电子信息类精品教材:微波技术基本教程

目 录

绪论 1

第1章 传输线的基本理论 6

1.1 引言 6

1.1.1 传输线的种类和分析方法 6

1.1.2 传输线的应用 7

1.1.3 长线与分布参数 9

1.1.4 传输线理论的重要性和传输线在微波技术中的地位 10

1.2 均匀无耗传输线上的行波 11

1.2.1 传输线方程及其解 11

1.2.2 均匀无耗传输线的特性阻抗 14

1.3 接有负载的均匀无耗传输线 16

1.3.1 接有任意负载时均匀无耗传输线上电压波和电流波的一般表示式 16

1.3.2 反射系数、驻波比和输入阻抗 17

1.3.3 均匀无耗传输线接有不同类型负载时的工作状态 21

1.4 应用举例 29

1.4.1 用做元器件的有限长传输线 29

1.4.2 在传输能量方面的应用举例 30

1.5 阻抗圆图和导纳圆图 33

1.5.1 阻抗圆图 33

1.5.2 阻抗圆图应用举例 37

1.5.3 导纳圆图 39

1.6 阻抗匹配 40

1.6.1 阻抗匹配的概念 40

1.6.2 负载与传输线阻抗匹配的方法 42

1.7 均匀和非均匀有耗传输线 46

1.7.1 均匀有耗传输线 46

1.7.2 非均匀有耗传输线 51

附录1.1 双导线和同轴线的分布参数 52

附录1.2 某些传输线的特性阻抗 52

附录1.3 阻抗的测量方法 53

习题 55

第2章 规则波导 57

2.1 引言 57

2.1.1 梯度、散度和旋度 58

2.1.2 麦克斯韦方程 62

2.2 波动方程与导行波 66

2.2.1 波动方程 66

2.2.2 导行电磁波 69

2.3 规则波导中的导行波 72

2.3.1 波型 72

2.3.2 传输特性 75

2.4 矩形波导管中电磁波的传输特性 88

2.4.1 波动方程在直角坐标系中的解 88

2.4.2 波型及场结构 90

2.4.3 矩形波导管中电磁波的传输特性 94

2.4.4 矩形波导管的管壁电流 99

2.4.5 等效阻抗 100

2.4.6 激励与耦合 102

2.5 圆形波导管中电磁波的传输特性 103

2.5.1 波动方程在圆柱坐标系中的解 103

2.5.2 波型及场结构 106

2.5.3 传输功率和衰减 112

2.6 同轴线及其中的高次波型 115

2.6.1 同轴线中的TEM波型 116

2.6.2 同轴线中的高次波型 118

2.6.3 同轴线尺寸的选择 122

附录2.1 贝塞尔函数简介 124

附录2.2 部分同轴线、矩形软波导管结构示意图 127

习题 128

第3章 微带传输线 130

3.1 带状传输线 130

3.1.1 特性阻抗 131

3.1.2 相速度和导波波长 134

3.1.3 带状线的损耗和衰减 134

3.1.4 带状线的功率容量 135

3.1.5 带状线尺寸的选择 135

3.2 微带线 136

3.2.1 微带线中的模式 137

3.2.2 微带线的特性阻抗 137

3.2.3 相速度和导波波长 140

3.2.4 微带线的损耗 140

3.2.5 微带线的色散特性与尺寸选择 141

3.3 耦合带状线和耦合微带线 142

3.4 用于微波集成电路的其他传输线简介 143

3.4.1 悬置和倒置微带线 143

3.4.2 槽线 144

3.4.3 共面波导 144

3.4.4 鳍线 145

附录3.1 椭圆积分简介 146

附录3.2 零厚度微带线特性阻抗数据表 149

习题 156

第4章 光纤 157

4.1 引言 157

4.2 阶跃光纤的射线分析 161

4.2.1 在不同介质分界面上波的反射和折射 161

4.2.2 阶跃光纤的射线分析 165

4.3 阶跃光纤的波动理论 169

4.3.1 波动方程及其解 170

4.3.2 特征方程、模的传输与截止、模的远离截止 175

4.3.3 光纤的色散特性 180

4.4 无线光通信基本知识简介 181

习题 182

第5章 微波谐振器 184

5.1 谐振器的特性参数 185

5.1.1 谐振频率 185

5.1.2 品质因数 185

5.2 圆柱形谐振腔 189

5.2.1 电磁场的表示式 190

5.2.2 谐振频率与波型图 193

5.2.3 固有品质因数 197

5.2.4 圆柱形谐振腔中常用的三种主要模式 198

5.3 矩形谐振腔 200

5.3.1 电磁场的表示式 200

5.3.2 特性参数的计算 204

5.4 同轴线谐振腔 206

5.4.1 二分之一波长型同轴线谐振腔 207

5.4.2 四分之一波长型同轴线谐振腔 209

5.4.3 电容加载同轴线谐振腔 210

5.5 其他类型微波谐振器简介 211

5.5.1 介质谐振器 211

5.5.2 平面谐振器 215

5.5.3 微带传输线谐振器 216

习题 217

第6章 常用(无源)微波元件 219

6.1 连接元件 219

6.1.1 矩形波导接头 219

6.1.2 同轴线接头 221

6.2 变换元件 223

6.2.1 传输线尺寸变换器 223

6.2.2 阶梯式阻抗变换器 226

6.2.3 模式转换器 228

6.3 分支元件 230

6.3.1 同轴线型功率分配器 230

6.3.2 微带线功率分配器 232

6.3.3 矩形波导管分支接头 234

6.4 终端元件 238

6.4.1 匹配负载 238

6.4.2 全反射终端器(短路器) 240

6.5 矩形波导管中的衰减器和移相器 243

6.5.1 衰减器 243

6.5.2 移相器 243

6.6 定向耦合器 244

6.6.1 双孔定向耦合器 246

6.6.2 均匀多孔阵列定向耦合器 247

6.6.3 耦合机构在波导宽壁的定向耦合器 248

6.7 微波滤波器 249

6.7.1 由矩形波导和谐振腔构成的滤波器 250

6.7.2 利用高低阻抗线构成的滤波器 251

6.8 场移式隔离器 253

6.9 Y形结环形器 254

6.10 电抗性元件 255

6.10.1 矩形波导管中的膜片、谐振窗和金属杆 255

6.10.2 矩形波导管中的阶梯 259

6.10.3 同轴线中的阶梯 260

习题 261

第7章 微波网络基本知识 262

7.1 引言 262

7.2 波导等效为双线，不均匀性等效为网络 263

7.2.1 波导等效为双线传输线 263

7.2.2 不均匀性等效为网络 267

7.3 归一化参量 268

7.3.1 阻抗的归一化 269

7.3.2 电压和电流的归一化 269

7.3.3 场强复振幅的归一化 269

7.3.4 归一化电压、电流与归一化的场强复振幅之间的关系 270

7.4 微波网络的参量 270

7.4.1 微波网络的电路参量 271

7.4.2 微波网络的波参量 277

7.4.3 常用网络参量之间的互换关系 279

7.4.4 参考面移动对散射参量的影响 283

7.4.5 基本电路单元的网络参量 283

7.5 二端口网络的工作特性参量 285

7.5.1 插入反射系数和插入驻波比 286

7.5.2 插入衰减 286

7.5.3 插入相移 287

7.5.4 电压波的传输系数 288

7.6 网络的连接 288

7.6.1 二端口网络的串联 288

7.6.2 二端口网络的并联 289

7.6.3 二端口网络的级联 290

7.7 网络参量的性质 291

7.7.1 互易(可逆)网络 291

7.7.2 无耗网络 292

附录7.1 矩阵知识初步 293

附录7.2 复功率定理 296

习题 296

附录一 例题解析 298

附录二 数学公式 308

附录三 奈培和分贝 314

附录四 常用导体材料的特性 316

附录五 常用介质基片材料的高频特性 317

附录六 微带线常用导体材料的特性 318

附录七 空心矩形和圆形金属波导管参数 319

习题答案 325

主要参考资料 329