Ferroelectrics in Microwave Devices, Circuits and Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Gevorgian, Spartak

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页数:394

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价格:1305.00

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isbn号码:9781848825062

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• Ferroelectrics
• Microwave Devices
• Microwave Circuits
• Microwave Systems
• Materials Science
• Electrical Engineering
• Electronics
• RF Engineering
• Wireless Communication
• Dielectric Materials

凝聚态材料在微波工程中的应用：基础、器件与系统 本书旨在深入探讨一系列具有特殊电学性质的凝聚态材料，及其在现代微波器件、电路和系统设计中的前沿应用。我们将聚焦于这些材料所展现出的独特性质，如何被巧妙地利用以实现传统材料难以达到的性能提升和功能集成。 第一部分：材料基础与物理机制 本部分将系统介绍几类关键的凝聚态材料，重点阐述其宏观电学行为背后的微观物理机制。 压电材料： 深入解析压电效应的本质，即机械应力与电极化之间的耦合。我们将讨论正压电效应（机械变形产生电压）和逆压电效应（施加电压导致机械变形）的物理基础，以及不同压电材料（如石英、锆钛酸铅 - PZT）的晶体结构、介电常数、压电系数等关键参数。同时，会详细分析温度、应力等外部因素对压电性能的影响，以及材料的损耗特性和居里温度等重要概念。 铁电材料： 详细讲解铁电性，即材料在一定温度范围内具有自发极化，并且可以通过外加电场进行极化翻转的现象。我们将深入探讨铁电体的畴结构、畴壁动力学、以及铁电相变过程。重点介绍不同类型的铁电材料（如钛酸钡 - BaTiO3，锆钛酸铅 - PZT）的特性，包括其高介电常数、非线性响应、以及随电场变化的介电常数（电容调谐能力）。还将探讨铁电材料在存储、传感器等领域的应用基础。 介质材料： 介绍具有高介电常数、低损耗的无机介质材料，如陶瓷（氧化铝、氧化镁、钛酸盐等）和特定复合材料。我们将分析其介电常数、损耗角正切（tanδ）、热导率等参数，以及这些参数如何影响其在微波频率下的性能。重点关注材料在高温、高功率等苛刻环境下的稳定性。 半导体材料： 概述用于微波应用的半导体材料，如砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、磷化铟（InP）等。介绍其能带结构、载流子迁移率、击穿电压等特性，以及这些特性如何决定其在高频下的开关速度、功率处理能力和噪声性能。 第二部分：微波器件设计与应用 本部分将聚焦于如何将上述材料的特性转化为具体的微波器件，并探讨这些器件在不同应用中的作用。 谐振器与滤波器： 压电谐振器： 讲解利用压电材料的逆压电效应制造的谐振器，如石英晶体谐振器。分析其高Q值、频率稳定度等特性，以及在频率选择电路中的关键作用，如用于振荡器和滤波器。 铁电谐振器： 探讨利用铁电材料的可调介电常数来设计频率可调谐的谐振器。介绍铁电调谐谐振器的结构（如微带谐振器、同轴谐振器），以及通过施加直流电压改变铁电材料的介电常数，从而实现谐振频率的改变。 陶瓷谐振器： 介绍采用高Q值陶瓷材料制造的微波谐振器，其结构简单、体积小、易于集成。 介质滤波器： 讲解利用高介电常数、低损耗介质材料制成的微波滤波器，其优点在于低插入损耗、紧凑的尺寸以及较好的功率容量。 调谐器与移相器： 铁电调谐器： 深入阐述铁电材料在宽带调谐器中的应用。介绍铁电移相器的基本原理，即利用施加电场改变铁电材料的介电常数，进而改变微波信号的传播速度和相位。我们将分析不同结构的铁电移相器，如微带线型、耦合线型等，以及其调谐范围、插入损耗和线性度。 压电调谐器： 探讨利用压电材料的机械形变来改变传输线长度或耦合系数，从而实现微波信号的调谐。 开关与调制器： 铁电开关： 介绍利用铁电材料的非线性特性和极化翻转来实现的微波开关。分析其隔离度、插入损耗以及响应速度。 压电开关： 讲解利用压电材料的机械运动驱动触点实现微波开关的原理。 功率器件： GaN基功率器件： 详细介绍氮化镓（GaN）在高功率微波器件领域的关键作用，包括高电子迁移率晶体管（HEMT）。分析其高击穿电压、高工作温度和高功率密度等优势，以及在雷达、通信基站等领域的应用。 高介电常数材料在功率放大器中的应用： 探讨高介电常数材料如何用于改善功率放大器的匹配和能量传输效率。 传感器与探测器： 压电传感器： 介绍利用压电效应将机械量（如压力、加速度、振动）转换为电信号的传感器。 铁电红外探测器： 讲解利用铁电材料在红外辐射下的热电效应或其自身铁电性能随温度的变化来制备红外探测器。 第三部分：微波电路与系统集成 本部分将进一步探讨如何将这些微波器件集成到复杂的微波电路和系统中，以实现特定的功能。 微波振荡器： 介绍基于压电或铁电谐振器的低噪声、高稳定度微波振荡器的设计原理和实现方法。 微波放大器： 探讨不同材料（如GaAs, GaN）在低噪声放大器（LNA）和功率放大器（PA）中的应用，以及如何利用高介电常数材料改善匹配和效率。 射频前端模块（RF Front-end Modules - FEMs）： 介绍如何将滤波器、开关、调谐器等组件集成到紧凑的FEM中，以支持手机、无线通信等应用。 相控阵天线系统： 探讨铁电调谐器和移相器在电子扫描相控阵天线中的作用，如何实现快速、灵活的波束控制。 无线通信系统： 讨论上述材料和器件在5G/6G通信、雷达系统、卫星通信等现代无线通信系统中的关键作用，包括频率选择、信号传输、功率管理等。 系统集成挑战与未来展望： 分析在将这些材料和器件集成到复杂系统中时面临的挑战，例如材料间的兼容性、封装技术、性能优化等。展望未来，我们将探讨新材料的开发、器件小型化、多功能集成以及智能微波系统的发展趋势。 本书适合于电子工程、通信工程、材料科学等相关专业的学生、研究人员以及从事微波器件、电路和系统设计的工程师阅读。通过对材料基础和器件原理的深入剖析，以及对实际应用的广泛探讨，本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，以理解和利用凝聚态材料的独特潜力，推动微波工程领域的创新发展。

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坦白说，市面上关于铁电材料的书籍不少，但大多侧重于基础晶体结构或低频应用。然而，这本《Ferroelectrics in Microwave Devices, Circuits and Systems》则完全聚焦于微波和射频领域，这一点非常对我的胃口。它不像某些技术书籍那样晦涩难懂，而是采用了一种渐进式的叙述方式，首先回顾了铁电体的基本电磁特性，随后迅速转入到对实际器件的剖析。我印象最深的是关于相控阵雷达系统中铁电移相器的设计部分。作者不仅讨论了传统的BST技术，还引入了新型的半导体铁电体以及它们在实现超宽带、低插损方面的潜力。书中详细分析了插入损耗和相移速度之间的权衡关系，并用大量的实验数据和仿真图表来支持其论点，这使得结论的说服力大大增强。对于我们这种需要快速评估新技术可行性的项目经理来说，这种直接指向性能指标的分析至关重要。这本书的实用性和前沿性，完美地结合在了一起，绝对是近期我阅读过的最有价值的专业书籍之一。

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这本《Ferroelectrics in Microwave Devices, Circuits and Systems》的横空出世，无疑为射频与微波工程领域注入了一剂强心针。我最近一直在探寻如何将铁电材料的独特性能更有效地集成到高频电路设计中，尤其是针对5G乃至未来6G通信系统的需求。这本书的叙述风格非常扎实且具有前瞻性，它没有停留在教科书式的基础理论层面，而是直接深入到实际的应用场景中，比如如何利用铁电薄膜的可调谐电介质特性来设计超紧凑、高性能的压控振荡器（VCO）和移相器。作者对于材料科学与器件物理的深刻理解，使得他对如何克服铁电材料在微波频段的损耗和温度稳定性问题给出了极具洞察力的见解。特别是关于基于钡锶钛酸盐（BST）和铌酸锂（LN）的集成化滤波器阵列的章节，其对非线性效应的建模和优化方法，对于我们进行实际的射频前端模块开发至关重要。这本书的价值在于，它成功地架起了理论研究与工程实现之间的桥梁，为那些渴望突破传统无源器件性能瓶颈的工程师提供了宝贵的路线图。我个人认为，任何从事毫米波/亚毫米波通信、雷达系统或者先进传感器集成的研发人员，都应该将此书作为案头必备参考。它不仅仅是一本技术手册，更像是一份前沿技术的“操作指南”。

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初次翻阅《Ferroelectrics in Microwave Devices, Circuits and Systems》，我的第一印象是其极其严谨的学术态度和极具条理的逻辑结构。作为一名侧重于电磁场仿真和系统级建模的研究人员，我最为欣赏的是作者在处理复杂多物理场耦合问题时所展现出的高超技巧。书中对于铁电体在强电场作用下的介电常数、电导率随频率和温度变化的非线性行为进行了详尽的数学描述和仿真验证。我特别关注了关于铁电材料在微波集成电路（MIC）和射频集成电路（RFIC）中的工艺兼容性探讨。作者没有回避实际制造中遇到的关键挑战，例如薄膜的均匀性、界面态的控制以及与半导体衬底的热膨胀失配等问题，并提出了几套颇具创意的解决方案。读完这部分内容，我对如何通过先进的沉积技术和后处理工艺来精确控制铁电层的电学参数有了更清晰的认识。这本书的深度足以让资深的材料科学家感到满意，同时，其对等效电路模型的细致推导，也使得初入此领域的硕士生能够快速掌握核心概念。整体来看，它是一部集大成之作，为该交叉学科的未来发展指明了方向。

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我花费了数周时间仔细研读了《Ferroelectrics in Microwave Devices, Circuits and Systems》中关于铁电体非线性特性的章节，收获颇丰。在设计高功率射频放大器（PA）的旁路网络时，对铁电材料在过驱动状态下的性能变化至关重要。这本书详细阐述了如何利用铁电介质的平方律或立方律响应来设计一些特殊的压控滤波器，用以实现动态的功率控制或杂散抑制。作者使用的数学工具非常精妙，能够将复杂的物理现象转化为可直接用于电路仿真软件（如ADS或HFSS）的参数模型。特别是书中对温度梯度引起的材料性能漂移的敏感性分析，为我优化车载雷达模块的热设计提供了关键输入参数。这本书的语言风格非常专业，节奏紧凑，几乎没有冗余的描述，每一句话都似乎蕴含着深厚的工程经验。对于任何希望在铁电射频技术领域深耕细作，并追求极致性能指标的工程师或研究人员来说，这本书都是一本不可多得的深度参考资料，它提供的知识深度和广度，远超出了我最初的预期。

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这本书给我的感觉，与其说是一本教材，不如说是一本由行业顶尖专家撰写的“知识汇编”和“实践指南”。它的覆盖面非常广，从基础的斯通尼斯公式在铁电波导中的修正应用，到复杂的非线性电磁仿真流程，都有所涉猎。我特别欣赏其中关于铁电体在宽带匹配网络和多功能集成模块中的应用案例。例如，书中对高Q值铁电谐振腔滤波器的设计方法进行了深入探讨，强调了如何在有限的芯片面积内实现高选择性和低通带波动。此外，作者在讨论器件的可靠性与长期工作稳定性时也毫不避讳地指出了当前技术面临的瓶颈，例如电荷迁移效应和疲劳问题对微波系统寿命的影响，并探讨了针对性的材料工程解决方案。这种敢于直面难题、提供务实解决思路的写作风格，极大地提升了这本书的参考价值。它鼓励读者不仅要“知道”原理，更要“懂得”如何将理论转化为稳定可靠的商业产品。

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