微波工程 第3版PDF电子书下载

第1章 电磁理论 1

1.1 微波工程简介 1

1.1.1 微波工程的应用 1

1.1.2 微波工程的简史 3

1.2 麦克斯韦方程 4

1.3 媒质中的场和边界条件 7

1.3.1 一般材料分界面上的场 10

1.3.2 介质分界面上的场 11

1.3.3 理想导体（电壁）分界面上的场 11

1.3.4 磁壁边界条件 12

1.3.5 辐射条件 12

1.4 波方程和基本平面波的解 12

1.4.1 亥姆霍兹方程 12

1.4.2 无耗媒质中的平面波 13

1.4.3 一般有耗媒质中的平面波 14

1.4.4 良导体中的平面波 15

1.5 平面波的通解 17

1.5.1 圆极化平面波 20

1.6 能量和功率 21

1.6.1 良导体吸收的功率 22

1.7 媒质分界面上的平面波反射 24

1.7.1 普通媒质 24

1.7.2 无耗媒质 25

1.7.3 良导体 26

1.7.4 理想导体 27

1.7.5 表面阻抗概念 28

1.8 斜入射到一个介电界面 30

1.8.1 平行极化 31

1.8.2 垂直极化 32

1.8.3 全反射和表面波 33

1.9 一些有用的定理 35

1.9.1 互易定理 35

1.9.2 镜像理论 36

参考文献 38

习题 39

第2章 传输线理论 42

2.1 传输线的集总元件电路模型 42

2.1.1 传输线上的波传播 43

2.1.2 无耗传输线 44

2.2 传输线的场分析 44

2.2.1 传输线参量 45

2.2.2 由场分析导出同轴线的电报方程 47

2.2.3 无耗同轴线的传播常数、阻抗和功率流 48

2.3 端接负载的无耗传输线 49

2.3.1 无耗传输线的特殊情况 51

2.4 Smith圆图 55

2.4.1 组合阻抗－导纳的Smith圆图 57

2.4.2 开槽线 59

2.5 四分之一波长变换器 62

2.5.1 阻抗观点 62

2.5.2 多次反射观点 64

2.6 源和负载失配 66

2.6.1 负载与线匹配 67

2.6.2 源与带负载的线匹配 67

2.6.3 共轭匹配 67

2.7 有耗传输线 68

2.7.1 低耗线 68

2.7.2 无畸变的传输线 69

2.7.3 端接的有耗传输线 70

2.7.4 计算衰减的微扰法 71

2.7.5 惠勒增量电感定则 72

参考文献 74

习题 74

第3章 传输线和波导 78

3.1 TEM、TE和TM波的通解 78

3.1.1 TEM波 80

3.1.2 TE波 81

3.1.3 TM波 82

3.1.4 由电介质损耗引起的衰减 83

3.2 平行平板波导 84

3.2.1 TEM模 84

3.2.2 TM模 85

3.2.3 TE模 88

3.3 矩形波导 90

3.3.1 TE模 90

3.3.2 TM模 94

3.3.3 部分加载波导的TEmo模 98

3.4 圆波导 100

3.4.1 TE模 101

3.4.2 TM模 104

3.5 同轴线 108

3.5.1 TEM模 108

3.5.2 高阶模 109

3.6 接地介质板上的表面波 112

3.6.1 TM模 112

3.6.2 TE模 115

3.7 带状线 118

3.7.1 传播常数、特征阻抗和衰减的公式 119

3.7.2 近似的静电解 121

3.8 微带线 123

3.8.1 有效介电常数、特征阻抗和衰减的计算公式 124

3.8.2 近似的静电解 125

3.9 横向谐振法 128

3.9.1 部分加载矩形波导的TEon模 128

3.10 波速和色散 129

3.10.1 群速 129

3.11 传输线和波导小结 132

3.11.1 其他类型的传输线和波导 132

参考文献 134

习题 135

第4章 微波网络分析 138

4.1 阻抗和等效电压与电流 138

4.1.1 等效电压与电流 138

4.1.2 阻抗概念 142

4.1.3 Z（ω）和T（ω）的奇偶性 144

4.2 阻抗和导纳矩阵 145

4.2.1 互易网络 146

4.2.2 无耗网络 148

4.3 散射矩阵 149

4.3.1 互易网络与无耗网络 151

4.3.2 参考平面的移动 154

4.3.3 广义散射参量 155

4.4 传输（ABCD）矩阵 157

4.4.1 与阻抗矩阵的关系 159

4.4.2 二端口网络的等效电路 159

4.5 信号流图 161

4.5.1 信号流图的分解 162

4.5.2 TRL网络分析仪校正的应用 165

4.6 不连续性和模式分析 168

4.6.1 矩形波导中H平面阶梯的模式分析 170

4.7 波导的激励——电流和磁流 175

4.7.1 只激励一个波导模式的电流片 175

4.7.2 任意电流源或磁流源的模式激励 176

4.8 波导激励——小孔耦合 179

4.8.1 通过横向波导壁上小孔的耦合 181

4.8.2 通过波导宽壁上小孔的耦合 183

参考文献 185

习题 185

第5章 阻抗匹配和调谐 190

5.1 用集总元件匹配（L网络） 190

5.1.1 解析解法 191

5.1.2 Smith圆图解法 192

5.2 单短截线调谐 195

5.2.1 并联短截线 196

5.2.2 串联短截线 199

5.3 双短截线调谐 201

5.3.1 Smith圆图解法 202

5.3.2 解析解法 204

5.4 四分之一波长变换器 206

5.5 小反射理论 209

5.5.1 单节变换器 209

5.5.2 多节变换器 210

5.6 二项式多节匹配变换器 211

5.7 切比雪夫多节匹配变换器 214

5.7.1 切比雪夫多项式 215

5.7.2 切比雪夫变换器的设计 216

5.8 渐变传输线 219

5.8.1 指数渐变 220

5.8.2 三角形渐变 221

5.8.3 Klopfenstein渐变 221

5.9 Bode-Fano约束条件 224

参考文献 226

习题 226

第6章 微波谐振器 228

6.1 串联和并联谐振电路 228

6.1.1 串联谐振电路 228

6.1.2 并联谐振电路 230

6.1.3 有载和无载Q 232

6.2 传输线谐振器 233

6.2.1 短路λ/2传输线 233

6.2.2 短路λ／4传输线 236

6.2.3 开路λ／2传输线 237

6.3 矩形波导谐振腔 238

6.3.1 谐振频率 239

6.3.2 TE10e模的Q值 240

6.4 圆波导腔 242

6.4.1 谐振频率 243

6.4.2 TEnme模的Q 244

6.5 介质谐振腔 247

6.5.1 TE01δ模的谐振频率 247

6.6 谐振腔的激励 250

6.6.1 临界耦合 250

6.6.2 缝隙耦合微带谐振器 252

6.6.3 小孔耦合空腔谐振器 254

6.7 腔的微扰 256

6.7.1 材料微扰 257

6.7.2 形状微扰 259

参考文献 261

习题 261

第7章 功率分配器和定向耦合器 265

7.1 分配器和耦合器的基本特性 265

7.1.1 三端口网络（T型结） 265

7.1.2 四端口网络（定向耦合器） 268

7.2 T型结功率分配器 271

7.2.1 无耗分配器 271

7.2.2 电阻性分配器 273

7.3 Wilkinson功率分配器 274

7.3.1 偶-奇模分析 274

7.3.2 不等分功率分配和N路Wilkinson分配器 277

7.4 波导定向耦合器 279

7.4.1 倍兹孔定向耦合器 279

7.4.2 多孔耦合器的设计 282

7.5 正交（90°）混合网络 287

7.5.1 偶-奇模分析 288

7.6 耦合线定向耦合器 290

7.6.1 耦合线理论 291

7.6.2 耦合线耦合器的设计 293

7.6.3 多节耦合线耦合器的设计 297

7.7 Lange耦合器 300

7.8 180°混合网络 303

7.8.1 环形混合网络的偶-奇模分析 305

7.8.2 渐变耦合线混合网络偶-奇模分析 308

7.8.3 波导魔T 311

7.9 其他耦合器 312

参考文献 314

习题 315

第8章 微波滤波器 319

8.1 周期结构 319

8.1.1 无限长周期结构的分析 320

8.1.2 有负载的周期结构 322

8.1.3 K-β图和波速 323

8.2 用镜像参量法设计滤波器 325

8.2.1 二端口网络的镜像阻抗和传递函数 326

8.2.2 定K式滤波器节 327

8.2.3 m导出式滤波器节 330

8.2.4 复合滤波器 333

8.3 用插入损耗法设计滤波器 335

8.3.1 用功率损耗比表征 335

8.3.2 最平坦低通滤波器原型 337

8.3.3 等波纹低通滤波器原型 340

8.3.4 线性相位低通滤波器原型 342

8.4 滤波器转换 343

8.4.1 阻抗和频率定标 343

8.4.2 带通和带阻转换 346

8.5 滤波器的实现 349

8.5.1 理查德变换 350

8.5.2 科洛达恒等关系 350

8.5.3 阻抗和导纳倒相器 354

8.6 阶跃阻抗低通滤波器 355

8.6.1 短传输线段近似等效电路 356

8.7 耦合线滤波器 359

8.7.1 耦合线段的滤波器特性 359

8.7.2 耦合线带通滤波器的设计 363

8.8 耦合谐振器滤波器 368

8.8.1 用四分之一波长谐振器的带阻和带通滤波器 368

8.8.2 用电容性耦合串联谐振器的带通滤波器 372

8.8.3 用电容性耦合并联谐振器的带通滤波器 374

参考文献 377

习题 378

第9章 铁氧体元件的理论与设计 380

9.1 亚铁磁性材料的基本性质 380

9.1.1 磁导率张量 380

9.1.2 圆极化场 385

9.1.3 损耗效应 386

9.1.4 退磁因子 388

9.2 铁氧体中的平面波传播 391

9.2.1 在偏置场方向的传播（法拉第旋转） 391

9.2.2 垂直于偏置场的波传播（双折射） 394

9.3 在铁氧体加载的矩形波导中的波传播 396

9.3.1 载有单片铁氧体的波导的TEmo模 396

9.3.2 有两个对称铁氧体片的波导中的TEm0模 399

9.4 铁氧体隔离器 400

9.4.1 谐振隔离器 400

9.4.2 场位移隔离器 403

9.5 铁氧体相移器 405

9.5.1 非互易锁存相移器 406

9.5.2 其他类型的铁氧体相移器 408

9.5.3 回转器 409

9.6 铁氧体环形器 409

9.6.1 失配环形器的特性 410

9.6.2 结型环形器 411

参考文献 415

习题 415

第10章 噪声与有源射频元件 418

10.1 微波电路中的噪声 418

10.1.1 动态范围和噪声源 419

10.1.2 噪声功率与等效噪声温度 420

10.1.3 噪声温度的测量 422

10.1.4 噪声系数 424

10.1.5 级联系统的噪声系数 425

10.1.6 无源二端口网络的噪声系数 427

10.1.7 失配有耗线的噪声系数 428

10.2 动态范围和交调失真 430

10.2.1 增益压缩 431

10.2.2 交调失真 432

10.2.3 3阶截断点 433

10.2.4 动态范围 434

10.2.5 级联系统的截断点 436

10.2.6 无源交调 437

10.3 RF二极管特性 438

10.3.1 肖特基二极管和检波器 438

10.3.2 PIN二极管和控制电路 442

10.3.3 变容二极管 447

10.3.4 其他二极管 448

10.4 RF晶体管特性 448

10.4.1 场效应晶体管 450

10.4.2 双极结型晶体管 451

10.5 微波集成电路 453

10.5.1 混合微波集成电路 453

10.5.2 单片微波集成电路 454

参考文献 457

习题 457

第11章 微波放大器设计 460

11.1 二端口功率增益 460

11.1.1 二端口功率增益的定义 460

11.1.2 二端口功率增益的进一步讨论 463

11.2 稳定性 465

11.2.1 稳定性圆 465

11.2.2 无条件稳定的检验 467

11.3 单级晶体管放大器设计 470

11.3.1 最大增益设计（共轭匹配） 470

11.3.2 等增益圆和固定增益的设计 475

11.3.3 低噪声放大器设计 479

11.4 宽带晶体管放大器设计 482

11.4.1 平衡放大器 482

11.4.2 分布放大器 484

11.5 功率放大器 489

11.5.1 功率放大器的特性和放大器类型 489

11.5.2 晶体管的大信号特性 490

11.5.3 A类功率放大器的设计 490

参考文献 492

习题 493

第12章 振荡器和混频器 495

12.1 RF振荡器 495

12.1.1 一般分析方法 496

12.1.2 使用共发射极的双极结型晶体管的振荡器 497

12.1.3 使用共栅极场效应晶体管的振荡器 498

12.1.4 实际考虑 499

12.1.5 晶体振荡器 500

12.2 微波振荡器 501

12.2.1 晶体管振荡器 503

12.2.2 介质谐振器振荡器 506

12.3 振荡器相位噪声 509

12.3.1 相位噪声的表示 510

12.3.2 振荡器相位噪声的Leeson模型 511

12.4 频率倍增器 514

12.4.1 电抗性二极管倍频器（Manley-Rowe关系） 514

12.4.2 电阻性二极管倍频器 517

12.4.3 晶体管倍频器 519

12.5 微波源概述 522

12.5.1 固态源 523

12.5.2 微波电子管 525

12.6 混频器 528

12.6.1 混频器特性 528

12.6.2 单端二极管混频器 532

12.6.3 单端FET混频器 533

12.6.4 平衡混频器 535

12.6.5 镜像抑制混频器 537

12.6.6 其他混频器 539

参考文献 540

习题 541

第13章 微波系统导论 543

13.1 天线的系统特征 543

13.1.1 天线辐射的场和功率 544

13.1.2 天线辐射图特征 546

13.1.3 天线的增益和效率 548

13.1.4 孔径效率和有效面积 548

13.1.5 背景温度和亮度温度 549

13.1.6 天线的噪声温度和G/T 551

13.2 无线通信系统 553

13.2.1 Friis公式 554

13.2.2 无线接收机结构 557

13.2.3 微波接收机的噪声特性 559

13.2.4 无线系统 561

13.3 雷达系统 564

13.3.1 雷达方程 565

13.3.2 脉冲雷达 567

13.3.3 多普勒雷达 568

13.3.4 雷达截面 569

13.4 辐射计系统 570

13.4.1 辐射计的理论和应用 570

13.4.2 全功率辐射计 571

13.4.3 迪克辐射计 573

13.5 微波传输 574

13.5.1 大气的影响 574

13.5.2 大地的影响 576

13.5.3 等离子体效应 576

13.6 其他应用和专题 577

13.6.1 微波加热 577

13.6.2 功率传送 578

13.6.3 生物效应和安全性 578

参考文献 580

习题 580

附录 582

附录A 用于构成十进制倍数和分数单位的词头 582

附录B 矢量分析 582

附录C 贝塞尔函数 584

附录D 其他数学结果 586

附录E 物理常数 587

附录F 某些材料的电导率 587

附录G 一些材料的介电常数和损耗角正切 588

附录H 一些微波铁氧体材料的特性 588

附录I 标准矩形波导数据 589

附录J 标准同轴线数据 589

部分习题答案 591

索引 593