微波电子学：材料电磁参数的表征与微波测量技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[新加坡] L.F.Chen 等 著，徐欣欣，王群 译

图书标签:

• 微波电子学
• 材料电磁参数
• 微波测量
• 电磁兼容性
• 射频电路
• 微波器件
• 材料科学
• 电子工程
• 高频技术
• 电磁场理论

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030497031

版次：1

商品编码：12049678

包装：平装

丛书名： 北京工业大学研究生创新教育系列著作

开本：16开

出版时间：2016-10-01

用纸：胶版纸

页数：560

正文语种：中文

内容简介

　　《微波电子学：材料电磁参数的表征与微波测量技术》是微波电子测量领域中有关材料电磁参数测量方法的一部很有参考价值的专著。全书设置12章内容，其中，第1章材料的电磁特性、第2章材料表征的微波理论与技术是全书的基础篇章；第3章至第7章为全书的核心篇章，分别介绍了反射法、传输／反射法、谐振器法、谐振微扰法和平面电路法微波电子测量技术；第8章至第12章属于全书的提高篇章，分别对介电常数和磁导率张量、铁电材料、手性材料、微波电输运特性及材料高温介电特性的测量进行了专题介绍。

目录

译者序原书前言第1章材料的电磁特性1.1微波频率下的材料研究和工程应用1.2电磁材料的物理学基础1.2.1微观尺度1.2.2宏观尺度1.3电磁材料的一般性能1.3.1介电材料1.3.2半导体1.3.3导体1.3.4磁性材料1.3.5超材料1.3.6其他类型的电磁材料1.4材料的内禀特性和外禀特性1.4.1内禀特性1.4.2外禀特性参考文献第2章微波理论和材料表征技术2.1电磁材料微波表征方法概述2.1.1非谐振法2.1.2谐振法2.2微波传播2.2.1传输线理论2.2.2传输线史密斯圆图2.2.3导向传输线2.2.4表面波传输线2.2.5自由空间2.3微波谐振2.3.1引言2.3.2同轴谐振器2.3.3平面电路谐振器2.3.4波导谐振器2.3.5介质谐振器2.3.6开放式谐振器2.4微波网络2.4.1微波网络的概念2.4.2阻抗矩阵和导纳矩阵2.4.3散射参数2.4.4不同网络参数之间的转换2.4.5网络分析仪的基础知识2.4.6传输和反射特性测量2.4.7谐振特性测量参考文献第3章反射法3.1引言3.1.1开路反射3.1.2短路反射3.2同轴线反射法3.2.1终端开路孔隙3.2.2端接到层状材料的同轴探针3.2.3同轴线的单极探针3.2.4与圆波导相连的同轴线3.2.5屏蔽同轴线3.2.6端接同轴线的电介质谐振腔3.3自由空间反射法3.3.1自由空间测量的要求3.3.2短路反射法3.3.3可移动的金属垫板法3.3.4双站反射法3.4同时测量介电常数和磁导率的反射法3.4.1两种厚度法3.4.2不同位置法3.4.3组合法3.4.4不同背板法3.4.5频率变化法3.4.6时域法3.5表面阻抗测量3.6近场扫描探针参考文献第4章传输／反射法4.1传输／反射法理论4.1.1传输／反射法工作原理4.1.2Nicolson—Ross—Weir算法4.1.3确定介电常数的精确模型4.1.4有效参数法4.1.5非线性最小二乘法4.2同轴空气线法4.2.1不同直径的同轴空气线4.2.2测量不确定度4.2.3扩大同轴线4.3空心金属波导法4.3.1不同工作频段的波导4.3.2不确定度分析4.3.3矩形波导中的圆柱杆4.4表面波导法4.4.1圆形介质波导4.4.2矩形介质波导4.5自由空间法4.5.1计算算法4.5.2自由空间TRL校准4.5.3不确定度分析4.5.4高温测量法4.6对传输／反射法的修改4.6.1不连续同轴线4.6.2传输线间的圆柱形谐振腔4.6.3双探针法4.6.4双线探针法4.6.5天线探针法4.7复电导率的传输／反射测量法参考文献第5章谐振器法5.1引言5.2介质谐振器法5.2.1Courtney谐振器5.2.2Cohn谐振器5.2.3圆径向谐振器5.2.4片谐振器5.2.5封闭金属屏蔽体中的介质谐振器5.3同轴表面波谐振器法5.3.1同轴表面波谐振器5.3.2开放同轴表面波谐振器5.3.3封闭同轴表面波谐振器5.4分离谐振器法5.4.1分离圆柱形谐振器法5.4.2分离同轴谐振器法5.4.3分离介质谐振器法5.4.4开放谐振器法5.5测量表面阻抗的介质谐振器法5.5.1表面电阻的测量5.5.2表面阻抗的测量参考文献第6章谐振微扰法6.1谐振微扰6.1.1基本理论6.1.2谐振腔形微扰6.1.3材料微扰6.1.4壁阻抗微扰6.2腔微扰法6.2.1介电常数和磁导率的测量6.2.2样品承载腔的谐振特性6.2.3腔微扰法的修正6.2.4腔外微扰法6.3介质谐振器微扰法6.4表面阻抗测量6.4.1表面电阻和表面电抗6.4.2表面电阻的测量6.4.3表面电抗的测量6.5近场微波显微镜6.5.1工作原理6.5.2尖端同轴谐振器6.5.3终端开路同轴谐振器6.5.4金属波导谐振腔6.5.5介质谐振器参考文献……第7章平面电路法第8章介电常数和磁导率张量的测量第9章铁电材料的测量第10章手性材料的微波测量第11章微波电输运特性测量第12章材料高温介电特性测量索引

材料的微波世界：电磁参数的奥秘与精准测量的艺术 在当今高度互联的科技时代，无论是通讯、雷达、医疗成像，还是新能源、航空航天等前沿领域，都离不开对材料微波电磁特性的深入理解与精准测量。材料的微波电磁参数，如介电常数（$epsilon_r$）、磁导率（$mu_r$）、损耗因子（$ andelta$）等，直接决定了材料在微波频段下的能量传输、吸收、反射以及其他复杂电磁行为。这些参数如同材料在微波频率下的“身份证”，掌握了它们，就如同打开了理解和驾驭材料微波特性的金钥匙。 本书并非简单罗列理论公式，而是旨在为读者构建一个清晰、系统且实用的学习框架，深入探索材料电磁参数的表征原理，并聚焦于行之有效的微波测量技术。我们相信，真正的理解源于对基本物理原理的透彻把握，以及对实际测量方法的灵活运用。因此，本书将从微波电磁场的基础概念出发，逐步引申到材料微波电磁参数的物理本质，再详细阐述各种表征方法背后的科学依据。 一、微波世界的基础：电磁波与物质的互动 要理解材料的微波电磁参数，首先必须建立起对微波电磁波及其在物质中传播行为的基本认知。本书将首先回顾电磁波的产生、传播和损耗机制，重点阐述微波频段的独特性质。我们将探讨电磁波与不同类型材料（导体、绝缘体、半导体、磁性材料等）的相互作用，例如反射、透射、吸收、散射等现象，并揭示这些现象背后与材料微观结构、宏观电磁参数之间的深刻联系。 电磁波的基本性质： 从麦克斯韦方程组出发，推导出平面电磁波在真空和介质中的传播方程，理解波长、频率、波速、阻抗等核心概念。 材料的电响应： 详细讲解电荷在电场作用下的响应，包括自由电子的运动（导电性）和束缚电荷的极化（介电性）。深入分析不同极化机制（电子极化、原子极化、偶极极化、界面极化）在微波频率下的响应特点及其对介电常数的影响。 材料的磁响应： 阐述磁畴、磁矩、磁畴壁运动等微观磁现象，以及这些现象在宏观上如何体现在材料的磁导率上。重点关注微波频率下磁性材料的磁损耗机制，如磁滞损耗、畴壁共振、自然磁化共振等。 能量损耗的根源： 深入分析材料在微波场作用下能量损耗的两种主要形式：电损耗（由电导和介电损耗引起）和磁损耗（由磁性损耗引起）。这些损耗直接体现为材料的损耗因子，对于设计高频器件的性能至关重要。 二、材料电磁参数的深度剖析：介电常数与磁导率的物理意义 介电常数和磁导率是描述材料在电磁场中行为的两个最基本且最重要的参数。本书将对这两个参数进行深入的物理层面的解析，揭示其背后的微观机理，并阐述它们如何影响材料的宏观电磁特性。 复介电常数 ($epsilon_r = epsilon_r' - jepsilon_r''$)： $epsilon_r'$ (实部)：表征材料储存电场能量的能力，与材料的极化强度和频率有关。我们将详细分析不同极化机制对$epsilon_r'$的贡献，以及频率变化对其的影响。 $epsilon_r''$ (虚部)：表征材料在电场作用下损耗的能量，即介电损耗。我们将深入探讨介电损耗的微观机制，如弛豫损耗、共振损耗等，并分析其与材料结构、温度、频率等因素的关系。 复磁导率 ($mu_r = mu_r' - jmu_r''$)： $mu_r'$ (实部)：表征材料对外加磁场响应的磁化强度，决定了材料对磁场能量的储存能力。 $mu_r''$ (虚部)：表征材料在磁场作用下损耗的能量，即磁损耗。我们将详细解析磁损耗的各种来源，包括磁滞损耗、涡流损耗、共振损耗等，并分析其与材料的微观磁结构、微波频率、温度等参数的关系。 其他重要参数： 除介电常数和磁导率外，本书还将探讨如导电率（$sigma$）、损耗角正切（$ andelta = epsilon_r'' / epsilon_r' = mu_r'' / mu_r'$）等参数的物理意义及其在实际应用中的重要性。 三、微波测量技术的艺术：从原理到实践 精确可靠的微波电磁参数测量是材料研究、器件设计和性能评估的关键环节。本书将系统介绍多种主流的微波测量技术，并深入剖析其基本原理、仪器配置、测量流程、数据处理以及优缺点。我们将力求在理论深度和实践指导之间取得平衡，使读者能够理解“为什么”以及“如何”进行测量。 谐振腔法 (Resonant Cavity Method)： 原理： 利用材料样品对微波谐振腔的品质因数（Q值）和谐振频率的影响来测量其电磁参数。 方法： 介绍不同样品形状（圆柱形、长条形等）在腔内的放置方式，以及如何通过测量谐振频率的偏移和Q值的降低来计算材料的$epsilon_r$和$mu_r$。 适用范围： 适用于测量介电常数和磁导率都较低的材料，尤其适合测量薄膜材料和微小样品。 实践要点： 详细讲解腔体的选择、样品的制备、激励方式、数据采集与处理的注意事项。 传输线法 (Transmission Line Method)： 原理： 将待测材料样品置于微波传输线（同轴线、微带线、波导等）中，通过测量传输线上信号的反射和透射系数来确定材料的电磁参数。 方法： 重点介绍基于矢量网络分析仪（VNA）的多种传输线测量技术，如短路、开路、匹配（SOL/OSM）校准，以及基于全端口（Full-port）测量的一端口和二端口测量方法。 适用范围： 适用于测量范围较广的材料，尤其适合测量介电常数和损耗较高的材料。 实践要点： 深入探讨传输线类型（同轴线、微带线、波导）的选择，样品与传输线的接口处理，VNA的设置与校准，以及基于S参数进行电磁参数反演的算法（如Nicholson-Ross-Weir算法）。 自由空间法 (Free Space Method)： 原理： 将待测材料样品置于自由空间的微波传播路径中，通过测量其对平面波的反射和透射特性来确定电磁参数。 方法： 介绍单次扫描和二次扫描的自由空间测量系统，以及如何利用反射和透射系数与材料电磁参数之间的关系进行计算。 适用范围： 适用于测量非接触式的、大尺寸的或易损的材料，尤其适合在较高温度或恶劣环境下进行测量。 实践要点： 详细讲解天线类型、样品支架、频率范围、准直性和背景抑制等关键因素。 微波显微镜与成像技术 (Microwave Microscopy and Imaging)： 原理： 利用高分辨率的微波探针或扫描技术，对材料表面或内部的电磁参数进行空间分辨测量。 方法： 介绍基于扫描探针显微镜（SPM）的微波探针技术，以及微波层析成像等技术。 适用范围： 适用于材料表面形貌与电磁特性关联研究，异质材料的微观电磁参数分布分析。 实践要点： 关注探针的尖端设计、扫描精度、信号采集与图像重建算法。 四、测量中的关键考量与数据处理 掌握了各种测量技术之后，还需要关注在实际测量过程中可能遇到的挑战以及如何处理和分析测量数据。 样品制备的影响： 详细讨论样品尺寸、形状、均匀性、表面粗糙度以及与测量装置的接触方式等因素对测量结果的准确性产生的关键影响。 仪器校准与误差分析： 强调准确的仪器校准（如VNA的S参数校准）是获得可靠测量结果的基础，并指导读者如何进行系统误差和随机误差的分析。 数据反演算法： 介绍用于从测量得到的S参数或其他响应参数反演材料电磁参数的常用算法，并讨论算法的适用性和局限性。 多物理场耦合效应： 探讨温度、应力、湿度等外部环境因素对材料电磁参数的影响，以及如何进行耦合测量。 不确定度评估： 指导读者如何根据测量过程中的各种不确定性因素，对最终的测量结果进行科学的不确定度评估。 五、面向未来的应用展望 最后，本书将展望材料微波电磁参数表征与测量技术在各个新兴领域的应用前景，例如： 新型功能材料的设计与开发： 如吸波材料、屏蔽材料、介质滤波器、高频电路基板材料等。 生物医学应用： 如生物组织电磁参数测量在疾病诊断、微波消融治疗中的应用。 食品安全与质量检测： 利用微波技术对食品的含水量、成分进行快速无损检测。 新能源技术： 如太赫兹波在太阳能电池、储能材料研究中的应用。 先进传感器与通信系统： 为下一代移动通信（5G/6G）、雷达系统提供关键材料支持。 本书旨在成为一本实用且富有洞察力的参考指南，不仅为从事材料科学、电子工程、物理学等领域的研究人员和工程师提供坚实的理论基础和实用的技术指导，也为有志于探索微波世界奥秘的学生提供一条清晰的学习路径。通过深入理解材料的微波电磁参数，并熟练掌握相应的测量技术，我们能够更好地认识材料、设计更优异的微波器件，并推动科技创新在更广阔的领域取得突破。

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这本书的最后几章，着重介绍了微波测量技术在实际工程中的应用，这让我对微波电子学的价值有了更直观的认识。书中列举了许多实际案例，比如如何利用微波测量技术来检测材料的质量、如何优化天线的性能、以及如何在通信系统中进行信号的精确测量等等。这些案例都非常贴近实际工程的需求，让我看到了书本知识如何转化为解决实际问题的能力。我特别对书中关于“新型吸波材料的表征”那一章节很感兴趣，因为我所在的行业正面临着电磁兼容（EMC）方面的挑战，需要开发更高效的吸波材料。书中对吸波材料的介电和磁损耗参数的测量方法进行了详细的阐述，并分析了这些参数与吸波性能之间的关系，这为我指明了新的研究方向。总的来说，这本书不仅传授了微波电子学的理论知识，更重要的是教会了如何将这些知识有效地应用于工程实践，是一本非常有价值的工具书。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我对微波测量技术都有一种模糊的认知，只知道它能测量一些物理量，但具体是如何实现的，却知之甚少。这本《微波电子学：材料电磁参数的表征与微波测量技术》正好填补了我的这块空白。书中对各种微波测量仪器，如矢量网络分析仪（VNA）、微波功率计、频谱分析仪等，都有详细的介绍。作者不仅说明了它们的基本原理和操作方法，还深入分析了它们在实际测量过程中可能出现的系统误差和随机误差，以及如何进行校准和误差补偿。我尤其欣赏书中关于“高频损耗的测量”那部分，详细讲解了插入损耗、回波损耗等关键参数的测量原理和技巧，并给出了实际应用案例。这让我明白，测量并不仅仅是按下按钮那么简单，背后蕴含着大量的理论知识和工程实践。这本书就像一位循循善诱的老师，耐心地引导我一步步走近微波测量技术的“内心世界”。

评分☆☆☆☆☆

这本《微波电子学：材料电磁参数的表征与微波测量技术》的封面设计，我第一眼看到的时候就被吸引了。它不是那种花哨的、充满图表的封面，而是那种沉稳、专业的风格，深邃的蓝色背景，配上烫金的标题，仿佛在诉说着这本书蕴含的知识深度。我之前对微波领域接触不多，只是隐约知道它在通信、雷达等领域有着举足轻重的地位。拿到这本书，我并没有急着打开阅读，而是仔细地研究了一下目录。从“介质材料的微波特性”到“高频损耗的测量”，再到“射频连接器和电缆的特性分析”，每一章的标题都像是一个待解的谜团，充满了探索的诱惑。我尤其对“微波腔体的谐振特性与应用”这一章感到好奇，脑海中立刻浮现出一些科幻电影中那些精密的微波设备，想象着这本书或许能为我揭开它们运作的奥秘。这本书的排版也很舒服，字体大小适中，行距恰到好处，读起来不会感到压抑。我甚至能想象到，在灯光柔和的书房里，手捧着这本书，沉浸在电磁波的世界里，那将是一种多么美妙的体验。

评分☆☆☆☆☆

最近在进行一个关于新型传感器件的研发项目，急需了解不同材料在微波频段下的电磁响应特性，特别是那些非常规材料的参数提取方法。我的同事推荐了这本《微波电子学：材料电磁参数的表征与微波测量技术》。拿到书后，我第一时间翻阅了关于“介电常数和磁导率测量技术”的部分。书中详细介绍了多种测量方法，比如自由空间法、同轴线法、微波腔法等，并对比了它们各自的优缺点和适用范围。让我印象深刻的是，它不仅仅是简单地罗列公式和方法，而是深入剖析了每种方法背后的物理原理，以及在实际操作中可能遇到的问题和解决方案。例如，在介绍同轴线法时，书中详细阐述了阻抗匹配、端口效应以及试样的制备对测量结果的影响，这对我来说非常实用，可以帮助我规避很多潜在的误差。而且，书中还提供了一些具体的实验案例和数据处理的建议，这对于我这样需要快速将理论应用于实践的研发人员来说，简直是如获至宝。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常严谨，字里行间都透露出作者深厚的学术功底。虽然主题是微波电子学，但它并没有使用过于晦涩难懂的术语，而是力求清晰地阐述每一个概念。我特别喜欢其中关于“电磁波在不同介质中的传播”的章节，作者用非常形象的比喻，将抽象的电磁场变化过程描述得生动有趣。比如，他将介质的损耗比作“能量的消耗”，将电磁波的反射比作“能量的‘回声’”，这些都极大地降低了理解门槛。读这本书，我仿佛置身于一个微波实验室，跟着作者一起探索着电磁波的奥秘。书中还穿插了一些历史故事和科学家的趣闻，这让原本严肃的科学知识变得更加鲜活。我尤其对书中提及的一位早期微波理论奠基人的研究历程感到钦佩，他的坚持和智慧，让他在那个时代就预见了微波技术的广阔前景，这种超越时代的洞察力，着实令人赞叹。