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出版者:

作者:王文祥

出品人:

页数:677

译者:

出版时间:2009-4

价格:65.00元

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isbn号码:9787118061956

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• 微波技术
• 微波工程
• 电磁场与微波
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现代光学与光电子技术：原理、应用与前沿探索 书籍简介 本书旨在全面深入地探讨现代光学与光电子技术的基础理论、核心器件、关键系统及其在各个领域的广泛应用。内容涵盖了从经典光学的基础概念到前沿光子学的前沿进展，力求为读者构建一个系统、连贯且具有时代前沿性的知识体系。本书结构清晰，内容翔实，尤其注重理论与工程实践的紧密结合，旨在培养读者扎实的理论基础和解决实际工程问题的能力。 第一部分：光学基础理论 第一章 几何光学与波动光学基础 本章首先回顾了光的本性，从惠更斯原理出发，系统阐述了光的传播规律，包括光的反射、折射、全反射等现象及其在透镜成像、棱镜分光中的应用。深入剖析了费马原理，并将其推广至几何光学成像的矩阵光学理论，包括ABCD矩阵在多级光学系统分析中的应用。 随后，重点转向波动光学。详细阐述了光的电磁场本质，讨论了光的干涉现象（杨氏干涉、薄膜干涉）和衍射现象（单缝、圆孔、光栅衍射）。通过傅里叶光学理论，揭示了透镜在光的空间频率域操作中的核心作用，为后续的光信息处理打下理论基础。同时，探讨了偏振态的描述（琼斯矢量、穆勒矩阵）及其在光学元件设计中的重要性。 第二章 光的传播与导引 本章聚焦于光在介质中的传播特性。详细分析了各向异性介质中的光传播，包括双折射现象和光弹性效应。随后，系统介绍了光波导的基本理论，特别是平面光波导和圆介质光纤的模式分析。推导了有效折射率、色散关系以及光纤的数值孔径、截止波长等关键参数。 深入探讨了光纤的损耗机制（吸收、散射）和色散特性（模间色散、材料色散、波导色散），以及如何通过优化光纤结构实现低损耗、低色散传输。最后，简要介绍了光子晶体光纤（PCF）的基本概念及其在光束控制方面的独特优势。 第二部分：光电子器件与材料 第三章 半导体光电子基础 本章是连接光学与电子学的桥梁。从半导体能带理论出发，阐述了光与半导体材料的相互作用，包括光吸收、光发射和光电导效应。重点分析了p-n结在光电器件中的工作原理，并引入了异质结概念，解释了其在提高器件性能中的关键作用。 详细讨论了半导体材料的光学特性，如带隙工程、有效质量对光吸收边和发射光谱的影响。为理解后续的发光和探测器件奠定了坚实的材料物理基础。 第四章 光源器件：激光器与LED 本章系统阐述了光辐射的产生机制与主流光源器件。首先，基于爱因斯坦的自发辐射与受激辐射理论，推导了激光器的工作条件（粒子数反转、阈值增益）。详细分析了各种类型的激光器结构，包括半导体激光器（边发射型、垂直腔面发射型VCSEL）、气体激光器和固体激光器的工作原理、输出特性、光束质量参数（如M²因子）。 针对半导体激光器，深入讨论了量子阱（Quantum Well）结构如何提高微分增益。对于LED，则侧重于其结构优化（如InGaN基LED）以提高光效和色纯度。 第五章 光探测与调制器件 本章聚焦于光的接收与信息调控技术。详细介绍了光电探测器的基本原理，包括PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的结构、响应速度、量子效率和噪声特性。重点分析了光电导探测器的工作机制。 在光调制方面，系统阐述了电光效应、声光效应和光致双折射原理。重点介绍了马赫-曾德尔调制器（MZM）和集成铌酸锂（LiNbO3）调制器的设计与工作原理，分析了其调制带宽、插入损耗和半波电压等关键性能指标。 第三章 介质薄膜与光栅 本章专门探讨用于光束整形和控制的微纳结构元件。详细介绍了介质多层薄膜的电磁场分布和反射/透射特性，推导了单层和多层膜的特性方程，并阐述了增透膜、高反射增益膜、特定波长带通/带阻滤波器的设计方法。 随后，深入研究了衍射光栅的原理，包括反射光栅和透射光栅的色散理论。讨论了全息光栅和表面等离子体共振（SPR）器件在传感和光谱分析中的新兴应用。 第三部分：集成光子学与系统应用 第六章 光集成技术与波导器件 本章将研究如何将光学功能元件集成到一个芯片上，以实现小型化和高可靠性。系统介绍了光集成技术的发展历程，并重点分析了硅光子学（Silicon Photonics）的核心技术。 详细讨论了光波导的耦合机制，包括定向耦合器（DC）、马赫-曾德尔干涉仪（MZI）结构在光开关、调制器中的应用。分析了光栅耦合器、环形谐振器（Ring Resonator）在滤波、解复用和传感中的重要作用。探讨了芯片级光通信接口和光互连技术的挑战与进展。 第七章 光通信系统与网络 本章将光学理论应用于高速信息传输领域。首先回顾了光纤通信系统的基本结构，包括光源、光纤、探测器和光放大器。深入分析了光纤中传输的限制因素，如非线性效应（自相位调制、四波混频）和色散补偿技术。 详细介绍了波分复用（WDM）系统的原理，包括密集波分复用（DWDM）中的关键技术，如高精度滤波器、色散补偿模块（DCM）和光纤布拉格光栅（FBG）。最后，讨论了先进的相干光通信技术及其在超大容量传输中的核心地位。 第八章 光信号处理与计量 本章探讨了利用光学方法进行信号的滤波、处理和高精度测量的技术。在信号处理方面，详细分析了空间光调制器（SLM）在全息存储和动态相位控制中的应用。利用傅里叶光学原理，解释了实时光学相关和卷积操作的实现。 在精密计量学方面，系统介绍了激光干涉测量技术，包括迈克尔逊干涉仪、法布里-珀罗干涉仪在长度、位移和表面形貌测量中的高精度应用。探讨了光纤传感器的工作原理，如基于光纤布拉格光栅和SPR的温度、应变、化学传感技术。 第九章 前沿交叉应用 本章展望了光学与新兴科学的交叉融合领域。深入探讨了非线性光学现象，如二次谐波产生（SHG）、参量放大（OPA）及其在超快光源产生中的应用。简要介绍了生物医学成像领域的前沿技术，如双光子显微镜和光学相干层析成像（OCT）。最后，对光量子计算和量子通信中的光子态操控技术进行了初步的介绍与展望。 本书结构严谨，从基础原理到工程应用，层层递进，为电子信息工程、物理学、材料科学以及相关领域的学生和工程师提供了一部权威性的参考著作。

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《微波工程技术》这本书的深度和广度，让我对微波系统的布局和优化有了更深的理解。书中关于微波电路的布局布线，以及如何减小寄生效应、提高信号完整性的章节，让我受益匪浅。我一直对如何在PCB板上合理布局微波电路、如何设计良好的接地、如何减少串扰等问题感到困惑，这本书提供了非常实用的指导。作者在介绍PCB板设计时，不仅详细阐述了微带线、带状线等传输线的特性，还深入分析了它们在PCB板上的设计规则和注意事项。例如，在讲解微带线设计时，书中详细介绍了线宽、衬底厚度、介电常数等参数对传输线阻抗和损耗的影响。对于电磁干扰（EMI）和电磁兼容（EMC）问题，这本书也进行了详尽的讲解。它不仅阐述了EMI/EMC的产生机理，还分析了如何通过合理的电路设计和布局来抑制EMI/EMC。我印象深刻的是，书中对电磁屏蔽和滤波技术的应用也进行了介绍。它不仅介绍了各种屏蔽结构和滤波器的原理，还分析了它们在抑制EMI/EMC中的作用。此外，书中对微波系统的热管理也进行了探讨，这对于我们设计和维护微波设备非常有价值。它不仅介绍了影响器件散热的各种因素，还分析了如何通过合理的布局和散热设计来提高系统的可靠性。总的来说，这本书让我能够全面掌握微波系统的布局和优化技术，并为我在设计高性能微波系统时提供了重要的技术参考。

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阅读《微波工程技术》的过程，对我而言，更像是一次沉浸式的技术探险。书中对于微波滤波器设计的章节，尤其是对腔体滤波器、耦合线滤波器以及微带滤波器的原理和设计流程的细致描绘，给我留下了深刻的印象。我一直对如何精确控制滤波器的带宽、插入损耗和阻带衰减感到好奇，这本书提供了非常实用的工具和方法。作者在介绍不同类型滤波器时，不仅清晰地阐述了其基本结构和工作原理，还深入剖析了各种设计参数之间的相互关系，以及如何根据具体的应用场景选择最合适的滤波器类型。例如，在讲解周期性滤波器时，书中详细介绍了级联相同单元滤波器以实现更高阶的频率选择性，并探讨了单元之间的耦合系数对滤波器性能的影响。对于微波放大器设计，这本书的讲解更是深入浅出。从单级放大器的稳定性和增益计算，到多级放大器增益补偿和噪声系数优化，书中提供的理论框架和设计思路都极具指导意义。我尤其欣赏作者在讲解稳定性时，不仅仅停留在增益裕度和相位裕度上，而是进一步探讨了Bode图、Nyquist图等分析工具在判断放大器稳定性中的作用，并给出了实际的稳定化措施，如在放大器输入输出端加入匹配网络，或者在特定频率点引入负阻抗。此外，书中对微波混合电路的设计，如混频器、倍频器、锁相环（PLL）等，也进行了详尽的讲解。作者分析了不同混频器结构（如单平衡混频器、双平衡混频器）的工作原理，以及它们在噪声、隔离度、线性度等方面的差异。对于PLL，书中不仅介绍了其基本构成和工作原理，还详细讨论了环路滤波器设计、锁定范围、抖动抑制等关键技术，这对于我正在进行的雷达系统项目非常有帮助。这本书真正做到了理论与实践相结合，让我不仅理解了“是什么”，更重要的是理解了“为什么”以及“如何做”。

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《微波工程技术》这本书的知识结构清晰，循序渐进，让我在掌握微波基本原理的同时，也能够深入到实际应用层面。在阅读到微波集成电路（MIC）和单片微波集成电路（MMIC）的部分时，我感到非常兴奋。书中详细介绍了MIC和MMIC的设计、制造工艺以及性能特点。它不仅阐述了如何在同一衬底上集成多种微波无源和有源器件，还分析了集成电路在减小尺寸、提高性能、降低成本方面的优势。我特别欣赏书中对MMIC设计中的布局布线、互连线寄生效应、电源和地线的去耦等关键问题的探讨，这些都是影响MMIC性能的重要因素。书中还对MMIC的设计工具和仿真软件进行了介绍，如ADS、Cadence等，并给出了使用这些工具进行电路设计和仿真的实例。我印象深刻的是，书中对MMIC的测试和封装技术也进行了详细的介绍。它不仅介绍了各种测试方法，如晶圆测试、封装测试等，还分析了封装对MMIC性能的影响，以及如何通过合理的封装设计来提高MMIC的可靠性和稳定性。总的来说，这本书让我能够全面了解微波集成电路的发展现状和未来趋势，并为我在设计高性能微波系统时提供了重要的技术参考。

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《微波工程技术》这本书的语言风格简洁明了，但内容却十分丰富，让我对微波通信系统的整体架构有了更深入的认识。书中对微波通信系统的各个组成部分，如发射机、接收机、功率放大器、低噪声放大器、混频器、锁相环等，都进行了详细的讲解。我特别欣赏作者在介绍通信系统性能指标时，不仅仅停留在理论公式上，而是结合实际工程中的考量，详细分析了线性度、噪声、杂散、回波损耗等参数对系统整体性能的影响。书中对不同通信体制（如AM、FM、PM、QAM等）在微波频段的实现和性能特点也进行了详尽的阐述。它不仅介绍了各种调制解调技术的原理，还分析了它们在噪声、抗干扰能力、频谱效率等方面的优劣。我印象深刻的是，书中对数字预失真（DPD）技术的讲解，它如何有效地补偿功率放大器的非线性，从而提高通信系统的线性度和功率效率，这对于当前高速率、高复杂度的通信系统设计至关重要。此外，书中对微波器件的可靠性和寿命预测也进行了探讨，这对于我们设计和维护微波设备非常有价值。它不仅介绍了影响器件可靠性的各种因素，还分析了如何通过合理的选型和设计来提高系统的可靠性。总的来说，这本书让我能够以更宏观的视角来看待微波通信系统，并能够深入理解各个子系统的设计原理和性能权衡。

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《微波工程技术》这本书的知识深度和广度，让我对微波工程领域的理解达到了一个新的高度。书中关于天线理论的章节，为我打开了一个全新的视角。从基本的电磁辐射理论出发，作者详细介绍了偶极子天线、单极子天线、环形天线、喇叭天线、抛物面天线等各种常见天线的原理、方向图特性、阻抗特性和增益等参数。我特别喜欢书中对天线阵列的讲解，它不仅介绍了直线阵列、平面阵列等基本阵列结构，还深入探讨了波束合成、波束扫描、旁瓣抑制等关键技术。书中关于天线设计的优化方法，如利用遗传算法、粒子群优化等启发式算法来寻找最优的天线结构参数，为我解决实际天线设计中的难题提供了思路。此外，书中对微带天线的设计和性能分析也进行了详尽的阐述。它不仅介绍了微带贴片天线的基本结构和工作原理，还分析了衬底厚度、介电常数、贴片形状等参数对天线性能的影响。书中对各种微带天线阵列（如相控阵天线）的分析也让我受益匪浅。它不仅阐述了阵列的波束形成能力，还分析了阵列在扫描角度、带宽、效率等方面的限制。对无源天线器件，如耦合器、环形器、隔离器等，书中也进行了详细的介绍。它不仅阐述了这些器件的工作原理，还分析了它们在微波电路中的作用，如信号分路、相位控制、隔离等。这些内容为我理解和设计复杂的微波系统中至关重要的信号处理环节提供了坚实的基础。

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初拿到《微波工程技术》这本书，便被其厚重而扎实的体量所吸引。我是一位在射频通信领域摸爬滚打多年的工程师，一直以来都渴望能有一本集大成之作，系统性地梳理微波技术的脉络，并提供实践指导。翻开书页，首先映入眼帘的是那些详实的概念阐述和严谨的公式推导，这让我感到一种久违的学术上的亲切感。作者对电磁场理论在微波频段的特殊表现进行了深入的探讨，从麦克斯韦方程组出发，层层剥离，最终抵达了波导、传输线等核心概念。我尤其欣赏作者在讲解这些基本原理时，并没有停留在理论的象牙塔里，而是巧妙地融入了实际工程中的考量。例如，在讨论传输线的阻抗匹配时，书中详细阐述了为何在微波电路中，简单的串联或并联电阻往往难以达到预期效果，而是需要通过各种无耗元件（如电感、电容）的组合来实现。书中对史密斯圆图的运用进行了详尽的介绍，并通过大量的实例演示了如何利用史密斯圆图进行阻抗匹配、增益补偿等操作。这对于我这样习惯了依靠软件仿真的工程师来说，无疑是一次宝贵的“返璞归真”。掌握了史密斯圆图的精髓，能够让我们在没有复杂仿真工具的情况下，对电路的性能有一个直观的把握，甚至在现场调试时也能迅速定位问题。此外，书中对各种微波元件的原理和特性也进行了细致的讲解，包括各种二极管（PIN管、变容管）、场效应管（MESFET、HEMT）在高频下的行为，以及它们在混频器、放大器等电路中的应用。作者在分析这些元件时，不仅给出了理想模型，更重要的是，还探讨了实际器件的寄生参数、噪声系数、非线性效应等对电路性能的影响，这对于我们设计高性能微波系统至关重要。这本书就像一位经验丰富的导师，循循善诱，将复杂的微波世界展现在我面前，让我能够以更清晰的思路去理解和解决工程中的实际问题。

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《微波工程技术》这本书的文字叙述非常严谨，逻辑性极强，让我受益匪浅。在学习了传输线理论和S参数之后，我自然而然地进入了书中关于微波电路设计的章节。对于各种微波电路拓扑结构，例如集中参数电路、分布参数电路在微波频段的适用性，以及如何根据工作频率和性能要求选择合适的电路类型，书中都给出了明确的指导。我尤其欣赏作者在介绍匹配网络设计时，不仅提供了多种设计方法（如单节匹配、双节匹配、阻抗变换器），还对每种方法的优缺点和适用范围进行了详细的分析。书中对各种匹配元件（如螺旋线、变容二极管、PIN二极管）在匹配电路中的作用也进行了深入的剖析。对于电流控制和电压控制的微波开关，书中也进行了详尽的讲解，包括PIN二极管开关、FET开关等。它不仅阐述了开关的工作原理，还分析了开关在导通和截止状态下的插入损耗、隔离度、开关速度等关键参数，以及如何通过优化电路设计来改善这些性能。书中对功率合成器和功率分配器的讲解也令我印象深刻。它详细介绍了不同类型的功率合成器（如Wilkinson功率合成器、90度混合器、180度混合器）的结构和工作原理，以及它们在功率放大器中的应用。同时，书中也探讨了功率分配器在信号分路和相位控制中的作用。这些内容为我理解和设计复杂的微波系统中至关重要的功率管理和信号分配环节提供了坚实的基础。

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《微波工程技术》这本书的深入程度，让我对微波功率放大器的设计有了更全面的认识。书中对不同类型的功率放大器（如甲类、乙类、丙类、丁类、AB类）的特性和应用进行了详细的分析。它不仅阐述了各类放大器的功率效率、线性度、增益等参数，还探讨了它们在不同应用场景下的优劣势。我特别欣赏书中对线性功率放大器设计中的关键技术，如平衡放大器、反馈放大器、预失真技术等，都进行了详尽的讲解。它不仅给出了这些技术的理论基础，还结合实际工程案例，分析了如何通过优化电路设计来提高放大器的线性度和功率效率。书中对宽带功率放大器设计中的关键挑战，如输入输出匹配的带宽限制、稳定性问题、寄生参数的影响等，都进行了深入的探讨。它不仅阐述了如何通过多节匹配、阻抗变换器等技术来拓宽放大器的带宽，还分析了如何通过合理的布局布线和旁路电容等措施来提高放大器的稳定性。我印象深刻的是，书中对GaN、GaAs等新型半导体材料在功率放大器中的应用也进行了介绍。它不仅分析了这些材料的特性，还探讨了如何利用这些材料设计出高性能的功率放大器。总的来说，这本书让我能够全面掌握功率放大器的设计原理和技术，并为我在设计高性能微波系统时提供了重要的技术参考。

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《微波工程技术》这本书的阅读体验，是一种知识层层递进、豁然开朗的感觉。在阅读到微波测量技术的部分时，我感觉自己像是进入了一个精密仪器的殿堂。书中对网络分析仪（VNA）的原理和使用进行了非常详尽的介绍，从S参数的定义、测量和意义，到如何利用VNA进行阻抗测量、增益测量、相位测量、回波损耗测量等，都进行了细致的阐述。我特别喜欢书中关于校准过程的讲解，它详细说明了开路、短路、匹配负载等校准件的作用，以及不同校准类型（如SOLT、TRL）如何消除测量系统误差，从而获得准确的器件或电路参数。这对于确保我们的测量结果的可靠性至关重要。书中还探讨了噪声系数测量仪（NFM）的工作原理，以及如何使用它来评估放大器、混频器等有源器件的噪声性能。对信号源的讲解也非常到位，从基础的信号生成原理，到如何使用信号发生器合成各种复杂的微波信号，包括调制信号、扫频信号等。我印象深刻的是，书中不仅介绍了理想信号源的特性，还探讨了实际信号源的非理想因素，如相位噪声、频谱纯度、输出功率稳定性等，以及这些因素如何影响微波系统的整体性能。此外，书中还对频谱分析仪的原理和应用进行了深入的分析。它不仅介绍了频谱分析仪如何显示信号的频率成分和功率大小，还阐述了如何利用频谱分析仪进行信号失真测量、杂散信号检测、非线性产物分析等。这些测量技术是保证微波系统性能和诊断故障的关键。这本书的测量章节，让我对如何客观、准确地评估微波器件和系统的性能有了更深刻的理解，也为我在实验室的实际工作中提供了宝贵的参考。

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《微波工程技术》这本书的内容安排非常合理，从基础理论到实际应用，层层递进，让我受益匪浅。书中关于微波滤波器的设计章节，尤其是对耦合线滤波器、脊形滤波器、可变滤波器等特殊类型滤波器的原理和设计流程的细致描绘，给我留下了深刻的印象。我一直对如何精确控制滤波器的带宽、插入损耗和阻带衰减感到好奇，这本书提供了非常实用的工具和方法。作者在介绍不同类型滤波器时，不仅清晰地阐述了其基本结构和工作原理，还深入剖析了各种设计参数之间的相互关系，以及如何根据具体的应用场景选择最合适的滤波器类型。例如，在讲解脊形滤波器时，书中详细介绍了脊形参数对滤波器性能的影响，以及如何通过优化脊形参数来获得更好的性能。对于微波开关设计，这本书的讲解更是深入浅出。从单刀单掷（SPST）、单刀双掷（SPDT）到多刀多掷（SPMT）开关，书中都进行了详尽的讲解。它不仅阐述了开关的工作原理，还分析了开关在导通和截止状态下的插入损耗、隔离度、开关速度等关键参数，以及如何通过优化电路设计来改善这些性能。我印象深刻的是，书中对微波衰减器的设计也进行了介绍。它不仅介绍了固定衰减器和可变衰减器的原理，还分析了它们在信号电平控制中的作用。总的来说，这本书让我能够全面掌握微波滤波器和衰减器的设计原理和技术，并为我在设计高性能微波系统时提供了重要的技术参考。

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