微波技术与实验PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1 引言 1

1.2 微波及其特点 1

1.3 微波通信系统 4

1.4 微波传输 11

1.5 微波在生活与生产中的应用 14

1.6 微波的功率传送、生物效应与安全性 17

1.7 微波的研究方法 19

习题 19

第2章 电磁场与电磁波的基本理论 20

2.1 麦克斯韦方程 21

2.1.1 麦克斯韦方程的定义 21

2.1.2 结构方程 22

2.2 时变电磁场的边界条件 22

2.3 坡印廷定理 24

2.4 动态矢量位和标量位 25

2.5 波动方程 27

2.6 介质中的平面波 28

2.7 自由空间中的平面波 32

2.8 导电媒质中的平面波 33

2.9 波的极化 35

2.9.1 线极化波 36

2.9.2 椭圆极化波 37

2.9.3 圆极化波 37

2.10 媒质边界上的垂直入射均匀平面波 38

2.10.1 导体与导体分界面 38

2.10.2 介质与介质分界面 39

2.10.3 介质与完全导体分界面 40

2.11 媒质边界上的斜入射 42

习题 45

第3章 传输线理论 47

3.1 传输线简介 47

3.2 传输线方程及其解 48

3.2.1 传输线方程 48

3.2.2 传输线方程的解 49

3.2.3 相速和群速 50

3.3 无耗传输线 50

3.3.1 无耗传输线 50

3.3.2 端接负载的无耗传输线 51

3.4 无耗传输线的状态分析 56

3.4.1 终端短路的情形 56

3.4.2 终端开路的情形 56

3.4.3 终端接任意复数阻抗的情形 57

3.4.4 具有不同特征阻抗的两段传输线连接 59

3.5 有耗传输线 60

3.5.1 低损耗传输线 60

3.5.2 终端接负载的有耗传输线 61

3.5.3 阻抗与传播常数的测量 62

3.6 传输线的阻抗匹配 66

3.6.1 传输线的阻抗匹配状态 67

3.6.2 阻抗匹配的方法 67

3.7 Smith圆图 68

习题 73

第4章 微波波导与微带传输线 77

4.1 引言 77

4.2 导波原理 78

4.3 矩形波导 80

4.3.1 TE波和TM波的电磁场分布 80

4.3.2 矩形波导的传输特性 83

4.3.3 传输功率 87

4.3.4 波导的损耗与衰减 88

4.3.5 矩形波导尺寸的选择 90

4.3.6 波导法兰盘 90

4.4 平行平板波导 91

4.5 圆形波导 94

4.5.1 场方程 94

4.5.2 圆形波导的传输特性 97

4.5.3 圆形波导的三个主要模式 98

4.6 同轴线 99

4.6.1 同轴线上电压、电流和传输功率 99

4.6.2 耐压最高时的特性阻抗 100

4.6.3 传输功率最大时的特性阻抗 100

4.6.4 衰减最小时的特性阻抗 101

4.7 介质波导 101

4.7.1 常用介质波导 101

4.7.2 介质板上的表面波 102

4.8 带状线 103

4.9 微带线 105

4.9.1 微带线的基本原理 105

4.9.2 有效介电常数、特征阻抗和衰减的计算公式 106

4.10 光纤波导 107

4.10.1 单模光纤和多模光纤 108

4.10.2 光纤的基本参量 108

4.10.3 光纤的传输特性 109

4.10.4 光纤通信 111

习题 112

第5章 微波谐振电路 114

5.1 谐振回路的基本特性 114

5.1.1 谐振回路中的储能 114

5.1.2 品质因数与谐振频率 115

5.1.3 有载品质因数QL 116

5.1.4 输入阻抗 116

5.2 传输线谐振电路 117

5.2.1 短路传输线 117

5.2.2 开路传输线 120

5.3 矩形谐振腔 121

5.3.1 矩形谐振腔中的振荡模 121

5.3.2 矩形谐振腔的谐振波长λ0 123

5.3.3 矩形谐振腔的主模TE101 123

5.4 圆柱形谐振腔 125

5.5 介质谐振腔 127

5.6 谐振腔与外电路的耦合 128

5.6.1 临界耦合 129

5.6.2 缝隙耦合带谐振器 130

习题 131

第6章 微波网络分析 133

6.1 端口网络及模式等效传输线 133

6.1.1 端口网络 133

6.1.2 模式等效传输线 134

6.1.3 单口网络的传输线 135

6.2 阻抗参量Z与阻抗矩阵 136

6.3 导纳参量Y与导纳矩阵 138

6.4 混合参量h与混合矩阵 141

6.5 转移参量与转移矩阵 143

6.6 散射参量S与散射矩阵 146

6.6.1 散射参量与散射矩阵 146

6.6.2 双端口网络接外电路分析 147

6.7 传输参量T与传输矩阵 152

6.8 阻抗、导纳、传输和混合参量的相互转换以及散射参量的变换 153

习题 156

第7章 阻抗匹配与阻抗变换 158

7.1 引言 158

7.2 阻抗匹配网络 158

7.2.1 L型匹配网络 158

7.2.2 T型匹配网络 164

7.2.3 II型匹配网络 165

7.2.4 Smith圆图阻抗匹配网络设计 167

7.3 阻抗变换器 170

7.3.1 单节λ/4变换器 170

7.3.2 多节λ/4变换器 172

7.3.3 反射系数的变换器均匀分布 173

7.4 二项式变换器 175

7.5 渐变传输线 177

7.5.1 指数渐变 177

7.5.2 三角形渐变 178

7.5.3 K渐变 179

7.6 无耗匹配网络的约束条件 180

习题 182

第8章 滤波器分析与设计 184

8.1 滤波器的基本概念 184

8.1.1 滤波器的基本形式 184

8.1.2 滤波器的功率 185

8.1.3 插入损耗 185

8.1.4 回波损耗 186

8.1.5 群延时 186

8.2 镜像参量法 187

8.3 插入损耗法 190

8.4 滤波器的设计与转换 191

8.4.1 巴特沃兹滤波器 191

8.4.2 切比雪夫滤波器 193

8.4.3 特殊响应滤波器 196

8.4.4 滤波器转换 196

8.5 滤波器的分析与仿真 201

8.5.1 滤波器分析 201

8.5.2 滤波器的仿真 202

8.6 阻抗和导纳变换器 203

8.7 微波滤波器 205

8.7.1 理查德变换 205

8.7.2 科洛达恒等关系 206

习题 208

第9章 功率衰减器与功率分配器 209

9.1 功率衰减器与功率分配器的技术参数 209

9.2 功率衰减器 210

9.2.1 T型同阻式衰减器（Z1＝Z2＝Z0） 211

9.2.2 II型同阻式衰减器（Z1＝Z2＝Z0） 212

9.2.3 异阻式集总参数衰减器 212

9.2.4 集总参数衰减器的设计 212

9.2.5 应用型衰减器 213

9.3 T型（Y型）功率分配器 216

9.3.1 无耗分配器 217

9.3.2 电阻式功率分配器 218

9.4 威尔金生功率分配器 219

9.5 电感电容式集总参数比例功率分配器 222

9.5.1 电感电容式集总参数功率分配器 222

9.5.2 比例型功率分配器 223

习题 223

第10章 定向耦合器 225

10.1 定向耦合器的基本概念 225

10.1.1 定向耦合器的两种常用表示符号和常规功率流向 225

10.1.2 定向耦合器的表征参量 225

10.1.3 定向耦合器的类型 226

10.1.4 耦合器的应用和耦合器方向性的测量 227

10.2 小孔定向耦合器 229

10.2.1 单孔定向耦合器 229

10.2.2 多孔定向耦合器 231

10.3 耦合线定向耦合器 232

10.3.1 耦合线的等效电容网络与特性阻抗的计算 232

10.3.2 耦合线定向耦合器的原理 234

10.3.3 单节耦合线耦合器 235

10.3.4 多节耦合器 237

10.4 正交混合网络与180°混合网络 238

10.4.1 正交混合网络 238

10.4.2 180°混合网络 240

10.5 多导体耦合器 241

10.6 其他耦合器 242

习题 244

第11章 振荡器、检波器和混频器 247

11.1 RF振荡器 248

11.1.1 反馈及基本概念 248

11.1.2 振荡器电路分析 248

11.2 晶体振荡器 252

11.3 微波振荡器 253

11.4 微波晶体管振荡器 255

11.5 介质谐振器 258

11.6 传输线谐振腔振荡器 259

11.7 锁相环 262

11.8 微波源 276

11.8.1 固态源 276

11.8.2 微波电子管 277

11.9 振荡器特性和测量 279

11.9.1 调制带宽 279

11.9.2 频率和功率牵引 280

11.9.3 相位噪声和抖动 281

11.10 检波器 285

11.10.1 检波器的工作原理 285

11.10.2 小信号检波器 287

11.10.3 大信号检波器 289

11.11 检波器的设计 290

11.12 检波器灵敏度与噪声等效功率 293

11.13 混频器的工作原理 295

11.14 混频器电路 298

11.14.1 单端混频器 298

11.14.2 单平衡混频器 299

11.14.3 双平衡混频器 300

11.14.4 双双平衡混频器 301

11.14.5 单端FET混频器 302

11.15 混频器的特性参量与测量 303

11.15.1 混频器噪声温度比 303

11.15.2 噪声因子和噪声系数 303

11.15.3 转换损耗和转换增益 305

11.15.4 混频器的交调 306

11.15.5 谐波抑制 306

11.15.6 隔离参数 306

11.15.7 RF匹配 307

11.15.8 IF匹配 307

习题 307

第12章 微波放大器 311

12.1 RF和微波晶体管放大器特性 311

12.1.1 场效应晶体管 312

12.1.2 双极结型晶体管 314

12.1.3 微波放大器功率增益 315

12.1.4 放大器的噪声特性 318

12.1.5 稳定性 322

12.1.6 非线性特性 324

12.1.7 动态范围 325

12.2 最大增益放大器设计 325

12.3 低噪声放大器设计 326

12.4 带宽放大器设计 330

12.4.1 带宽放大器设计概述 330

12.4.2 分布放大器 332

12.4.3 平衡放大器 333

12.5 前置放大器设计 334

12.5.1 前置放大器的工作原理 334

12.5.2 前置放大器的结构 336

12.6 功率放大器的设计 337

12.6.1 晶体管（BJT）功率放大器的设计 338

12.6.2 场效应管（FET）功率放大器的设计 342

习题 346

第13章 天线 348

13.1 天线基础知识 348

13.1.1 天线的基本概念 348

13.1.2 天线口径 349

13.1.3 有效高度 349

13.1.4 振荡偶极子产生的场 350

13.1.5 天线的场区 351

13.1.6 天线发射功率与接收功率的关系 352

13.1.7 天线形状及其演变 353

13.1.8 波瓣图 354

13.1.9 描述天线辐射的相关参量 356

13.2 电偶极子和细直天线 357

13.2.1 电偶极子 357

13.2.2 细直天线 359

13.3 环天线 360

13.3.1 天线的远场表达式 360

13.3.2 辐射效率、品质因数 360

13.4 缝隙天线 363

13.5 八木天线 364

13.6 贴片天线 365

13.7 螺旋聚束天线 367

13.8 喇叭天线 369

13.9 抛物面反射镜天线 372

13.10 宽频带天线 374

13.11 非频变平面对数螺蜷天线 375

13.12 移动通信系统的天线 376

13.13 短桩形天线、小型遗传算法天线和小型串联调谐环天线 378

13.14 天线的实际应用问题 378

习题 381

实验一 微波EDA软件的使用 384

实验二 微波电路计算机辅助设计CAD软件及传输线匹配的CAD方法 388

实验三 微带传输线CAD实验 395

实验四 定向耦合器CAD实验 398

实验五 功率分配器CAD实验 401

实验六 阻抗匹配网络 403

实验七 微带线匹配电路 408

实验八 功率衰减器 411

实验九 低噪声放大器的设计与制作 413

实验十 前置放大器 415

实验十一 功率放大器 417

实验十二 滤波器实验 421

实验十三 压控振荡器 423

实验十四 锁相环实验 426

实验十五 混频器实验 429

实验十六 射频发射机 433

实验十七 射频接收机 436

实验十八 射频天线 440

附录A 重要的矢量公式 443

附录B 分贝和奈培 445

附录C 标准矩形波导主要参数表 447

附录D 常用同轴射频电缆特性参数表 448

附录E 本书重要的数学公式 450

附录F 术语表 452

参考文献 457