Ultra-Wideband, Short-Pulse Electromagnetics 3 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Baum, Carl E.

出品人:

页数:531

译者:

出版时间:1997-04-30

价格:USD 129.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780306455933

丛书系列:

图书标签:

• Ultra-Wideband
• UWB
• Electromagnetics
• Short-Pulse
• Signal Integrity
• High-Speed Electronics
• Antennas
• Radar
• Wireless Communication
• Microwave Engineering

超宽带、短脉冲电磁学（第三卷）：理论、模型与前沿应用 《超宽带、短脉冲电磁学（第三卷）》是一部深入探讨超宽带（UWB）与短脉冲电磁学这一交叉领域前沿理论、关键模型以及创新应用的权威著作。本卷在继承前两卷扎实基础之上，聚焦于该领域近年来取得的突破性进展，旨在为读者提供一个全面、系统且与时俱进的知识体系。本卷内容不包含以下任何主题： 非电磁学范畴的物理现象：本书将严格聚焦于电磁波的产生、传播、接收和相互作用，避免涉及声学、光学（非电磁波）、机械学等其他物理学分支的原理和应用，除非它们与电磁学特性紧密相关且是UWB/短脉冲技术的直接支撑。 通用信号处理技术（脱离UWB/短脉冲背景）：虽然信号处理是UWB/短脉冲技术不可或缺的一部分，但本卷不会展开讨论纯粹的、与UWB/短脉冲特性无关的通用信号处理算法，例如傅里叶变换的数学推导、数字滤波器的一般设计理论等。所有信号处理内容都将围绕UWB/短脉冲信号的独特时域和频域特征及其应用展开。 传统窄带通信系统（除作为对比分析外）：本书的重心在于UWB和短脉冲电磁波，因此不会详细介绍传统的窄带通信系统（如Wi-Fi、蓝牙等）的工作原理、调制解调技术等。若提及，也仅是为了突出UWB/短脉冲在带宽、速率、功耗或定位精度等方面的优势。 量子力学或相对论中的电磁现象（非工程应用导向）：除非是某些特殊且前沿的UWB/短脉冲应用（例如特定科学探测领域）所必需，否则本书不会深入探讨量子电动力学或相对论中关于电磁场的微观理论或哲学讨论。重点在于宏观层面的电磁现象及其工程实现。 生物医学中的普遍电磁治疗（非UWB/短脉冲专用）：例如，对于一般的射频治疗、微波治疗等，如果其原理并非基于UWB或短脉冲的独特特性，则不在本书讨论范围之内。本书将聚焦于UWB/短脉冲技术在生物医学成像、传感或治疗中的特定应用。 不构成UWB/短脉冲核心技术的其他电子元器件介绍：例如，不会详细介绍晶体管、集成电路等通用电子元器件的物理结构和制造工艺，除非其设计特性直接影响UWB/短脉冲信号的产生和处理。 通用计算机科学、软件工程理论（脱离UWB/短脉冲系统开发）：例如，不会讨论操作系统的工作原理、数据库管理、通用软件开发生命周期模型等。本书将聚焦于与UWB/短脉冲系统相关的软件算法、仿真工具、数据管理等。 非科学或工程范畴的讨论：本书将严格限定在科学和工程领域，不包含历史回顾（除非与技术发展里程碑相关）、商业模式分析、市场预测、政策法规讨论等非技术性内容。 --- 理论基石与模型革新 《超宽带、短脉冲电磁学（第三卷）》首先将深入剖析UWB和短脉冲电磁波的核心理论，重点关注其与传统电磁学理论的差异与拓展。本书将从麦克斯韦方程组的特殊解出发，深入探讨瞬态电磁场的产生机制，包括但不限于： 宽带天线理论与设计：聚焦于能够高效辐射和接收极短脉冲的UWB天线，例如螺旋天线、喇叭天线、偶极子天线以及各类新型超材料天线的设计原理、性能优化方法，以及在复杂环境下的辐射特性分析。我们将深入探讨天线尺寸、阻抗匹配、辐射效率、方向性等关键参数与脉冲波形的关系，以及针对特定应用场景（如穿透性、高分辨率成像）的天线设计考量。 脉冲形成与激励机制：详细阐述能够产生窄至亚纳秒甚至皮秒量级脉冲的激励源，如雪崩二极管、步进恢复二极管、以及基于超材料和新型半导体器件的脉冲发生器。本书将分析这些激励源的工作原理、脉冲形状的控制、上升/下降沿的优化、以及能量转换效率。 传播模型与散射理论：在复杂多径环境中，短脉冲的传播行为呈现出独特的特性。本卷将对自由空间传播、地表传播、穿透传播（穿墙、穿土等）进行深入研究，并着重分析由非均匀介质、障碍物、表面粗糙度等引起的散射、衍射和反射现象。我们还将探讨如何建立精确的电磁散射模型，例如时域有限差分（FDTD）、时域边界积分方程（TDIE）等方法在分析复杂目标散射特性方面的应用，以及如何从观测到的回波信号中提取目标几何和材料信息。 极化特性与时域响应：与窄带信号不同，短脉冲的极化特性在时域上表现得更为复杂。本书将分析不同类型的短脉冲（如高斯脉冲、双指数脉冲）在传播和散射过程中的极化变化，以及如何利用极化信息增强目标识别和环境感知能力。同时，将深入研究目标对短脉冲的瞬态响应，包括瞬态感应电流、瞬态场分布等，以及这些瞬态响应与目标物理结构和材料特性的内在联系。 衰减机制与信道模型：在实际应用中，UWB/短脉冲信号会受到吸收、散射等多种衰减机制的影响。本卷将深入分析不同材料（如混凝土、土壤、水等）对UWB/短脉冲信号的吸收特性，并在此基础上建立相应的时域信道衰减模型。我们将探讨如何针对特定应用场景（如室内定位、地下探测）构建更符合实际的信道模型，以提高系统性能的预测精度。 新型材料与超材料在UWB/短脉冲中的应用：超材料、人工电磁材料等新型功能材料在UWB/短脉冲技术中展现出巨大的潜力。本卷将系统介绍这些材料的电磁特性，以及如何利用它们设计新型的宽带吸波材料、宽带天线、定向发射器、电磁透镜等。我们将重点关注材料结构与宏观电磁响应之间的关系，以及如何通过优化材料设计来实现UWB/短脉冲信号的增强、调控和定向传输。 关键技术与模型优化 本卷致力于揭示UWB和短脉冲电磁学领域的核心技术，并对现有模型进行优化和创新： 先进的信号产生与检测技术：超越传统的激励源，本卷将深入探讨基于非线性光学效应、量子隧穿效应、以及微波光子学等原理的新型短脉冲产生方法。在检测端，将介绍高带宽、高灵敏度的采样示波器、非线性传输线探测器、以及基于先进半导体材料（如GaN、SiGe）的短脉冲接收前端。 时域信号表征与分析：传统的频域分析方法在描述极短脉冲时存在局限性。本卷将侧重于时域信号的表征，包括瞬态波形分析、能量谱密度、瞬态互相关分析等。我们将介绍各种先进的信号处理算法，用于提取瞬态信号中的有用信息，如峰值检测、能量累积、瞬态特征提取等。 高性能仿真与建模工具：精确的仿真和建模是UWB/短脉冲系统设计和优化的关键。本卷将介绍当前最先进的电磁场仿真软件（如CST, HFSS, COMSOL等）在UWB/短脉冲应用中的高级技巧，包括如何处理瞬态激励、优化网格划分、减小计算误差等。此外，还将探讨基于机器学习和人工智能的电磁仿真加速方法，以及如何利用数据驱动的方法建立更准确、更高效的电磁模型。 逆散射与成像算法：从接收到的UWB/短脉冲回波中重构目标信息是该技术的核心应用之一。本卷将详细介绍各类逆散射（Inverse Scattering）和成像算法，包括时域成像（如基于回波时间延迟）、频域成像（如合成孔径雷达SAR的类比）、以及基于机器学习的成像方法。我们将重点关注算法的鲁棒性、分辨率、以及在复杂介质和目标环境下的性能表现。 抗干扰与信息隐藏技术：UWB信号具有独特的“填隙”通信特性，能够有效抵抗窄带干扰。本卷将深入分析UWB信号的抗干扰机理，并探讨更高级的抗干扰技术，如自适应滤波、谱分析等。同时，还将介绍如何在UWB信号中实现信息隐藏（隐蔽通信）的技术，利用其低功率谱密度特性实现信息传输的隐蔽性。 前沿应用探索 《超宽带、短脉冲电磁学（第三卷）》将紧跟技术发展的脉搏，深度聚焦UWB和短脉冲电磁学在各个前沿领域的创新应用： 高精度定位与导航：UWB技术以其极高的时域分辨率，能够实现厘米级的精确定位。本卷将详细探讨基于测距（ToF）、测角（AoA）以及多站定位的UWB系统设计，以及在室内导航、机器人路径规划、自动驾驶、仓储物流等领域的应用。我们将分析多径效应对定位精度的影响，以及相应的抑制和补偿算法。 穿透性成像与探测：短脉冲电磁波具有优异的穿透能力，使其成为非破坏性检测（NDT）的理想工具。本卷将重点介绍UWB/短脉冲技术在地下管线探测、墙体结构检测、文物无损检测、矿产资源勘探、以及安全检查（如行李、人体扫描）等领域的应用。我们将深入分析不同介质的电磁特性对成像效果的影响，以及如何通过优化信号和算法来提升成像分辨率和穿透深度。 高速通信与数据传输：UWB技术的超大带宽为高速无线通信提供了新的可能性。本卷将探讨基于UWB的下一代无线通信系统设计，包括物理层协议、多址接入方案、以及在车联网、物联网（IoT）、短距离高速数据传输等场景下的应用前景。 生物医学传感与成像：UWB/短脉冲电磁波在生物医学领域展现出独特的优势，如非电离辐射、高分辨率成像能力。本卷将深入研究其在生物组织成像（如无创肿瘤检测、乳腺成像）、生理参数监测（如呼吸、心率）、以及医疗器械内部探测等方面的应用。我们将重点关注生物组织对UWB/短脉冲信号的吸收和散射特性，以及如何设计满足生物安全要求的UWB/短脉冲系统。 目标识别与分类：短脉冲电磁波与目标的相互作用产生的瞬态回波包含了丰富的目标信息。本卷将详细介绍如何利用这些回波信息进行目标识别和分类，例如通过分析目标的瞬态散射特性、雷达散射截面（RCS）的时域响应、以及目标极化特性等。我们将探讨基于机器学习和模式识别的UWB/短脉冲目标识别方法，以及在军事侦察、环境监测、车辆识别等方面的应用。 特种通信与电子战：UWB的低功率谱密度特性使其在需要隐蔽通信的场景下具有优势。本卷将探讨UWB在特种通信、低截获概率（LPI）通信系统中的应用，以及其在电子战领域作为探测、干扰和欺骗手段的潜力。 《超宽带、短脉冲电磁学（第三卷）》是所有对UWB和短脉冲电磁波技术感兴趣的研究人员、工程师、以及高年级本科生和研究生不可或缺的参考书。本书致力于提供最前沿的理论知识、最实用的模型工具和最具有启发性的应用案例，以期推动该领域不断向前发展。

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说实话，我拿到这本书时，最大的顾虑是担心内容过于陈旧或者只是对前两卷的简单重复和修补。但很快，我就发现我的担忧完全是多余的。第三卷明显将重点放在了那些新兴且极具挑战性的应用场景上。比如，它深入探讨了在复杂多径环境下，如何利用短脉冲固有的时间分辨优势来有效分离反射信号，这对于地下穿透雷达（GPR）的研究者来说，简直是一份宝贵的实战指南。我特别欣赏作者在处理“非线性介质中的超宽带传播”这一节时所采用的严谨态度。他们没有采用过于简化的线性模型来搪塞，而是引入了更高阶的泰勒展开和数值模拟结果作为支撑，清晰地阐述了在脉冲能量密度升高时，材料响应如何从线性过渡到非线性，以及这给信号保真度和定位精度带来的影响。这本书的图表质量达到了专业期刊的水准，每一个示意图都清晰地标注了物理意义，使得那些复杂的散射理论更容易被理解。读到最后几章关于自适应波束形成和隐身技术中超宽带脉冲特性的部分，我几乎是屏住呼吸读完的，它不仅仅是在介绍技术，更像是在探讨工程美学与物理极限的碰撞。

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如果要用一个词来概括《Ultra-Wideband, Short-Pulse Electromagnetics 3》给我的感受，那一定是“挑战与机遇并存”。它绝非一本可以轻松阅读的书籍，阅读过程中需要频繁地查阅前置知识，甚至需要配合MATLAB或C++环境进行代码验证才能完全领会其精髓。但我认为，这种难度恰恰是其价值所在。这本书的价值不仅仅在于传授知识点，更在于塑造一种“脉冲思维”——即从时间域的精确控制和分辨能力出发来设计电磁系统。在评估了全书内容后，我特别赞赏作者在最后章节中对未来研究方向的展望，特别是提到了太赫兹（THz）频段与超宽带短脉冲技术的融合潜力，以及量子电动力学在超强场脉冲传播中的潜在影响。这些内容并非空泛的预测，而是建立在扎实的前文理论基础之上，使得读者在合上书本时，不仅带着已有的知识，更带着对未来研究边界的好奇与敬畏。总而言之，这本书是该领域专业人士和高年级研究生的必备参考书，它推动了思维的边界，并为未来的技术突破指明了方向。

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从阅读体验上来说，这本书的行文风格可谓是“剑走偏锋”。它不像某些经典教材那样追求面面俱到、滴水不漏，相反，它似乎故意留下了一些开放性的问题和有待深入研究的领域，这反而极大地激发了读者的主动探索欲。我尤其喜欢作者在介绍高斯脉冲和窄带调谐脉冲优缺点对比时的那种辩证思维。他没有武断地下结论，而是通过一系列对比实验的虚拟结果展示，让读者自己去权衡在特定环境噪声模型下，哪种脉冲类型更具优势。这种“引导式”的教学方法，让我感觉自己不是被动接受知识，而是主动参与了一场智力辩论。此外，书中对脉冲失真机理的分析细致入微，不仅关注了材料吸收带来的幅度衰减，还详细讨论了色散效应如何导致脉冲展宽和形状畸变，并给出了相应的数字预失真技术。这种对工程实际中“脏信号”的关注，使得这本书的实用价值远超那些只停留在理想模型层面的著作。

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这本书在数学工具的选择上，非常贴合现代电磁工程师的需求。它并未过度纠缠于高等微分几何的繁复推导，而是熟练地运用了时频分析工具，特别是短时傅里叶变换（STFT）和小波变换在超宽带信号处理中的应用。在我看来，这是本书最具时代前沿性的地方之一。作者成功地将这些现代信号处理工具无缝地嵌入到传统的麦克斯韦方程组的求解框架中。例如，在讨论波的边界条件和介质界面反射时，作者展示了如何利用小波基函数的局部化特性，来更准确地捕捉脉冲前沿和尾迹的瞬态信息，这在处理具有尖锐边缘或突然变化的结构时，是传统傅里叶分析难以企及的优势。我花了几天时间专门研究了其中关于“瞬态电磁场反演”的案例分析，作者利用这些工具重构出隐藏在不透明物体内部的微小缺陷，其清晰度和分辨率令人震惊。这本书无疑为那些希望从传统窄带思维中解放出来，迈向更精细化电磁成像领域的工程师们，提供了一套强有力的数学武器。

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这部《Ultra-Wideband, Short-Pulse Electromagnetics 3》的封面设计确实引人注目，那种深邃的蓝色背景加上未来感的线条勾勒，让我立刻感受到它蕴含的技术深度。我原本是带着一种既期待又略带忐忑的心情翻开它的，毕竟“超宽带”和“短脉冲”这两个词汇本身就意味着极高的技术门槛。然而，这本书在引言部分就展现出了它不同于一般教科书的叙事风格，它并没有急于抛出复杂的傅里叶变换或时域分析公式，而是花了相当大的篇幅去描绘这项技术在当代雷达成像、非破坏性检测乃至高速通信领域所展现出的巨大潜力。作者的笔触是充满激情和前瞻性的，仿佛在向读者展示一个即将到来的电磁新纪元。特别是关于脉冲压缩和波形设计的章节，作者通过一系列精妙的类比，将原本抽象的数学概念具象化，比如将短脉冲比作一把极其锋利的刻刀，能够以极高的分辨率“雕刻”出复杂的介质结构。我印象最深的是其中关于史密斯圆图在处理超宽带匹配问题时的应用拓展，那部分内容突破了我以往对传统射频设计的认知框架，展示了在极宽频带下，传统方法是如何失效，以及短脉冲特性如何反过来提供了一种全新的设计思路。这本书的结构安排非常巧妙，它不像一本纯粹的理论手册，更像是一份精心策划的学术探险地图，引导读者逐步深入到电磁波形工程学的核心领域。

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