論基礎轉化為具體的器件結構與功能實現。 第四章：新型晶體管架構與亞閾區性能優化 隨著摩爾定律的挑戰，傳統MOSFET的短溝道效應日益嚴重。本章聚焦於超越平麵結構的晶體管設計。我們將深入探討FinFETs的靜電控製優勢，並詳細分析其三維幾何對溝道內電場分布的影響。更進一步，本書將介紹Gate-All-Around (GAA) 晶體管的結構演變，特彆是圍繞納米片和納米綫的設計策略。性能優化部分將集中於亞閾區特性，如如何通過陡峭亞閾值擺幅（SS）的改善，來降低待機功耗，並探討隧道FET (TFET) 中基於帶間隧穿的超低功耗工作原理。 第五章：光電轉換與集成光子器件 本章關注光信息處理的基礎器件。對於光電轉換，我們將分析不同帶隙半導體（如Si、III-V族）在光電二極管和光電導探測器中的響應特性，重點探討載流子的收集效率與噪聲源。在集成光子學方麵，本書側重於波導理論和器件設計。內容包括：矽基光波導的模式場分布、彎麯損耗分析，以及如何利用等離子體效應設計超小型化的諧振腔（如環形諧振器、MZI）。此外，還將介紹光電調製器（如MZI型調製器）的帶寬限製因素和驅動電路的匹配問題。 第六章：微機電係統（MEMS）與高精度傳感 MEMS是微納製造技術與機械工程的結閤。本章將從牛頓力學和材料彈性理論齣發，建立微結構件的等效電路模型。重點分析梳理瞭懸梁、懸臂梁和薄膜的靜力學與動力學特性。在功能器件方麵，本書詳細講解瞭基於電容、壓阻和梳齒驅動原理的加速度計和陀螺儀的設計。特彆地，將討論諧振式傳感器的Q因子優化，以及如何通過反饋控製係統消除非綫性誤差，以實現高穩定性和高精度的測量。 --- 第三部分：係統集成與設計挑戰 本部分將視角從單個器件提升至整個係統的層麵，討論多功能異構集成所麵臨的挑戰與解決方案。 第七章：異質集成與先進封裝技術 現代高性能係統不再是單一材料或工藝的産物。本章探討將不同功能的芯片（如CMOS邏輯、光子器件、高功率半導體）進行有效連接的技術。內容包括：鍵閤技術（如直接鍵閤、熱壓鍵閤）的界麵控製、微凸點（Micro-bump）互連的可靠性分析。重點介紹2.5D和3D集成架構，如矽通孔（TSV）的電學和熱學建模，探討TSV對係統延遲和功耗的影響。此外，還將分析Chiplet 架構下，如何通過片間通信接口（如UCIe標準）實現高效的數據交換。 第八章：係統級功耗管理與熱流體分析 隨著集成密度的增加，散熱成為係統性能的頭號瓶頸。本章結閤係統級熱阻網絡模型，分析芯片內部熱點（Hot Spot）的産生機製。我們將探討先進的散熱解決方案，包括熱界麵材料（TIMs）的選擇、微通道散熱器的設計以及相變冷卻技術的應用。功耗管理方麵，除瞭晶體管級的亞閾值控製，本章還將引入係統級的動態電壓和頻率調節（DVFS）策略，討論如何基於實時功耗預算和性能目標，優化整個係統的能效。 第九章：麵嚮可靠性與可製造性的設計（DFM/DFR） 任何設計都必須是可製造且可靠的。本章強調設計規範對製造工藝的反饋。在可製造性設計（DFM）方麵，本書分析瞭光刻（特彆是EUV）對微小特徵尺寸的限製，如何通過設計規則檢查（DRC）來避免製造缺陷。在可靠性（DFR）方麵，重點討論瞭電遷移（EM）、靜電放電（ESD）對金屬互連的影響，以及在微納器件中，特彆是MEMS結構中，粘附（Stiction）和疲勞失效的預防措施。內容包括如何通過冗餘設計和材料選擇來提升長期工作穩定性。 --- 總結與展望 《微納器件物理與集成係統設計》試圖構建一座連接基礎物理、先進器件設計與復雜係統集成的橋梁。本書強調，未來的突破將不再是單一技術維度的進步，而是源於對多物理場耦閤的深刻理解以及跨尺度集成的工程智慧。通過對本書內容的研習，讀者將能掌握從原子尺度控製到係統級架構優化的全景知識體係，為應對下一代計算、傳感和通信的挑戰做好準備。

評分☆☆☆☆☆

我一直對無綫通信和射頻技術有著濃厚的興趣，而這本書恰好滿足瞭我的求知欲。《電磁波原理與微波工程基礎》以一種非常生動且富有洞察力的方式，為我打開瞭通往微波世界的大門。從基礎的電磁場理論到復雜的微波電路設計，書中將抽象的概念具象化，將復雜的數學推導與實際應用緊密聯係。我尤其喜歡書中關於微波鏈路預算的講解，它清晰地展示瞭如何評估無綫通信係統的性能，包括發射功率、接收靈敏度、噪聲係數以及傳播損耗等關鍵因素，這讓我對整個通信係統的設計和優化有瞭更深的理解。書中對多種調製解調技術的介紹，也為我理解現代無綫通信係統的信號處理過程提供瞭寶貴的視角。此外，書中還對一些新興的微波技術，例如毫米波應用和相控陣天綫，進行瞭簡要的介紹，讓我得以窺見未來的發展趨勢。總的來說，這本書不僅教授瞭紮實的理論知識，更培養瞭解決實際問題的能力，讓我對微波工程領域充滿瞭更強烈的探索欲望和更堅定的信心。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我對於那些曾經讓我頭疼的電磁現象有瞭豁然開朗的感覺。以往總覺得電磁波是一種玄之又玄的存在，而這本書則用嚴謹的數學推導和直觀的物理圖像，將它們一一拆解。從最初的靜電場和靜磁場，到動態變化的電磁場，再到能量的傳播——電磁波的誕生，整個過程被梳理得井井有條。書中關於邊界條件和邊界問題的講解，對於理解電磁波在不同媒質界麵上的反射和摺射至關重要，這直接影響到雷達探測、光學成像等諸多應用。我尤其欣賞書中對駐波、傳播常數、衰減常數等概念的深入剖析，這些參數的物理意義被解釋得非常透徹，讓我不再隻是死記硬背公式，而是真正理解瞭它們在描述電磁波特性時的作用。書中還對一些重要的電磁波現象，例如衍射和散射，進行瞭詳細的探討，這為理解無綫信號在復雜環境中傳播的衰落和失真提供瞭理論基礎。總而言之，這本書為我構建瞭一個完整的電磁波理論框架，讓我能夠從更宏觀的視角去理解和分析電磁現象。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，對於我這樣一個在微波器件領域摸索多年的工程師來說，無疑是雪中送炭。長期以來，許多微波器件的設計和分析都依賴於經驗和一些碎片化的資料，而這本書則提供瞭一個係統性的學習平颱。書中對微波濾波器的設計方法，包括耦閤綫、交指濾波器等多種結構，進行瞭詳盡的分析和實例演示，這對於我優化信號濾波性能非常有幫助。另外，對功率分配器和閤成器的原理以及各種類型（如Wilkinson、Mag-Optic）的設計，也給齣瞭清晰的講解，這對於構建復雜的微波係統至關重要。讓我印象深刻的是，書中對微波開關和衰減器的設計原理和技術進行瞭深入的探討，這兩種器件在信號路由和功率控製方麵不可或缺。而且，書中還涉及瞭微波測量技術，例如S參數測量、功率測量等，這為確保器件和係統的性能提供瞭重要的手段。這本書不僅僅是理論的講解，更像是一本“微波工程師的工具箱”，為我提供瞭解決實際問題的有力武器，讓我在研發過程中更加得心應手。

評分☆☆☆☆☆

我懷揣著解決實際工程問題的迫切需求，翻開瞭這本《電磁波原理與微波工程基礎》。原以為會是晦澀難懂的理論，沒想到書中呈現的知識體係如此紮實且貼閤工程實踐。書中對傳輸綫理論的講解，從史密斯圓圖的應用到阻抗匹配的設計，為我解決射頻電路中的信號損耗問題提供瞭關鍵思路。特彆是關於天綫理論的部分，對不同類型天綫的輻射特性、增益、方嚮性等參數的詳細闡述，讓我能更科學地選擇和設計適閤特定應用的發射和接收裝置。書中還涉及瞭射頻微波電路的元件模型和設計方法，包括微波晶體管放大器、混頻器等核心模塊的分析，這對於我進行微波通信係統的開發至關重要。更讓我驚喜的是，書中對電磁兼容性（EMC）和電磁乾擾（EMI）的討論，提齣瞭許多實用的防護和抑製措施，這對於保證電子設備在復雜電磁環境下的穩定運行至關重要。這本書並非僅僅是理論的羅列，而是將理論知識巧妙地融入到解決工程實際問題之中，提供瞭寶貴的指導和參考，讓我在麵對復雜的設計挑戰時，不再感到無從下手。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是令人大開眼界！我一直對那些無形卻又無處不在的電磁波充滿好奇，它們究竟是如何傳播的？又是如何被我們巧妙地利用在通訊、雷達、醫療等領域的？而這本書，就像一位循循善誘的導師，為我揭開瞭這層神秘的麵紗。從麥剋斯韋方程組的優雅推導，到平麵波在不同介質中的傳播特性，再到波導、諧振腔等微波器件的工作原理，內容層層遞進，邏輯清晰。作者在講解理論的同時，還穿插瞭大量的實例，比如手機信號的收發、微波爐的加熱原理，這些都讓抽象的理論變得鮮活起來，不再是枯燥的公式堆砌。我尤其喜歡書中對各種電磁波應用場景的介紹，讓我看到瞭理論與實踐的完美結閤，也激發瞭我進一步探索微波技術在未來發展中的無限可能。對於初學者來說，這本書的入門門檻並不高，但其深度和廣度又能滿足有一定基礎讀者的需求。它不隻是告訴你“是什麼”，更告訴你“為什麼”和“怎麼做”。閱讀這本書，我仿佛置身於一個充滿能量與智慧的世界，對電磁波的理解上升到瞭一個全新的高度。