电子材料与器件原理

电子材料与器件原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:西安交通大学出版社
作者:卡萨普
出品人:
页数:306
译者:汪宏
出版时间:2009-6
价格:40.00元
装帧:简装
isbn号码:9787560531229
丛书系列:国外名校最新教材精选
图书标签:
  • 材料学
  • 电子
  • 2020
  • 1
  • 电子材料
  • 半导体器件
  • 器件物理
  • 材料科学
  • 电子工程
  • 固体物理
  • 微电子学
  • 电子技术
  • 物理学
  • 纳米材料
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具体描述

《电子材料与器件原理(上理论篇第3版)》全面而系统地阐述了电子材料与器件的基础理论和各类功能材料与器件的原理和性能。全书分为上、下两册:上册为理论篇,主要阐述电子材料与器件涉及的基础理论,内容包括材料科学基础概论、固体中的电导和热导、量子物理基础和现代固体理论;下册为应用篇,主要讨论各种功能材料与器件的原理与性能,内容包括半导体、半导体器件、电介质材料与绝缘、磁性与超导性、材料的光学特性等专题。《电子材料与器件原理(上理论篇第3版)》适合作为高等院校电子科学与工程、电气科学与工程、材料科学、应用物理、计算机、信息处理、自动控制等相关学科的高年级本科生或研究生的专业课程教材,也可作为相关领域的科学家、工程师和高校师生的参考用书。

现代通信系统中的电磁波传播与天线设计 内容提要: 本书深入探讨了现代通信系统中至关重要的电磁波传播理论和天线设计原理。全书内容覆盖了从基础的麦克斯韦方程组在各种介质中的应用,到复杂环境下的无线信道建模,以及高性能天线的概念、分析与实现。本书旨在为电子工程、通信工程、微波技术及相关领域的研究人员、工程师和高年级学生提供一个全面且严谨的理论框架和实用的工程指南。 第一部分:电磁场与波动理论基础 本部分首先回顾了电磁学的基本定律,重点阐述了麦克斯韦方程组在时域和频域中的形式,以及它们在描述电磁现象中的核心地位。 第一章:复习与进阶的麦克斯韦方程组 详细介绍了微分形式和积分形式的麦克斯韦方程组,并推导了无源、无损、各向同性介质中的波动方程。随后,深入分析了坡印廷矢量(Poynting Vector)及其物理意义,用于描述电磁能量的流动方向和密度。引入了矢量和标量势的概念,并阐述了规范选择(如洛伦兹规范和库仑规范)对求解的便利性。 第二章:平面波在理想介质中的传播 本章专注于均匀平面波在真空、理想电介质和理想导体中的传播特性。详细分析了波阻抗、传播常数(相移常数和衰减常数)的计算。重点讨论了电磁波的偏振态,包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振的数学描述及其转换。通过对复数的深入应用,清晰地阐释了相移对信号传输的影响。 第三章:平面波在分界面上的反射与折射 这是理解无线通信中多径效应的基石。本章基于菲涅耳公式,详尽分析了平面波在不同介质界面上的反射和透射现象。分别讨论了垂直极化(TE)和水平极化(TM)波的反射系数和透射系数随入射角的依赖关系,尤其关注了布儒斯特角和临界角的物理意义。内容延伸至电磁波在有限厚度介质层(如电磁屏蔽层)中的干涉效应。 第二部分:非均匀介质与复杂环境下的传播 本部分将理论扩展到更贴近实际的复杂环境,包括导引结构和统计传播模型。 第四章:导引结构中的电磁场 重点讨论了传输线理论和波导理论。首先,分析了TEM波(横电磁波)在平行平板传输线和同轴电缆中的特性,推导了特征阻抗和损耗模型。随后,深入研究了矩形波导和圆波导中的TE和TM模式,计算了截止频率、导向波长和模式的能量传输效率。这为微波电路和高频系统设计奠定了基础。 第五章:自由空间传播与路径损耗模型 本章聚焦于宏观尺度下的电磁波传播。详细阐述了自由空间路径损耗(FSPL)的计算及其对通信链路预算的重要性。随后,系统性地介绍了经验性传播模型,包括奥科姆模型(Okumura Model)、Hata模型,并探讨了它们在城市、郊区和开阔地带的适用性与局限性。引入了弗里斯传输公式(Friis Transmission Formula)作为分析链路增益的基准。 第六章:多径传播与信道特性分析 多径效应是现代无线通信面临的核心挑战。本章从统计学的角度描述了多径信道。详细解释了瑞利(Rayleigh)衰落和莱斯(Rician)衰落模型的建立和应用场景。引入了时延扩展、相干带宽和多普勒频移等关键参数,用以量化信道的时间色散和频率选择性衰落特性。最后,讨论了信道冲激响应(Channel Impulse Response)的概念。 第三部分:天线理论与设计原理 本部分将焦点从传播转移到信号的发射与接收器件——天线,涵盖了天线的核心参数与常用结构。 第七章:天线基础参数与等效理论 本章系统介绍了衡量天线性能的关键指标。详细定义了辐射强度、辐射方向图、最大辐射方向和主瓣宽度。深入分析了天线的输入阻抗、效率、带宽和最大有效面积。阐述了互易性原理及其在天线分析中的应用。引入了等效线源和等效面积的概念,为后续的辐射分析做准备。 第八章:基本辐射单元分析 本章详细剖析了最基础的天线单元。全面分析了电小天线(如短偶极子、小环天线)的远场辐射特性,重点关注其方向图的特点和输入阻抗。随后,详细推导并分析了半波长偶极子天线的电流分布、输入阻抗和方向图,并与短偶极子进行对比。对于环形天线,区分了小环(磁流子)与大环的辐射机理。 第九章:天线阵列理论 天线阵列是实现高增益和波束赋形的基础。本章首先介绍了阵元因子和阵列因子,并推导了均匀直线阵的远场辐射特性。重点分析了阵列因子对总方向图的影响,包括主瓣位置、旁瓣抑制和最大旁瓣比(SLL)。讨论了泰勒(Taylor)和切比雪夫(Chebyshev)加权方法在旁瓣抑制中的应用。 第十章:常用宽带与高频天线结构 本部分侧重于现代通信系统(如蜂窝通信、Wi-Fi、卫星通信)中常用的高性能天线。 详细分析了印刷式天线,特别是微带贴片天线的结构、工作原理、等效电路模型和带宽限制因素。对双极化天线、缝隙天线(Slot Antenna)的辐射特性进行了深入探讨。最后,引入了超宽带(UWB)应用中对阻抗匹配和瞬态响应的要求,并简要介绍了螺旋天线和对数周期天线等宽带结构的设计理念。 结语: 本书力求在理论深度和工程实践之间取得平衡,通过严谨的数学推导和丰富的工程实例,帮助读者全面掌握从电磁场到实际无线链路中电磁波行为的分析方法,为未来无线通信技术的创新和系统优化提供坚实的理论支撑。

作者简介

萨法•卡萨普(S.O.Kasap)是加拿大萨斯喀彻温大学(University of Saskatchewan)电气工程系教授以及加拿大电子材料与器件首席科学家(Canada Research Chair)。他于1976年、1978年和1983年在伦敦帝国理工学院(Imperial College of Science, Technology and Medicine, University of London)分别获得学士、硕士和博士学位。1996年,他因对电气工程中的材料科学的研究所做出的贡献获得伦敦大学理工(工学)博士学位。他是英国电气工程师学会(IEE)、英国物理学会和英国材料学会的会士。

目录信息

读后感

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用户评价

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作者在阐述一些关键概念时,所使用的语言风格显得过于晦涩和学术化,对于自学者而言,构成了一道不小的理解门槛。很多描述使用了大量拗口的专业术语堆砌,却未能辅以足够直观的类比或图示来帮助理解其物理意义。比如,在讲解某些载流子输运机制时,文字描述冗长复杂,即便反复阅读几遍,也难以在脑海中构建出一个清晰的动态画面。我更欣赏那些能够用简洁、精准的语言,配合清晰的流程图或示意图来描绘复杂物理过程的作者。这本书的图表质量也参差不齐,有些示意图过于简单,无法体现出其所描述现象的复杂性;而另一些则过于拥挤,信息量过大,反而成了理解的障碍。阅读体验上,它更像是一份需要不断查阅其他参考资料才能勉强啃下来的研究报告集,而非一本易于亲近的学习伙伴。

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本书在跟踪前沿技术动态方面显得有些滞后,这对于一本冠以“原理”之名的现代电子材料与器件教材来说,是一个不容忽视的问题。市场上的新材料和新器件概念层出不穷,比如自旋电子学、二维材料异质结、新型存储器(MRAM, RRAM)等,它们在近年来已经占据了重要的研究和应用地位。然而,在这本书中,关于这些新兴领域的讨论浅尝辄止,甚至有些章节的内容还停留在十多年前的主流技术框架内。读者很容易产生一种“学到的知识很快就要过时”的焦虑感。教材的价值不仅在于传授经典知识,更在于提供一个理解未来发展方向的分析框架。期望这本书能更积极地吸纳近五到七年内突破性的研究成果,并将其融入到现有的原理体系中,从而真正体现其作为一本“当代”教材的价值和前瞻性。

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这本书的装帧设计倒是挺考究的,封面采用了哑光纸,手感温润,字体排版也显得大气沉稳,让人一看就知道是本正经的学术著作。然而,当我翻开内页,开始浏览目录时,我的期望值就开始有些动摇了。书里似乎花了大篇幅去探讨一些非常基础的电磁场理论和半导体物理的背景知识,这些内容在许多其他的基础教材中都能找到更系统、更深入的论述。比如,关于晶体结构和能带理论的介绍,感觉像是把大部头的《固体物理》浓缩得有些生硬,缺乏对物理图像的细致勾勒和深入的直观解释。读者如果不是从零开始接触这些概念,可能会觉得有些啰嗦和低效;而对于初学者来说,又可能因为跳跃性太大而难以真正理解其精髓。我原本期待看到的是针对特定“电子材料与器件”应用场景的、更具针对性和创新性的内容组织,而不是这种面面俱到的基础知识回顾。整体来看,内容似乎更侧重于“广”而非“深”,希望后续章节能有所侧重和突破。

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如果从一个更注重实践操作和工程应用的角度来审视,这本书的局限性便更加明显了。书中的例题和习题部分显得非常单薄,而且所给出的计算题大多集中在理论公式的代入和代数运算上,很少涉及对真实世界中器件性能限制因素(如缺陷工程、界面效应、热管理等)的考量。例如,当我们讨论MOSFET的亚阈值摆幅时,期望能看到一些关于工艺窗口、掺杂浓度梯度对实际阈值电压分布影响的讨论,或者是一些基于TCAD(器件设计自动化)软件的仿真概念的引入。然而,书中似乎停留在理想化的二维模型阶段,对复杂的三维效应和工艺偏差的讨论几乎是空白的。这使得这本书对于正准备进入实验室或产业界进行实际器件设计与优化的读者来说,提供的工具箱显得过于精简和“教科书化”,缺乏对现实挑战的预警和应对策略的指导。

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这本书的叙事逻辑和章节衔接上存在一些令人困惑的地方,读起来总感觉像是几篇独立的讲义被强行拼凑在了一起,缺乏一个贯穿始终的主线索来串联起“材料”到“器件”的整个设计与实现过程。例如,前半部分对于某些新型功能材料(比如石墨烯或钙钛矿)的介绍,虽然罗列了许多材料参数和制备方法,但它们与后续讨论的特定器件结构之间的内在联系却阐述得不够清晰。读者很难理解为什么选用A材料而非B材料能更好地服务于C型器件的特定功能需求。这种脱节使得理论学习和工程实践之间产生了一道鸿沟。一个好的教材应该能引导读者从微观的材料特性推导出宏观的器件性能,并通过实例展示这种推导过程的严谨性与实用性。这本书在这方面略显不足,更像是一本材料性质的“百科全书”加上一些孤立的器件工作原理描述,缺乏那种流畅的“从无到有,从理到器”的引导感。

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