微波工程

本書是微波工程領域的一本優秀教材，內容上既有深度又有廣度。第1章至第4章介紹電磁場基本理論和電路理論，第5章至第12章利用相關的概念闡明各種微波電路和器件，第13章描述幾種微波系統。在基本理論方面，既介紹經典的電磁場理論，又敘述了現代微波工程中常用的分佈電路和網路分析方法。

在微波電路和器件方面，除介紹傳統的線性微波電路及波導型器件外，還增加了平面結構元件和集成電路的設計、振蕩器的相位雜訊、晶體管功率放大器、非線性效應以及當今微波工程師經常使用的工具，如微波CAD軟體包和網路分析儀等內容。每章結尾提供了習題，書末提供了部分習題的答案，可供教師選用和學生自測。

本書的特點是從基本概念出發，介紹了專用電路和器件的設計，以便讀者理解如何應用基本概念得出有用的成果，提高讀者運用理論解決實際問題的能力。

第1章 電磁理論

1.1 微波工程簡介

1.1.1 微波工程的應用

1.1.2 微波工程的簡史

1.2 麥克斯韋方程

1.3 媒質中的場和邊界條件

1.3.1 一般材料分界面上的場

1.3.2 介質分界面上的場

1.3.3 理想導體（電壁）分界面上的場

1.3.4 磁壁邊界條件

1.3.5 輻射條件

1.4 波方程和基本平面波的解

1.4.1 亥姆霍茲方程

1.4.2 無耗媒質中的平面波

1.4.3 一般有耗媒質中的平面波

1.4.4 良導體中的平面波

1.5 平面波的通解

1.5.1 圓極化平面波

1.6 能量和功率

1.6.1 良導體吸收的功率

1.7 媒質分界面上的平面波反射

1.7.1 普通媒質

1.7.2 無耗媒質

1.7.3 良導體

1.7.4 理想導體

1.7.5 表面阻抗概念

1.8 斜入射到一個介電界面

1.8.1 平行極化

1.8.2 垂直極化

1.8.3 全反射和表面波

1.9 一些有用的定理

1.9.1 互易定理

1.9.2 鏡像理論

參考文獻

習題

第2章 傳輸線理論

2.1 傳輸線的集總元件電路模型

2.1.1 傳輸線上的波傳播

2.1.2 無耗傳輸線

2.2 傳輸線的場分析

2.2.1 傳輸線參量

2.2.2 由場分析導出同軸線的電報方程

2.2.3 無耗同軸線的傳播常數、阻抗和功率流

2.3 端接負載的無耗傳輸線

2.3.1 無耗傳輸線的特殊情況

2.4 Smith圓圖

2.4.1 組合阻抗-導納的Smith圓圖

2.4.2 開槽線

2.5 四分之一波長變換器

2.5.1 阻抗觀點

2.5.2 多次反射觀點

2.6 源和負載失配

2.6.1 負載與線匹配

2.6.2 源與帶負載的線匹配

2.6.3 共軛匹配

2.7 有耗傳輸線

2.7.1 低耗線

2.7.2 無畸變的傳輸線

2.7.3 端接的有耗傳輸線

2.7.4 計算衰減的微擾法

2.7.5 惠勒增量電感定則

參考文獻

習題

第3章 傳輸線和波導

3.1 TEM、TE和TM波的通解

3.1.1 TEM波

3.1.2 TE波

3.1.3 TM波

3.1.4 由電介質損耗引起的衰減

3.2 平行平板波導

3.2.1 TEM模

3.2.2 TM模

3.2.3 TE模

3.3 矩形波導

3.3.1 TE模

3.3.2 TM模

3.3.3 部分載入波導的TEm0模

3.4 圓波導

3.4.1 TE模

3.4.2 TM模

3.5 同軸線

3.5.1 TEM模

3.5.2 高階模

3.6 接地介質板上的表面波

3.6.1 TM模

3.6.2 TE模

3.7 帶狀線

3.7.1 傳播常數、特徵阻抗和衰減的公式

3.7.2 近似的靜電解

3.8 微帶線

3.8.1 有效介電常數、特徵阻抗和衰減的計算公式

3.8.2 近似的靜電解

3.9 橫向諧振法

3.9.1 部分載入矩形波導的TE0n模

3.10波速和色散

3.10.1群速

3.11傳輸線和波導小結

3.11.1其他類型的傳輸線和波導

參考文獻

習題

第4章 微波網路分析

4.1 阻抗和等效電壓與電流

4.1.1 等效電壓與電流

4.1.2 阻抗概念

4.1.3 Z(ω)和Г(ω)的奇偶性

4.2 阻抗和導納矩陣

4.2.1 互易網路

4.2.2 無耗網路

4.3 散射矩陣

4.3.1 互易網路與無耗網路

4.3.2 參考平面的移動

4.3.3 廣義散射參量

4.4 傳輸（ABCD）矩陣

4.4.1 與阻抗矩陣的關係

4.4.2 二埠網路的等效電路

4.5 信號流圖

4.5.1 信號流圖的分解

4.5.2 TRL網路分析儀校正的應用

4.6 不連續性和模式分析

4.6.1 矩形波導中H平面階梯的模式分析

4.7 波導的激勵——電流和磁流

4.7.1 只激勵一個波導模式的電流片

4.7.2 任意電流源或磁流源的模式激勵

4.8 波導激勵——小孔耦合

4.8.1 通過橫向波導壁上小孔的耦合

4.8.2 通過波導寬壁上小孔的耦合

參考文獻

習題

第5章 阻抗匹配和調諧

5.1 用集總元件匹配（L網路）

5.1.1 解析解法

5.1.2 Smith圓圖解法

5.2 單短截線調諧

5.2.1 並聯短截線

5.2.2 串聯短截線

5.3 雙短截線調諧

5.3.1 Smith圓圖解法

5.3.2 解析解法

5.4 四分之一波長變換器

5.5 小反射理論

5.5.1 單節變換器

5.5.2 多節變換器

5.6 二項式多節匹配變換器

5.7 切比雪夫多節匹配變換器

5.7.1 切比雪夫多項式

5.7.2 切比雪夫變換器的設計

5.8 漸變傳輸線

5.8.1 指數漸變

5.8.2 三角形漸變

5.8.3 Klopfenstein漸變

5.9 Bode-Fano約束條件

參考文獻

習題

第6章 微波諧振器

6.1 串聯和並聯諧振電路

6.1.1 串聯諧振電路

6.1.2 並聯諧振電路

6.1.3 有載和無載Q

6.2 傳輸線諧振器

6.2.1 短路λ/2傳輸線

6.2.2 短路λ/4傳輸線

6.2.3 開路λ/2傳輸線

6.3 矩形波導諧振腔

6.3.1 諧振頻率

6.3.2 TE10模的Q值

6.4 圓波導腔

6.4.1 諧振頻率

6.4.2 TEnm模的Q

6.5 介質諧振腔

6.5.1 TE01δ模的諧振頻率

6.6 諧振腔的激勵

6.6.1 臨界耦合

6.6.2 縫隙耦合微帶諧振器

6.6.3 小孔耦合空腔諧振器

6.7 腔的微擾

6.7.1 材料微擾

6.7.2 形狀微擾

參考文獻

習題

第7章 功率分配器和定向耦合器

7.1 分配器和耦合器的基本特性

7.1.1 三埠網路（T型結）

7.1.2 四埠網路（定向耦合器）

7.2 T型結功率分配器

7.2.1 無耗分配器

7.2.2 電阻性分配器

7.3 Wilkinson功率分配器

7.3.1 偶-奇模分析

7.3.2 不等分功率分配和N路Wilkinson分配器

7.4 波導定向耦合器

7.4.1 倍茲孔定向耦合器

7.4.2 多孔耦合器的設計

7.5 正交（90°）混合網路

7.5.1 偶-奇模分析

7.6 耦合線定向耦合器

7.6.1 耦合線理論

7.6.2 耦合線耦合器的設計

7.6.3 多節耦合線耦合器的設計

7.7 Lange耦合器

7.8 180°混合網路

7.8.1 環形混合網路的偶-奇模分析

7.8.2 漸變耦合線混合網路偶-奇模分析

7.8.3 波導魔T

7.9 其他耦合器

參考文獻

習題

第8章 微波濾波器

8.1 周期結構

8.1.1 無限長周期結構的分析

8.1.2 有負載的周期結構

8.1.3 k-β圖和波速

8.2 用鏡像參量法設計濾波器

8.2.1 二埠網路的鏡像阻抗和傳遞函數

8.2.2 定k式濾波器節

8.2.3 m導出式濾波器節

8.2.4 複合濾波器

8.3 用插入損耗法設計濾波器

8.3.1 用功率損耗比表徵

8.3.2 最平坦低通濾波器原型

8.3.3 等波紋低通濾波器原型

8.3.4 線性相位低通濾波器原型

8.4 濾波器轉換

8.4.1 阻抗和頻率定標

8.4.2 帶通和帶阻轉換

8.5 濾波器的實現

8.5.1 理查德變換

8.5.2 科洛達恆等關係

8.5.3 阻抗和導納倒相器

8.6 階躍阻抗低通濾波器

8.6.1 短傳輸線段近似等效電路

8.7 耦合線濾波器

8.7.1 耦合線段的濾波器特性

8.7.2 耦合線帶通濾波器的設計

8.8 耦合諧振器濾波器

8.8.1 用四分之一波長諧振器的帶阻和帶通濾波器

8.8.2 用電容性耦合串聯諧振器的帶通濾波器

8.8.3 用電容性耦合併聯諧振器的帶通濾波器

參考文獻

習題

第9章 鐵氧體元件的理論與設計

9.1 亞鐵磁性材料的基本性質

9.1.1 磁導率張量

9.1.2 圓極化場

9.1.3 損耗效應

9.1.4 退磁因子

9.2 鐵氧體中的平面波傳播

9.2.1 在偏置場方向的傳播（法拉第旋轉）

9.2.2 垂直於偏置場的波傳播（雙折射）

9.3 在鐵氧體載入的矩形波導中的波傳播

9.3.1 載有單片鐵氧體的波導的TEm0模

9.3.2 有兩個對稱鐵氧體片的波導中的TEm0模

9.4 鐵氧體隔離器

9.4.1 諧振隔離器

9.4.2 場位移隔離器

9.5 鐵氧體相移器

9.5.1 非互易鎖存相移器

9.5.2 其他類型的鐵氧體相移器

9.5.3 迴轉器

9.6 鐵氧體環形器

9.6.1 失配環形器的特性

9.6.2 結型環形器

參考文獻

習題

第10章 雜訊與有源射頻元件

10.1 微波電路中的雜訊

10.1.1 動態範圍和雜訊源

10.1.2 雜訊功率與等效雜訊溫度

10.1.3 雜訊溫度的測量

10.1.4 雜訊係數

10.1.5 級聯繫統的雜訊係數

10.1.6 無源二埠網路的雜訊係數

10.1.7 失配有耗線的雜訊係數

10.2 動態範圍和交調失真

10.2.1 增益壓縮

10.2.2 交調失真

10.2.3 3階截斷點

10.2.4 動態範圍

10.2.5 級聯繫統的截斷點

10.2.6 無源交調

10.3 RF二極體特性

10.3.1 肖特基二極體和檢波器

10.3.2 PIN二極體和控制電路

10.3.3 變容二極體

10.3.4 其他二極體

10.4 RF晶體管特性

10.4.1 場效應晶體管

10.4.2 雙極結型晶體管

10.5 微波集成電路

10.5.1 混合微波集成電路

10.5.2 單片微波集成電路

參考文獻

習題

第11章 微波放大器設計

11.1 二埠功率增益

11.1.1 二埠功率增益的定義

11.1.2 二埠功率增益的進一步討論

11.2 穩定性

11.2.1 穩定性圓

11.2.2 無條件穩定的檢驗

11.3 單級晶體管放大器設計

11.3.1 最大增益設計（共軛匹配）

11.3.2 等增益圓和固定增益的設計

11.3.3 低雜訊放大器設計

11.4 寬頻晶體管放大器設計

11.4.1 平衡放大器

11.4.2 分佈放大器

11.5 功率放大器

11.5.1 功率放大器的特性和放大器類型

11.5.2 晶體管的大信號特性

11.5.3 A類功率放大器的設計

參考文獻

習題

第12章 振蕩器和混頻器

12.1 RF振蕩器

12.1.1 一般分析方法

12.1.2 使用共發射極的雙極結型晶體管的振蕩器

12.1.3 使用共柵極場效應晶體管的振蕩器

12.1.4 實際考慮

12.1.5 晶體振蕩器

12.2 微波振蕩器

12.2.1 晶體管振蕩器

12.2.2 介質諧振器振蕩器

12.3 振蕩器相位雜訊

12.3.1 相位雜訊的表示

12.3.2 振蕩器相位雜訊的Leeson模型

12.4 頻率倍增器

12.4.1 電抗性二極體倍頻器（Manley-Rowe關係）

12.4.2 電阻性二極體倍頻器

12.4.3 晶體管倍頻器

12.5 微波源概述

12.5.1 固態源

12.5.2 微波電子管

12.6 混頻器

12.6.1 混頻器特性

12.6.2 單端二極體混頻器

12.6.3 單端FET混頻器

12.6.4 平衡混頻器

12.6.5 鏡像抑制混頻器

12.6.6 其他混頻器

參考文獻

習題

第13章 微波系統導論

13.1 天線的系統特徵

13.1.1 天線輻射的場和功率

13.1.2 天線輻射圖特徵

13.1.3 天線的增益和效率

13.1.4 孔徑效率和有效面積

13.1.5 背景溫度和亮度溫度

13.1.6 天線的雜訊溫度和G/T

13.2 無線通信系統

13.2.1 Friis公式

13.2.2 無線接收機結構

13.2.3 微波接收機的雜訊特性

13.2.4 無線系統

13.3 雷達系統

13.3.1 雷達方程

13.3.2 脈衝雷達

13.3.3 多普勒雷達

13.3.4 雷達截面

13.4 輻射計系統

13.4.1 輻射計的理論和應用

13.4.2 全功率輻射計

13.4.3 迪克輻射計

13.5 微波傳輸

13.5.1 大氣的影響

13.5.2 大地的影響

13.5.3 等離子體效應

13.6 其他應用和專題

13.6.1 微波加熱

13.6.2 功率傳送

13.6.3 生物效應和安全性

參考文獻

習題

附錄

附錄A 用於構成十進位倍數和分數單位的詞頭

附錄B 矢量分析

附錄C 貝塞爾函數

附錄D 其他數學結果

附錄E 物理常數

附錄F 某些材料的電導率

附錄G 一些材料的介電常數和損耗角正切

附錄H 一些微波鐵氧體材料的特性

附錄I 標準矩形波導數據

附錄J 標準同軸線數據

部分習題答案

索引