电磁波原理与微波工程基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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朱建清 等 编

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• 电磁兼容
• 天线
• 微波技术

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121129070

版次：1

商品编码：10501180

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-02-01

用纸：胶版纸

页数：374

内容简介

《电磁波原理与微波工程基础》依据电磁场与微波技术学科内容的知识系统与层次，将电磁场的基本原理，微波技术基础，天线原理，电波传播的知识有机结合组成一体编写成书。教材首先介绍了静态电磁场、时变电磁场、平面电磁波的基本概念和性质；然后在电磁波原理基础上，介绍了矩形波导、圆波导、同轴线、微带等传输线的基本知识；接着针对导行电磁波，介绍了微波传输线的基本理论，阻抗匹配的基本方法，微波网络和常用微波元器件；之后又从电磁场辐射原理和传输线的知识出发，介绍天线的辐射与接收原理、天线的参数、常用天线。以及辐射出去的电磁波在实际的地球表面空间传播的基本知识；最后，作为对本知识系统的应用与综合，介绍了各种微波系统的工作原理。
《电磁波原理与微波工程基础》适合高等学校通信工程、电子信息工程及相关学科等开设与电磁、微波技术、天线与电波等内容相关的课程本科生教材，或参考书，亦可作为电子信息工程师的参考用书。

目录

第1章 矢量运算与场论基础
1.1 矢量运算
1.1.1 矢量概念
1.1.2 矢量的基本运算公式
1.1.3 几个常用矢量
1.2 场论基础
1.2.1 场的定义与分类
1.2.2 场的数学表示式
1.2.3 场的直观表示方法
1.3 标量场的梯度
1.3.1 方向导数
1.3.2 梯度
1.4 矢量场的散度和旋度
1.4.1 通量与散度
1.4.2 环量与旋度
1.5 亥姆霍兹定理
1.6 常用正交曲线坐标系
习题一

第2章 静态电磁场
2.1 静电场
2.1.1 真空中的静电场
2.1.2 静电场的电位
2.1.3 静电场中的导体
2.1.4 静电场中的介质
2.1.5 静电场的能量
2.1.6 静电场的场方程和性质总结
2.2 恒定电流场
2.2.1 电流密度
2.2.2 欧姆（Ohm）定律
2.2.3 焦耳（Joule）定律
2.2.4 电源及其电动势
2.2.5 电流连续性方程
2.2.6 恒定电场
2.3 静磁场
2.3.1 真空中恒定电流的静磁场
2.3.2 静磁场的磁矢位
2.3.3 静磁场中的媒质
2.3.4 静磁场的能量
2.3.5 静磁场的场方程和性质总结
习题二

第3章 时变电磁场
3.1 麦克斯韦方程组
3.1.1 法拉第电磁感应定律与感应电场
3.1.2 位移电流与全电流定律
3.1.3 麦克斯韦方程组
3.1.4 麦克斯韦方程组的物理意义
3.2 边界条件
3.2.1 电场的边界条件
3.2.2 磁场的边界条件
3.2.3 电磁场的边界条件
3.3 能量与能流密度
3.3.1 时变电磁场的能量密度
3.3.2 坡印亭矢量和坡印亭定理
3.4 时变电磁场的波动性
3.4.1 波动方程
3.4.2 波动性
3.5 时变电磁场的位函数
3.5.1 标量位φ与矢量位A的引入
3.5.2 位函数满足的方程
3.5.3 位函数的解
3.6 时谐电磁场
3.6.1 时谐电磁场的瞬时表示式和复数表示式
3.6.2 时谐电磁场的复数形式麦克斯韦方程组和结构方程、边界条件
3.6.3 时谐电磁场的复坡印亭矢量
3.6.4 时谐电磁场的波动方程
3.6.5 时谐电磁场的位函数
习题三

第4章 平面电磁波
4.1 无界均匀理想媒质中的平面电磁波
4.1.1 时谐波动方程的解——均匀平面波
4.1.2 均匀平面电磁波的传播特性和传播参数
4.1.3 向乏方向传播的均匀平面波的其他表示形式
4.1.4 向任意方向传播的均匀平面波
4.2 电磁波的极化
4.2.1 极化的定义
4.2.2 线极化
4.2.3 圆极化
4.2.4 椭圆极化
4.2.5 三种极化类型的相互关系
4.2.6 电磁波极化的工程应用
4.3 平面电磁波在不同媒质交界面上的反射和折射
4.3.1 理想介质与理想介质交界面情况
4.3.2 理想介质与理想导体交界面情况
……

第5章 导行电磁波
第6章 微波传输线理论
第7章 微波网络理论
第8章 微波元器件
第9章 有源微波电路
第10章 无线基础
第11章 电波传播
第12章 微波系统导论

前言/序言

《微纳器件物理与集成系统设计》 本书导言：跨越尺度，连接物理与系统的前沿探索 在信息技术飞速迭代的今天，支撑起数字世界运行的基石，正日益向着更微小、更集成、更智能的方向演进。本书《微纳器件物理与集成系统设计》旨在系统性地阐述驱动现代电子、光子及传感系统发展的核心科学原理——从材料的量子尺度行为到复杂系统的宏观集成策略。它不再局限于单一的电磁场或电路理论框架，而是将目光投向了跨学科的交叉领域，特别是微纳尺度下物质的本征物理特性如何被有效地转化为高性能的工程器件，并最终被有机地整合入功能强大的系统之中。 本书的读者群体主要面向高年级本科生、研究生，以及致力于半导体、MEMS/NEMS、光电子、生物传感等前沿领域工作的工程师和研究人员。我们的目标是提供一个坚实的理论基础，同时结合最新的技术案例，培养读者从“器件物理”到“系统架构”的整体设计思维。 --- 第一部分：微纳尺度下的物质本征物理 本部分将深入探讨构成现代微纳器件的材料在微观层面的特性，这是理解器件功能极限和设计创新瓶颈的关键。 第一章：半导体异质结与二维材料的能带工程 本章摒弃传统的经典半导体模型，转而聚焦于当前半导体技术的核心——异质结的构建与能带调控。我们将详细分析不同晶格常数和化学组分材料界面处的电子行为，包括界面态密度、载流子输运的二维限制效应。重点剖析石墨烯、二硫化钼（MoS2）等二维材料的独特电子结构。探讨如何利用外加电场（如在FETs中）或应力工程，精确设计和调控这些材料的费米能级和有效质量，从而实现对载流子迁移率和击穿电压的精细控制。此外，还将引入拓扑绝缘体和二维狄拉克材料在低功耗器件设计中的潜力。 第二章：量子限域效应与纳米尺度输运 当特征尺寸进入纳米级别时，量子力学效应变得不可忽视。本章系统讲解量子阱、量子线和量子点中的能级离散化现象及其对光学和电学特性的影响。我们将分析电子和空穴在纳米结构中的量子隧穿机制（如阿哈罗夫-波姆效应在微纳结构中的体现）。输运方面，内容将超越经典的漂移-扩散模型，转向玻尔兹曼输运方程的求解，探讨弹道输运、界面散射和声子散射在限制器件性能中的作用，并引入非平衡态格林函数（NEGF）方法用于精确预测纳米器件的I-V特性。 第三章：铁电、压电与热电材料的跨场耦合 现代传感和能量采集技术高度依赖于材料间的多物理场耦合效应。本章重点剖析铁电材料（如HZO）在超薄薄膜下的极化反转机理，及其在非易失性存储器（FeRAM）中的应用。压电材料（如PZT、AlN）的机电耦合机制被详细分析，探讨如何通过声子与电子的相互作用，设计高灵敏度的微振子和声学传感器。热电材料部分，聚焦于塞贝克效应和珀尔帖效应的量子统计描述，探讨通过声学/电子输运的解耦设计，如何提高材料的ZT值，实现高效的废热回收。 --- 第二部分：微纳器件的原理与设计 本部分将理论基础转化为具体的器件结构与功能实现。 第四章：新型晶体管架构与亚阈区性能优化 随着摩尔定律的挑战，传统MOSFET的短沟道效应日益严重。本章聚焦于超越平面结构的晶体管设计。我们将深入探讨FinFETs的静电控制优势，并详细分析其三维几何对沟道内电场分布的影响。更进一步，本书将介绍Gate-All-Around (GAA) 晶体管的结构演变，特别是围绕纳米片和纳米线的设计策略。性能优化部分将集中于亚阈区特性，如如何通过陡峭亚阈值摆幅（SS）的改善，来降低待机功耗，并探讨隧道FET (TFET) 中基于带间隧穿的超低功耗工作原理。 第五章：光电转换与集成光子器件 本章关注光信息处理的基础器件。对于光电转换，我们将分析不同带隙半导体（如Si、III-V族）在光电二极管和光电导探测器中的响应特性，重点探讨载流子的收集效率与噪声源。在集成光子学方面，本书侧重于波导理论和器件设计。内容包括：硅基光波导的模式场分布、弯曲损耗分析，以及如何利用等离子体效应设计超小型化的谐振腔（如环形谐振器、MZI）。此外，还将介绍光电调制器（如MZI型调制器）的带宽限制因素和驱动电路的匹配问题。 第六章：微机电系统（MEMS）与高精度传感 MEMS是微纳制造技术与机械工程的结合。本章将从牛顿力学和材料弹性理论出发，建立微结构件的等效电路模型。重点分析梳理了悬梁、悬臂梁和薄膜的静力学与动力学特性。在功能器件方面，本书详细讲解了基于电容、压阻和梳齿驱动原理的加速度计和陀螺仪的设计。特别地，将讨论谐振式传感器的Q因子优化，以及如何通过反馈控制系统消除非线性误差，以实现高稳定性和高精度的测量。 --- 第三部分：系统集成与设计挑战 本部分将视角从单个器件提升至整个系统的层面，讨论多功能异构集成所面临的挑战与解决方案。 第七章：异质集成与先进封装技术 现代高性能系统不再是单一材料或工艺的产物。本章探讨将不同功能的芯片（如CMOS逻辑、光子器件、高功率半导体）进行有效连接的技术。内容包括：键合技术（如直接键合、热压键合）的界面控制、微凸点（Micro-bump）互连的可靠性分析。重点介绍2.5D和3D集成架构，如硅通孔（TSV）的电学和热学建模，探讨TSV对系统延迟和功耗的影响。此外，还将分析Chiplet 架构下，如何通过片间通信接口（如UCIe标准）实现高效的数据交换。 第八章：系统级功耗管理与热流体分析 随着集成密度的增加，散热成为系统性能的头号瓶颈。本章结合系统级热阻网络模型，分析芯片内部热点（Hot Spot）的产生机制。我们将探讨先进的散热解决方案，包括热界面材料（TIMs）的选择、微通道散热器的设计以及相变冷却技术的应用。功耗管理方面，除了晶体管级的亚阈值控制，本章还将引入系统级的动态电压和频率调节（DVFS）策略，讨论如何基于实时功耗预算和性能目标，优化整个系统的能效。 第九章：面向可靠性与可制造性的设计（DFM/DFR） 任何设计都必须是可制造且可靠的。本章强调设计规范对制造工艺的反馈。在可制造性设计（DFM）方面，本书分析了光刻（特别是EUV）对微小特征尺寸的限制，如何通过设计规则检查（DRC）来避免制造缺陷。在可靠性（DFR）方面，重点讨论了电迁移（EM）、静电放电（ESD）对金属互连的影响，以及在微纳器件中，特别是MEMS结构中，粘附（Stiction）和疲劳失效的预防措施。内容包括如何通过冗余设计和材料选择来提升长期工作稳定性。 --- 总结与展望 《微纳器件物理与集成系统设计》试图构建一座连接基础物理、先进器件设计与复杂系统集成的桥梁。本书强调，未来的突破将不再是单一技术维度的进步，而是源于对多物理场耦合的深刻理解以及跨尺度集成的工程智慧。通过对本书内容的研习，读者将能掌握从原子尺度控制到系统级架构优化的全景知识体系，为应对下一代计算、传感和通信的挑战做好准备。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，对于我这样一个在微波器件领域摸索多年的工程师来说，无疑是雪中送炭。长期以来，许多微波器件的设计和分析都依赖于经验和一些碎片化的资料，而这本书则提供了一个系统性的学习平台。书中对微波滤波器的设计方法，包括耦合线、交指滤波器等多种结构，进行了详尽的分析和实例演示，这对于我优化信号滤波性能非常有帮助。另外，对功率分配器和合成器的原理以及各种类型（如Wilkinson、Mag-Optic）的设计，也给出了清晰的讲解，这对于构建复杂的微波系统至关重要。让我印象深刻的是，书中对微波开关和衰减器的设计原理和技术进行了深入的探讨，这两种器件在信号路由和功率控制方面不可或缺。而且，书中还涉及了微波测量技术，例如S参数测量、功率测量等，这为确保器件和系统的性能提供了重要的手段。这本书不仅仅是理论的讲解，更像是一本“微波工程师的工具箱”，为我提供了解决实际问题的有力武器，让我在研发过程中更加得心应手。

评分☆☆☆☆☆

我一直对无线通信和射频技术有着浓厚的兴趣，而这本书恰好满足了我的求知欲。《电磁波原理与微波工程基础》以一种非常生动且富有洞察力的方式，为我打开了通往微波世界的大门。从基础的电磁场理论到复杂的微波电路设计，书中将抽象的概念具象化，将复杂的数学推导与实际应用紧密联系。我尤其喜欢书中关于微波链路预算的讲解，它清晰地展示了如何评估无线通信系统的性能，包括发射功率、接收灵敏度、噪声系数以及传播损耗等关键因素，这让我对整个通信系统的设计和优化有了更深的理解。书中对多种调制解调技术的介绍，也为我理解现代无线通信系统的信号处理过程提供了宝贵的视角。此外，书中还对一些新兴的微波技术，例如毫米波应用和相控阵天线，进行了简要的介绍，让我得以窥见未来的发展趋势。总的来说，这本书不仅教授了扎实的理论知识，更培养了解决实际问题的能力，让我对微波工程领域充满了更强烈的探索欲望和更坚定的信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是令人大开眼界！我一直对那些无形却又无处不在的电磁波充满好奇，它们究竟是如何传播的？又是如何被我们巧妙地利用在通讯、雷达、医疗等领域的？而这本书，就像一位循循善诱的导师，为我揭开了这层神秘的面纱。从麦克斯韦方程组的优雅推导，到平面波在不同介质中的传播特性，再到波导、谐振腔等微波器件的工作原理，内容层层递进，逻辑清晰。作者在讲解理论的同时，还穿插了大量的实例，比如手机信号的收发、微波炉的加热原理，这些都让抽象的理论变得鲜活起来，不再是枯燥的公式堆砌。我尤其喜欢书中对各种电磁波应用场景的介绍，让我看到了理论与实践的完美结合，也激发了我进一步探索微波技术在未来发展中的无限可能。对于初学者来说，这本书的入门门槛并不高，但其深度和广度又能满足有一定基础读者的需求。它不只是告诉你“是什么”，更告诉你“为什么”和“怎么做”。阅读这本书，我仿佛置身于一个充满能量与智慧的世界，对电磁波的理解上升到了一个全新的高度。

评分☆☆☆☆☆

我怀揣着解决实际工程问题的迫切需求，翻开了这本《电磁波原理与微波工程基础》。原以为会是晦涩难懂的理论，没想到书中呈现的知识体系如此扎实且贴合工程实践。书中对传输线理论的讲解，从史密斯圆图的应用到阻抗匹配的设计，为我解决射频电路中的信号损耗问题提供了关键思路。特别是关于天线理论的部分，对不同类型天线的辐射特性、增益、方向性等参数的详细阐述，让我能更科学地选择和设计适合特定应用的发射和接收装置。书中还涉及了射频微波电路的元件模型和设计方法，包括微波晶体管放大器、混频器等核心模块的分析，这对于我进行微波通信系统的开发至关重要。更让我惊喜的是，书中对电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI）的讨论，提出了许多实用的防护和抑制措施，这对于保证电子设备在复杂电磁环境下的稳定运行至关重要。这本书并非仅仅是理论的罗列，而是将理论知识巧妙地融入到解决工程实际问题之中，提供了宝贵的指导和参考，让我在面对复杂的设计挑战时，不再感到无从下手。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我对于那些曾经让我头疼的电磁现象有了豁然开朗的感觉。以往总觉得电磁波是一种玄之又玄的存在，而这本书则用严谨的数学推导和直观的物理图像，将它们一一拆解。从最初的静电场和静磁场，到动态变化的电磁场，再到能量的传播——电磁波的诞生，整个过程被梳理得井井有条。书中关于边界条件和边界问题的讲解，对于理解电磁波在不同媒质界面上的反射和折射至关重要，这直接影响到雷达探测、光学成像等诸多应用。我尤其欣赏书中对驻波、传播常数、衰减常数等概念的深入剖析，这些参数的物理意义被解释得非常透彻，让我不再只是死记硬背公式，而是真正理解了它们在描述电磁波特性时的作用。书中还对一些重要的电磁波现象，例如衍射和散射，进行了详细的探讨，这为理解无线信号在复杂环境中传播的衰落和失真提供了理论基础。总而言之，这本书为我构建了一个完整的电磁波理论框架，让我能够从更宏观的视角去理解和分析电磁现象。