宽带匹配网络的理论与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民邮电出版社

作者:陈惠开

出品人:

页数:384

译者:黎安尧

出版时间:2982

价格:0

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isbn号码:9787115036285

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新一代光通信系统关键技术：高频器件、调制格式与信道建模 本书简介 随着信息技术的飞速发展，数据传输速率的需求呈指数级增长，对光通信系统的性能提出了前所未有的挑战。本书聚焦于支撑当前及未来高速光通信网络的核心技术领域，深入剖析了支撑超高速光传输的物理层关键环节。全书内容涵盖了从高频光电子器件的物理机理、先进的调制格式设计，到复杂光信道环境下的信号传输与均衡方法，旨在为光通信领域的科研人员、工程师以及高年级学生提供一套系统、前沿且实用的理论与实践指导。 第一部分：超高速光电子器件的性能极限与设计 光通信系统的速率瓶颈往往受限于光发射和光接收器件的带宽和噪声特性。本部分将重点探讨构成高速光收发模块的核心电子和光电子器件。 第一章：高跨导调制器与光放大器中的非线性效应 本章详细分析了当前主流的电吸收调制器（EAM）和马赫-曾德尔调制器（MZM）在毫米波频段的工作机理及其带宽限制因素。内容侧重于器件结构优化（如采用磷化铟或硅光平台上的集成技术）如何有效提升其光电转换效率和带宽。同时，深入研究了光纤放大器（如铒掺杂光纤放大器EDFA和拉曼放大器）中的非线性自发辐射噪声（ASE）对系统性能的影响机制，并探讨了如何通过优化泵浦功率和增益平坦化技术来改善信噪比。 第二章：雪崩光电二极管（APD）与PIN光电探测器的噪声分析 在高速光接收端，探测器的性能至关重要。本章区分了PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的工作原理、响应速度和内部噪声特性。重点在于对散粒噪声、暗电流噪声以及雪崩倍增过程中的额外噪声（$M^2$）进行精确的数学建模。此外，探讨了如何设计高阻抗匹配电路以最大限度地捕获探测器输出的小信号电流，并最小化外部电路引入的寄生电容和噪声功率。 第二部分：先进调制格式与信号处理 为了突破传统的强度调制限制，本部分聚焦于如何利用光波的光幅度和相位自由度来实现频谱效率和抗损耗能力的显著提升。 第三章：相干检测技术与高阶QAM调制 相干检测是实现超高速、长距离光通信的基础。本章首先阐述了相干接收机的结构，包括本地振荡激光器的相位噪声对系统性能的影响。随后，系统性地介绍了正交幅度调制（QAM）的原理，特别是16-QAM和64-QAM在光纤系统中的应用挑战。通过理论推导，量化了高阶调制格式对光信噪比（OSNR）的苛刻要求，并分析了如何在接收端通过数字信号处理（DSP）实现相位恢复和幅值均衡。 第四章：偏振复用（PDM）与空分复用（SDM）技术 为了在现有光纤资源上实现更高的容量，偏振复用（PDM）已成为标准配置。本章详细讲解了PDM系统中偏振串扰（Polarization Crosstalk）的产生机理及其对系统性能的影响。核心内容在于介绍如何利用实时数字均衡器（如分数间隔均衡器 FFE 和判决反馈均衡器 DFE）在接收端精确分离两个正交偏振态的光信号。展望部分，简要探讨了空分复用（SDM）技术，特别是多芯光纤（MCF）和少模光纤（Few-Mode Fiber）在容量扩展方面的潜力，以及其面临的模式耦合（Mode Coupling）问题。 第三部分：光信道建模与传输性能优化 光纤作为传输介质，其色散、非线性效应和偏振模色散共同构成了复杂的传输信道。本部分致力于精确建模这些损伤，并设计有效的补偿和均衡方案。 第五章：色散与偏振模色散（PMD）的传输影响 本章首先对光纤中的群速度色散（GVD）进行深入分析，解释了正色散和负色散对脉冲展宽的影响。在此基础上，推导了色散补偿模型，并对比了传统色散补偿光纤（DCF）与基于DSP的色散补偿（DC）方法的优劣。随后，详细研究了偏振模色散（PMD）——一种与光纤制造不完美性相关的随机时变损伤。通过建立PMD的概率模型（如二阶矩模型），分析其在不同传输距离上的统计特性，并介绍先进的动态PMD均衡技术。 第六章：光纤中的非线性效应与代价分析 非线性效应是超高速、大容量传输面临的根本障碍。本章重点剖析了四波混频（FWM）、自相位调制（SPM）和交叉相位调制（XPM）的物理起源和数学描述。针对这些效应，本书提出了基于非线性克尔效应消除（NLEC）的数字预失真技术。最后，建立了包含所有传输损伤（色散、非线性、噪声）的综合系统性能评估框架，通过计算系统的有效OSNR和误码率（BER），指导实际系统设计中的功率预算和速率选择。 第七章：超高速系统的前向纠错（FEC）技术 为了将误码率降低到可接受的水平，高效的前向纠错（FEC）必不可少。本章介绍了传统FEC编码（如Reed-Solomon）在高速应用中的局限性。重点探讨了低密度奇偶校验码（LDPC）和译码复杂度优化的Turbo码在实现极低误码率（$10^{-15}$量级）方面的优势。分析了如何在DSP芯片的算力限制下，优化FEC的码率和译码迭代次数，以实现编码增益与系统延迟的最佳平衡。 结论与展望 本书系统地梳理了当前光通信领域中从器件、调制到信道处理的尖端技术，为读者构建了一个完整的高速光传输系统性能分析框架。未来的研究方向将集中于更灵活的软件定义光网络（SDN）集成，以及对量子效应在光通信中应用的探索。

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坦白说，《宽带匹配网络的理论与设计》在数学理论的严谨性和概念的深度上做得相当不错，对于那些想要深入理解宽带匹配网络背后数学模型和物理原理的读者来说，这本书无疑是一份宝藏。作者在推导过程中，步步为营，逻辑清晰，对于像“不变量匹配”、“频率独立匹配”等概念的阐述，更是让我在理解上有了质的飞跃。然而，作为一个长期在射频前端打拼的工程师，我总觉得书中缺少了一些“灵气”。这种“灵气”体现在对实际工程中那些“不可言说”的经验的提炼和总结。比如，书中虽然提到了损耗对匹配网络性能的影响，但对于如何在实际的PCB板上通过调整走线宽度、器件位置来优化这个损耗，或者如何通过一些简易的诊断工具（如示波器、频谱分析仪的特定操作）来快速判断匹配网络是否存在问题，却没有详细的指导。我也注意到书中对一些最新技术（如一些新型宽带匹配器件或技术）的提及相对较少，这可能也与书籍的出版周期有关，但对于追求前沿技术的读者来说，会稍显遗憾。总而言之，这本书更像是一本优秀的教材，适合那些需要打下坚实理论基础的学生或研究人员，但对于需要快速解决实际工程问题的工程师，可能还需要配合其他更具实践性的资料。

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《宽带匹配网络的理论与设计》这本书，在系统性地阐述宽带匹配网络的“是什么”和“为什么”方面做得相当出色。它从电磁波的基本原理出发，逐步引入阻抗匹配的概念，然后深入到各种宽带匹配网络的拓扑结构、设计方法，再到理论上的性能指标分析，脉络非常清晰。书中对“群延迟”、“幅度失真”等与宽带匹配紧密相关的性能参数，都进行了详细的定义和计算方法介绍。然而，在实际的“怎么做”这个层面，这本书给我的感觉是“纸上谈兵”的成分偏多。例如，书中在介绍如何通过“Butterworth”或者“Chebyshev”逼近方法设计匹配网络时，往往只给出了理论公式和设计曲线，但对于实际在PCB上实现这些设计时，会遇到的诸如走线阻抗控制、过孔数量、封装选择等工程问题，却没有给出足够的指导。我也注意到，书中对一些自动化设计流程和优化算法的介绍，也比较简略，很多时候需要读者自己去摸索如何将理论转化为可执行的步骤。作为一个实践者，我更希望能在这本书中看到更多关于“如何避免实际工程中的陷阱”，或者“如何快速迭代优化设计”的经验分享，而不仅仅是纯粹的理论推导。

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这本书在理论层面可谓是“滴水不漏”，对于那些追求学术严谨性和数学模型精确性的读者来说，这本书绝对能满足你的需求。作者在推导匹配网络参数时，所采用的各种数学工具和方法，都显得非常专业和系统。例如，在介绍“史密斯圆图”在宽带匹配设计中的应用时，书中不仅解释了其基本原理，还结合了多条不同频率下的阻抗轨迹，详细展示了如何通过图形化方法来找到最优的匹配元件。然而，作为一个在实际工作中经常与射频元器件打交道的工程师，我发现书中对于“元器件损耗”、“非线性效应”以及“寄生参数”的考虑，显得有些理想化。在真实的射频电路设计中，这些因素往往是影响匹配网络性能的关键瓶颈。例如，书中在设计一个宽带匹配网络时，往往假设使用的电感、电容都是理想元件，但实际上，在GHz级别的工作频率下，这些元件的Q值、自谐振频率等都会对最终的匹配效果产生显著影响。书中对于如何量化这些影响，或者提供一些应对策略的建议，就显得比较薄弱。我希望作者能在后续版本中，更贴近实际的器件特性，提供一些关于如何选择、测试以及补偿这些非理想因素的实用技巧。

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这本书的书名虽然叫《宽带匹配网络的理论与设计》，但我在翻阅目录和部分章节后，发现它在实际应用和工程实践方面的论述略显不足。比如，书中在介绍匹配网络的设计方法时，更多地聚焦于理论推导和各种通用设计公式的推导过程，这对于我们这些需要将理论快速转化为实际电路设计的人来说，虽然基础扎实，但缺少了一些“拿来即用”的模板或者说针对具体器件（如特定频率范围的晶体管、功放芯片）的典型设计案例。例如，当提到“等波纹逼近法”时，书中详细解释了其数学原理，并通过一些抽象的曲线来展示其特性，但如果能结合某个实际应用场景，比如设计一个用于4G基站的功放匹配网络，给出具体的元件值选择、电路图以及在实际测试中可能遇到的问题和解决方案，那将大大提升这本书的参考价值。再者，对于元件的寄生参数、PCB布局的影响以及实际焊接工艺对匹配网络性能的微妙影响，书中的提及也比较概略，缺乏深入的探讨。我希望作者在后续的版本中，能更侧重于工程经验的分享，加入更多图文并茂的实际案例，让读者在掌握理论的同时，也能快速上手解决工程中的实际问题。

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我手上的这本《宽带匹配网络的理论与设计》，在涵盖了从最基本的阻抗匹配概念，到较为复杂的宽带匹配网络设计方法，都做了一个较为全面的梳理。其中，对于各种匹配网络拓扑结构（如L型、C型、π型匹配）的优缺点分析，以及它们在不同应用场景下的适用性，都进行了详细的介绍。特别是作者对于“巴特沃斯”、“切比雪夫”等滤波器设计理论在宽带匹配网络中的应用，进行了深入浅出的讲解，让我对如何实现平坦的幅度和较低的插入损耗有了更清晰的认识。然而，在我看来，这本书在“可读性”和“易懂性”方面，还有很大的提升空间。例如，在介绍一些复杂的设计流程时，书中往往会直接给出公式和推导，缺少一些中间步骤的解释，或者一些带有注释的简化示例。对于初学者来说，可能会觉得“云里雾里”。另外，书中对软件辅助设计工具（如ADS、AWR）的应用技巧方面的介绍也相对有限，仅仅提到了这些工具的存在，但并没有深入讲解如何利用它们进行参数扫描、优化迭代，以及结果的仿真分析。我期待作者能在后续修订中，增加一些交互式的例子，或者指导读者如何使用现有的EDA工具来验证和优化设计，这样会更有助于提升读者的实践能力。

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