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出版者:高等教育

作者:赵春晖等

出品人:

页数:417

译者:

出版时间:2007-7

价格:33.8

装帧:

isbn号码:9787040218176

丛书系列:

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• 大学
• 微波技术
• 微波电路
• 微波器件
• 射频技术
• 电磁场与微波
• 通信工程
• 电子工程
• 雷达技术
• 微波测量
• 微波应用

宏观世界的光影：从电磁场理论到量子计算的跨越 图书名称： 宏观世界的光影：从电磁场理论到量子计算的跨越 内容简介： 本书旨在构建一座横跨经典物理学与现代前沿科技的桥梁，深入探讨人类如何利用对电磁现象的深刻理解，从宏观尺度的电磁波应用，逐步迈向微观量子世界的精妙控制。它并非专注于某一特定工程领域的技术手册，而是力求描绘一幅波澜壮阔的科学演进图景，揭示隐藏在日常技术背后的物理学原理及其深远影响。 第一部分：电磁学的基石与经典应用的辉煌 本部分将从麦克斯韦方程组的优雅形式出发，重温电磁场理论的构建历程。我们将细致剖析电磁波的产生、传播及其在自由空间和介质中的行为。这里的讨论将超越纯粹的数学推导，更侧重于概念的物理图像构建。 1.1 麦克斯韦的遗产：从定律到统一场论的萌芽 详细阐述法拉第电磁感应定律、安培-麦克斯韦定律等如何被整合，形成描述所有经典电磁现象的完备理论。我们将探讨电磁波作为光的一种形式，其速度如何与基本电磁常数相关联，奠定了光学与电磁学统一的基础。 1.2 经典波导理论与传输线分析 尽管本书不涉及高频微波特定的设计，但对经典传输现象的理解是不可或缺的。本节将深入探讨TEM波在同轴电缆和平行板线中的传播特性，分析阻抗匹配和反射的概念。重点在于理解能量如何在结构中被引导和约束，这是所有波导技术的基础。我们将讨论传输线理论在低频电路中的作用，以及它如何为后续高频（包括微波频段）的设计理念提供了理论框架。 1.3 光与物质的相互作用：衍射、干涉与散射 本章将以波动光学为核心，探讨光在穿过缝隙、障碍物时表现出的波动特性。重点分析惠更斯-菲涅尔原理，以及傅里叶光学如何将空间调制（如图像）转化为频率域（波数）的分析。对于散射问题，我们将回顾瑞利散射和米氏散射的经典理论，用以解释大气现象和材料表面的光电响应，这些都是理解信号衰减和背景噪声的物理基础。 第二部分：从连续波到信息时代的演进 在奠定了电磁波的基本原理后，本书将视角转向人类如何将这些物理现象转化为信息载体和先进工具。这一部分的核心在于信息论与信号处理的结合。 2.1 调制、解调与频谱效率 我们将探讨如何通过改变电磁波的幅度、频率或相位来承载信息。重点分析模拟调制（如AM、FM）和数字调制（如PSK、QAM）的原理及其在信噪比（SNR）上的权衡。频谱效率的概念将被引入，解释为什么我们需要更精细的波形设计才能在有限的频率资源中传输更多数据。 2.2 信号的空间分辨：成像与传感的物理基础 本章将关注电磁波如何被用来“感知”环境。讨论诸如声纳、雷达等利用电磁波的时间延迟和多普勒频移来确定目标距离和速度的原理。重点在于分辨率的物理限制——如何通过增加波长或提高接收系统的灵敏度来改善探测能力。我们将引入孔径理论，解释大型天线或光学系统如何克服衍射极限以获得更清晰的“图像”。 2.3 介质工程的初步：从折射率到超材料的思辨 为了更有效地操控电磁波，人类开始深入研究材料对电磁场的响应。本节将涵盖经典介质理论，如德拜弛豫模型，解释材料极化如何导致宏观电磁性质的变化（如介电常数、磁导率）。随后，我们将展望至人工设计的结构——超材料的概念，探讨如何通过结构设计而非化学成分来控制电磁波，例如负折射率的理论可能性，为更精妙的波控制设下伏笔。 第三部分：量子视界：从能量量子化到信息革命 本书的最后一部分将实现视角上的巨大飞跃，从对宏观波动的经典描述转向对微观能量和物质的量子理解。这种转变是理解现代信息技术的根本。 3.1 光的粒子性与物质波：量子力学的起源 我们将回顾黑体辐射、光电效应的实验，解释普朗克和爱因斯坦如何引入能量量子化的概念，从而彻底颠覆了经典物理学。随后，德布罗意提出的物质波概念，将使读者理解电子等粒子也具有波动性。这部分将强调，电磁波在微观层面上表现出的“能量包”（光子）特性，是其与物质发生作用的基础。 3.2 量子态与叠加原理：计算范式的转变 本章将引入量子比特（Qubit）的概念，解释它与经典比特在信息承载能力上的根本区别——叠加态。我们将使用抽象的数学框架（如狄拉克符号），而非侧重于复杂的解方程，来阐述如何描述一个系统同时处于多个可能状态。叠加态是量子计算强大并行处理能力的核心来源。 3.3 量子纠缠与非定域性：超越经典通信的限制 纠缠态是量子力学中最反直觉但又最强大的特性之一。本节将详细解释两个或多个粒子如何“关联”起来，无论它们相隔多远，测量其中一个会瞬时影响另一个的状态。尽管纠缠态不能用于超光速的信息传递，但它是量子密钥分发（QKD）和量子隐形传态等前沿技术得以实现的基础，标志着信息处理能力的一次质的飞跃。 结论：统一场论的漫漫征途 全书的收尾将回归到宏观与微观的联系上。我们讨论了从麦克斯韦方程组到薛定谔方程的理论跨越，强调了对电磁现象的精确掌握如何一步步导向了我们对信息本质的理解。本书旨在激发读者对物理学普适性的敬畏，并认识到每一次重大的科学突破，都建立在对先前理论的深刻理解和批判性继承之上，为探索更深层次的物理规律提供了思想的阶梯。 全书结构逻辑严密，从经典基础到信息应用，再到量子前沿，层层递进，力求让具有一定科学素养的读者能够清晰地把握电磁学在整个现代物理和信息技术中所处的关键地位。

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这本书的另一个显著特点是其严谨的数学语言，几乎每一页都充满了精密的符号和希腊字母，这对于习惯了用流程图和简洁步骤解决问题的读者来说，是一种挑战。我发现自己不得不频繁地停下来，查阅附录中的符号表，或者回顾前面章节的定义，才能跟上作者的思路。尤其是在处理复杂的互作用问题，比如天线阵列的互耦分析时，那种层层叠加的积分和复杂的矢量运算，几乎让人望而生畏。虽然我理解，微波技术本质上就是建立在这些复杂的数学基础之上的，但如果能有一种“循序渐进”的教学策略，比如先用简化的物理模型给出直观理解，然后再引入完整的数学表达，效果可能会更好。这本书更适合那些已经具备扎实的微积分和线性代数基础，并且热衷于从第一性原理理解一切的读者。对于我这样的工程实践者而言，它更像是一部需要被“翻译”和“简化”的参考书，而非一本可以直接拿来指导日常工作的教科书。它的知识密度非常高，但知识的“可访问性”相对较低，需要读者投入大量的时间和精力去消化吸收那些深藏在复杂公式背后的工程直觉。

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这本书的章节逻辑安排，初看之下似乎是按部就班，但深入阅读后，我发现它更偏向于理论的系统梳理，而非实际工程问题的解决导向。例如，在介绍S参数时，书中用了整整两章的篇幅来详尽地推导其矩阵形式及其与Z、Y参数的转换关系，这对于研究者来说或许是宝贵的财富，但对于一个需要快速设计一个放大器匹配电路的工程师而言，我更关心的是如何根据测得的S参数，直接在Smith圆图上快速定位并计算出合适的并联或串联元件值。书中提供的例题往往是理想化的、参数明确的，缺乏真实世界中常见的非理想元件引入的误差分析和容错设计思路。我希望能看到更多关于“边界条件”和“实际限制”的讨论，比如当工作频率超过某一阈值时，导线寄生电感的影响，或者 PCB 走线带来的串扰问题。这本书仿佛把我们带到了一个理论上的“真空实验室”，在那里一切都完美运行，但一旦走出这个实验室，面对复杂的实际器件和环境时，这本书提供的“操作指南”就显得有些苍白无力了。它更像是理论的圣经，而不是实战的工具箱。

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阅读这本书的过程，给我一种非常“学术化”的感觉，甚至有些脱离了工程实践的接地气。它对于电磁场的理论基础，比如麦克斯韦方程组在不同介质中的应用，进行了极其详尽的论述，这无疑提升了我们对微波现象本质的理解深度。但是，当涉及到现代微波系统，如射频集成电路（RFIC）设计中的关键技术，比如源和负载的非线性效应分析，或者新型宽带匹配技术时，内容就显得有些滞后和保守了。我期待能看到关于最新半导体器件（如 GaN 器件在高功率放大器中的应用）的讨论，或者对当前主流 EDA 软件（如 ADS 或 HFSS）中特定仿真技巧的介绍。这本书的知识体系似乎停留在上个世纪末的经典设计范式上，虽然经典理论永远不会过时，但技术的进步速度要求教材必须紧跟前沿。对于想要将所学知识应用于当前最热门的 5G/6G 通信系统或先进雷达技术的人来说，这本书能提供坚实的“内功心法”，但缺乏具体的“招式演示”，阅读体验更像是在学习一种古老的、但基础扎实的武术流派，而不是学习当下最流行的格斗技巧。

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这本号称“微波技术”的书籍，拿到手的时候，我就抱着一种既期待又有些忐忑的心情。毕竟，微波这个领域，听起来就充满了高深的物理学和复杂的工程计算。我期待它能像一位经验丰富的工程师在现场指导我，一步步拆解那些复杂的电路图和抽象的电磁波理论。然而，当我翻开第一章，引入眼帘的却是对历史的回顾，仿佛在告诉我，在你真正接触到谐振腔和传输线之前，需要先了解一下贝尔实验室的那些先驱们。这固然重要，但对于一个急于上手实践的工程师来说，这种叙事的节奏稍显缓慢，更像是一篇学术综述的开篇，而不是一本技术手册的启动。书中对基础概念的阐述用了大量篇幅，力求严谨，但对于我这种需要快速建立直观认识的人来说，那些密集的公式推导和严格的数学证明，有时候反而成了理解的障碍，让人感觉自己像是在攀登一座陡峭的山峰，每一步都需要精确计算落脚点，而缺乏那种可以稍作喘息的观景台。我更希望看到一些生动的应用案例，哪怕只是一个简单的微波炉原理图的剖析，也能立刻拉近理论与现实的距离。这本书的优点在于其理论的深度毋庸置疑，但对于初学者而言，它更像是一部需要反复研读的经典著作，而不是一本即拿即用的“快速入门”指南。

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说实话，我对这本书的排版设计有点意见。在阅读过程中，我发现图表的质量似乎没有跟上文字内容的深度。很多关于波导和天线辐射方向图的插图，线条过于细密，对比度也不够高，尤其是当涉及到三维空间的场分布时，缺乏足够的立体感和清晰的标注，这使得我在试图将抽象的电磁场概念在大脑中具象化时，遇到了不小的困难。有几处关键的公式推导，作者似乎过于自信地认为读者已经掌握了前置知识，直接跳过了一些中间步骤，这对于那些需要完整学习路径的读者来说，无疑是一个知识断层。比如，在讨论史密斯圆图的应用时，书中只是简单地展示了如何进行阻抗匹配，但对于为什么特定的匹配网络结构能达到最佳效果的物理机制解释得相对单薄。我花费了额外的时间去查阅其他资料，来填补这些“似懂非懂”的空白。一本好的技术书籍，不仅要传授知识，更要教会读者如何“看懂”知识的呈现方式，而在这方面，这本书的视觉体验和引导性略显不足，像一本老旧的教辅资料，虽然内容扎实，但形式上缺乏现代感和交互性。

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这书能评十一五规划我是没有想到的。

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崩溃的一门课

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