Elements of Electromagnetics (The Oxford Series in Electrical and Computer Engineering) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford University Press, USA

作者:Matthew N. O. Sadiku

出品人:

页数:838

译者:

出版时间:2006-10-30

价格:USD 129.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780195300482

丛书系列:

图书标签:

• Electromagnetics
• Maxwell's Equations
• Electromagnetic Fields
• Electromagnetic Waves
• Transmission Lines
• Antennas
• Microwaves
• Engineering Electromagnetics
• Physics
• Oxford Series

现代电子与通信领域的基石：微波工程与电磁兼容性 本书深入探讨了现代电子与通信系统中至关重要的两个领域：微波工程设计与电磁兼容性（EMC）分析。我们着眼于从理论基础到实际应用的完整链条，为读者构建一个坚实的技术框架，以应对日益复杂的高频电路与系统设计挑战。 第一部分：微波电路与系统设计原理 本部分聚焦于电磁波在传输线、波导以及无源/有源电路中的行为。我们不仅仅停留在麦克斯韦方程组的求解，而是将其转化为可用于工程实践的工具。 第一章：高频传输线理论与Smith图的精深应用 本章从集总元件模型向分布参数模型的过渡开始，详细阐述了传输线的电压、电流、阻抗的概念，以及反射、驻波现象的物理本质。 1. 史密斯圆图的构建与几何学解析： 深入解析史密斯圆图的数学原理，而非仅仅作为查找工具。重点讲解如何通过圆图快速进行阻抗匹配、反射系数和回波损耗的直观分析。引入“导纳史密斯图”的实用性。 2. 功率传输与损耗模型： 探讨传输线上的有效功率传输，包括介质损耗、导体损耗（趋肤效应）的量化计算。引入S参数（散射参数）作为描述高频网络特性的核心语言，详述S参数与Z、Y、H参数之间的转换关系，强调S参数在线路表征中的优越性。 3. 无损与有损传输线的精确分析： 针对不同介质和频率范围，建立传输线方程的精确解，包括相位常数和衰减常数的频率依赖性。 第二章：微波网络分析与无源元件设计 本章是构建微波前端的关键。内容涵盖如何设计和实现高性能的无源网络。 1. 二端口网络理论的深化： 详细分析串联、并联和混合级联网络对S参数的影响。着重讲解使用S参数矩阵对复杂多端口网络进行级联和拆分的工程方法。 2. 匹配网络设计： 不仅限于L型匹配，深入讨论使用Lumped Elements（集总元件）实现宽带匹配的挑战。引入Tchebychev和Butterworth响应的滤波器理论基础，并探讨其在匹配网络设计中的应用。 3. 微波无源器件的实现： 详细介绍集总元件（电感器、电容器）在GHz频率下的寄生效应模型，以及如何通过这些模型修正实际设计。介绍分布式元件的原理，如腔体谐振器和传输线谐振器，用于构建高Q值的滤波电路。 4. 耦合线与混合集成技术： 探讨基于耦合线的无源器件（如定向耦合器、混合耦合器）的设计原理，包括四分之一波长耦合器和混合耦合器的结构优化。 第三章：有源微波器件与放大器设计 本部分转向对信号进行放大和处理的有源器件，关注其非线性特性和稳定性问题。 1. 晶体管的射频特性建模： 详细分析BJT和FET（MESFET, HEMT, MOSFET）在射频工作点下的等效电路模型，重点关注跨导、结电容和高频极限频率（$f_T, f_{max}$）的测量与优化。 2. 微波功率放大器（PA）设计： 区分A类、AB类、C类放大器的偏置点选择与效率考量。深入讲解线性化技术，如反馈线性化和预失真技术，以应对高阶调制信号的非线性失真。 3. 噪声分析与低噪声放大器（LNA）设计： 引入噪声系数（Noise Figure, NF）的概念，推导Friis噪声系数级联公式。讲解如何利用史密斯图上的等效噪声电阻圆进行最佳噪声匹配设计，确保系统灵敏度。 4. 振荡器与频率合成： 分析负阻振荡原理，以及Colpitts、Hartley等经典振荡器拓扑在微波频段的实际实现问题。讨论压控振荡器（VCO）的设计，包括调谐电路的线性化与相位噪声的抑制方法。 --- 第二部分：电磁兼容性（EMC）与系统级电磁分析 随着设备集成度提高和工作频率的攀升，系统内部和系统间的电磁干扰（EMI）问题日益突出。本部分旨在提供一套系统化的EMI/EMC设计和测试流程。 第四章：电磁兼容性基础理论与耦合机制 本章建立EMC分析的理论框架，识别潜在的干扰源和敏感路径。 1. 电磁辐射源的识别： 将辐射源分类为传导源和辐射源。详细分析PCB走线、连接器、封装引线、电缆等常见结构如何成为有效的电磁辐射体（如环路天线、单端/差分不平衡辐射）。 2. 耦合机理的深入剖析： 区别和量化三种主要的耦合机制： 传导耦合： 通过电源线、地线和信号线之间的阻抗耦合，重点分析共模与差模电流对串扰的影响。 辐射耦合： 基于近场和远场理论，分析磁场耦合（低频为主）和电场耦合（高频为主）的场强衰减规律。 串扰（Crosstalk）： 详细推导并行走线之间的互感和互容对信号完整性的影响，并引入串扰裕度（Crosstalk Margin）的概念。 3. 屏蔽原理与材料选择： 深入研究电磁屏蔽的两个主要机制：反射（基于阻抗失配）和吸收（基于损耗）。讨论不同频率下，如何选择合适的屏蔽材料（如导电布、金属外壳、导磁材料）并计算其屏蔽效能（SE）。 第五章：PCB/IC封装的电磁兼容性设计 针对现代多层板和高速信号线的实际问题，提供实用的设计指南。 1. 地平面与电源完整性（PI）： 强调多层PCB中地平面划分（分割与连接）的原则。分析电源去耦电容的选型、布局优化（放置位置、数量、连接拓扑）在抑制电源噪声（SSN/SSO）中的关键作用。 2. 高速信号线的SI/EMC协同设计： 讨论差分信号的SI特性（如阻抗控制、时序同步）如何直接影响其EMC性能（如共模抑制）。介绍过冲、下冲、反射的抑制方法，包括端接技术（串联、并联、AC端接）的选择标准。 3. 封装与引线电感： 分析IC封装引线和过孔（Via）的电感特性，特别是在信号上升时间远小于其自身传输时间时，过孔如何成为EMI热点。提供优化过孔布局以降低有效电感的方法。 第六章：系统级电磁兼容性与测试标准 本部分将理论知识应用于实际的系统集成和合规性验证。 1. 电缆与连接器的EMC控制： 探讨屏蔽电缆（如双绞线、同轴线）的有效屏蔽机制，以及屏蔽层与设备外壳的正确接地（单点接地与多点接地）的优缺点与应用场景。 2. 辐射发射（RE）与抗扰度（RS）测试规范： 概述CISPR、FCC等主要国际标准的测试环境要求（如三米法、十米法、电波暗室）。详细解释传导发射（CE）的测试方法，特别是LISN（线路阻抗稳定网络）的作用。 3. 系统级电磁故障排除： 提供一套基于频谱分析仪和近场探头的故障定位流程。通过实际案例分析，演示如何通过测量磁场探头和电场探头在PCB上的分布，快速定位辐射源头，并推荐相应的整改措施（如增加接地过孔、优化缝隙屏蔽、调整去耦）。 --- 全书内容紧密围绕微波工程的设计循环与EMC的预防性思维展开，旨在培养工程师在设计初期就融入电磁兼容性考量，从而实现高性能、高可靠性、符合标准要求的电子产品开发。

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