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出版者:人民邮电出版社

作者:门爱东

出品人:

页数:268

译者:

出版时间:2003-4

价格:23.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787115109033

丛书系列:

图书标签:

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《电磁场与微波技术：原理与应用》 图书简介 本书旨在全面、深入地阐述电磁场理论的基本原理及其在现代工程技术中的广泛应用。本书的编写立足于扎实的数学基础，并注重理论与实际工程问题的紧密结合，力求为读者提供一个系统、清晰且富有启发性的学习体验。 第一部分：电磁场理论基础 本书的第一部分着重于构建坚实的电磁场理论基础，这是理解后续所有微波和射频技术的前提。 第一章：矢量分析与坐标系 本章首先回顾了读者在高等数学和物理学中应掌握的矢量代数和矢量微积分基础知识，包括矢量的加减乘数、点积与叉积。随后，详细介绍了三种最主要的直角坐标系——直角坐标系（笛卡尔坐标系）、柱坐标系和球坐标系——的定义、坐标轴的选取规范以及它们之间的相互转换关系。重点阐述了在不同坐标系下，如梯度（Gradient）、散度（Divergence）和旋度（Curl）等微分算子的表达形式，这是理解麦克斯韦方程组在不同介质中行为的关键。我们通过大量的几何实例，帮助读者直观理解矢量场在空间中的分布和变化趋势。 第二章：静电场 静电场是电磁场理论的起点。本章从库仑定律出发，系统推导了静电力、电场强度以及电位标量场的概念。深入探讨了电位移矢量 $mathbf{D}$ 的物理意义，并详细阐述了高斯定理在线积分形式和微分形式下的应用，特别是在具有高度对称性的问题求解中的便利性。随后，引入了电势的概念，阐述了等势面的几何特性，并通过泊松方程和拉普拉斯方程，展示了在无源区域内电位分布的求解方法。本章的后半部分侧重于物质中的静电现象，包括电介质的极化现象、电容的计算、介质的边界条件，以及在电介质中储存的电场能量密度。 第三章：静磁场 静磁场部分从毕奥-萨伐尔定律（Biot-Savart Law）出发，构建了磁场强度 $mathbf{H}$ 和磁感应强度 $mathbf{B}$ 的基本关系。通过安培环路定律（Ampère’s Circuital Law），展示了求解稳恒电流产生的磁场的方法，并强调了其在宏观应用中的实用性。本章深入分析了磁介质的特性，包括磁化强度 $mathbf{M}$、相对磁导率和磁化率，以及磁介质中的边界条件。此外，还讨论了磁场的能量（磁能密度）和磁阻的概念，并引入了磁矢量势 $mathbf{A}$ 作为求解复杂磁场分布的另一种有效工具。 第四章：时变电磁场与麦克斯韦方程组 本章是全书的核心，标志着从静态场向动态场的过渡。法拉第电磁感应定律被引入，揭示了变化的磁场如何产生电场（旋度形式）。结合安培环路定律的修正项——麦克斯韦的位移电流概念，本章完整地推导并系统地阐述了完整的麦克斯韦方程组（包括微分形式和积分形式）。接着，推导了电磁场的波动方程，明确了电磁波在理想介质中以光速传播的本质。本章的最后部分讨论了能量守恒定律在电磁场中的体现——坡印廷定理（Poynting's Theorem），并定义了坡印廷矢量，用于描述电磁能流的方向和大小。 第二部分：电磁波的传播与导引 在掌握了基本方程后，第二部分将理论应用于描述电磁波在不同环境中的传输行为。 第五章：平面电磁波 本章专注于研究在无限大、均匀、各向同性、线性介质（包括自由空间）中传播的平面电磁波。详细分析了横电磁波（TEM）的特性，推导了相速度、群速度、波阻抗以及传播常数等关键参数。重点研究了平面波在不同理想介质界面上的反射与折射现象，推导并应用了菲涅耳公式（Fresnel's Equations），分析了全内反射的条件。最后，对导行波的特性进行了初步探讨，包括入射角、反射角和透射角之间的关系。 第六章：导波理论基础 本章引入了传输线理论作为导波概念的初步模型，分析了集肤效应、特性阻抗和传输线上的电压电流分布。随后，进入真正的导波结构分析——波导。我们详细分析了矩形波导中的电磁场分布，重点研究了主模 $TE_{10}$ 的传播特性，包括截止频率、工作频率下的波导波阻抗和损耗。同时，概述了横磁波（TM）和横电磁波（TEM，如平行板波导）的基本模式和传播条件，并讨论了波导中的功率传输和能量损耗。 第七章：传输线与史密斯圆图 本章将焦点从波导转向低频至高频段常用的传输线（如同轴线、微带线）。首先，系统地分析了传输线上的电压、电流和功率的传播特性，引入了反射系数和驻波比（VSWR）来量化传输线的失配程度。本书的核心工具——史密斯圆图（Smith Chart）——被详尽介绍和应用。读者将学习如何利用圆图进行阻抗匹配、计算元件值以及进行反射系数的图形化处理，这是射频电路设计中不可或缺的技能。 第三部分：应用与辐射 本书的最后部分将重点放在电磁场和波在实际工程系统中的高级应用，特别是天线理论。 第八章：天线基础理论 天线是实现空间电磁波辐射与接收的关键元件。本章从辐射场的概念出发，引入了理想点辐射源（如电小天线/赫兹振子）的辐射特性，推导了其远场场的表达式。核心概念包括辐射方向图、有效面积、最大辐射增益以及天线效率。本章详细分析了半波长偶极天线和全波长环形天线的辐射特性，并讨论了天线阵列的基本原理，如阵因子和阵列的指向性控制。 第九章：射频电路与互作用 本章探讨了电磁波与电路元件的相互作用，特别是高频情况下元件参数的变化。讨论了集总元件（电阻、电容、电感）在高频下的寄生效应，并分析了集总电路模型在高频下的局限性。随后，引入了阻抗匹配网络的设计，如使用 LC 匹配网络和使用史密斯圆图进行匹配。最后，简要介绍了电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI）的基本概念，强调了良好电磁设计在抑制噪声和保证系统可靠性中的重要性。 本书特色： 理论严谨性与直观性并重： 确保所有推导的数学严谨性，同时辅以大量的物理图像和工程实例，帮助读者建立直观理解。 丰富的例题与习题： 每章末均配备了大量精心设计的计算题和概念题，覆盖了从基础计算到复杂系统分析的各个层面，强化知识的内化。 面向工程实践： 特别强调了电磁波在微波器件、通信系统和雷达技术中的实际应用，使理论知识具备直接的工程转化价值。 本书适合高等院校电子信息工程、通信工程、微电子学、物理学等专业的高年级本科生和研究生作为教材或参考书，也可供从事射频、微波、天线设计与测试的工程师作为专业进修和工具书。

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作为一个已经从业多年的工程师，我最看重的是技术书籍的实用性和前沿性。这本书的厉害之处在于，它并没有沉溺于教科书式的理论复述，而是巧妙地将最新的研究成果和工业界普遍采用的实现方法融入了理论体系之中。例如，在讨论滤波器设计时，它不仅讲解了经典的窗口法和频率采样法，还花了相当的篇幅深入剖析了现代自适应滤波器的结构及其在通信系统中的优化策略，这种与时俱进的态度非常难得。我特别留意了其中关于“欠定系统辨识”的章节，作者的论述深度远远超出了我之前接触到的任何一本教材，涉及到矩阵重构和稀疏信号处理的前沿思想，这对我目前正在进行的项目工作具有极强的指导意义。此外，书中提供的配套软件实现思路和伪代码，虽然没有直接给出完整的源代码文件，但那种对算法核心步骤的精准把握，足以让我这个有一定编程基础的读者快速转化为可运行的代码，大大缩短了从理论到实践的转化周期。

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这本书的语言风格给我留下了非常深刻的印象，它展现出一种罕有的学术严谨性与人文关怀的完美结合。作者在行文过程中，并不回避那些深奥晦涩的数学证明，但同时又总能在关键时刻插入一些富有洞察力的评论或历史背景介绍，将枯燥的理论学习过程变成了一场富有思考深度的探索之旅。比如，在介绍某一个经典算法的起源时，作者不仅仅是罗列了时间线，而是探讨了当时技术背景下，该算法诞生的必然性与重要性，这让读者能更好地理解知识背后的“为什么”。这种叙事方式，让一本技术专著读起来竟然有了一种史诗般的厚重感。与那些冷冰冰、纯粹工具书式的写作风格相比，这本书明显融入了作者对学科的热爱和对读者学习体验的体贴，使得长时间的阅读也不会让人感到疲乏和焦虑。

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我特别想提一下这本书在“工程实现”层面的侧重，这对于我们这些需要将理论转化为实际产品的工程师来说至关重要。很多学术著作在推导到最终的实现步骤时，总会含糊其辞，仿佛认为读者应该自动跳过所有细节。然而，这本书非常详尽地讨论了算法在有限精度计算环境下的数值稳定性问题，以及如何选择最优的量化策略来平衡性能和资源消耗。例如，书中关于定点运算下FFT算法实现时的溢出控制方法，提供了好几种具体的工程实践建议，并对比了它们的优缺点，这种深入到底层的讨论，显示出作者对实际工程问题的深刻理解。这种对“如何做得更好”而非仅仅“如何做成”的关注，使得这本书的价值远超一本普通的参考书，更像是一本高级工程师的实战手册，充满了实战智慧和避坑经验。

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这本书的装帧设计实在令人眼前一亮，那种沉稳又不失现代感的封面设计，让我这个常年和技术书籍打交道的读者，在书店里一眼就被它吸引住了。初拿到手时，那种厚实的手感和纸张的质地，就预示着这是一本内容扎实、用心编纂的著作。我尤其欣赏它在章节布局上的匠心独运，逻辑主线清晰得如同高山流水，从基础概念的引入到复杂算法的推导，过渡自然得几乎不需要刻意去寻找章节间的联系。很多同类书籍为了追求内容的广度，往往在概念的阐述上显得仓促和生硬，但这本书在这方面做得非常出色，每一个核心概念的提出，都会配以详尽的背景介绍和直观的物理意义解释，让初学者也能迅速建立起坚实的认知框架，而不是仅仅停留在公式的堆砌上。特别是其中关于傅里叶变换在实际应用中的一些案例分析，那种深入浅出的讲解方式，仿佛有一位经验丰富的导师在耳边细细剖析，极大地激发了我继续深入钻研下去的兴趣。

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这本书的排版和图表质量，简直是教科书级别的典范。在阅读复杂的数学推导过程时，清晰的公式对齐、恰当的变量定义和规范的数学符号使用，极大地减少了阅读时的认知负荷。很多技术书籍在图表处理上非常随意，不是线条模糊不清，就是关键信息点缺失，但这本书中的所有示意图——无论是时域信号的波形图，还是频域的频谱分析图——都制作得极其精美且信息密度适中，让人一眼就能抓住问题的核心。尤其是一些涉及到多维信号处理的图示，作者运用了非常巧妙的颜色和透视技巧，将抽象的概念具象化，比如在解释卷积操作时，那个动态演示性的图解，简直是点石成笔。我甚至想把书里的一些关键图表单独打印出来，贴在工作区域，作为日常参考的视觉辅助工具，这在国内出版的技术书籍中是相当少见的。

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大三教材，错误较多

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