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绪论1

目录1

第一章 微波传输线的一般理论5

1.1 引言5

1.2 沿传输线传输的电磁波——导行波6

一、麦克斯韦方程及其复数形式6

二、波动方程8

三、导行波的一般形式10

（二）横磁波（TM波）12

（三）横电波（TE波）12

二、分类的物理意义12

（一）横电磁波（TEM波）12

一、导行波的分类12

1.3 导行波的分类及其物理意义12

三、导行波的传输状态和截止状态14

（一）传输状态16

（二）截止状态16

1.4 横电磁波（TEM波）17

一、传输常数γ、相速vp、群速vg和波阻抗ηTEM17

二、TEM波的场结构与频率无关19

1.5 横磁波（TM波）与横电波（TE波）19

一、横磁波（TM波）19

（一）传输常数γ、相速vp和群速vg19

（二）TM波的波长20

（三）TM波的场结构与频率有关20

二、横电波（TE波）21

（一）传输常数γ、相速vp和群速vg21

（三）TE波的场结构与频率有关22

（二）TE波的波长22

1.6 部分波概念在研究传输线问题中的应用24

1.7 长线理论及其图解法——圆图27

一、长线理论28

（一）电报方程及其解28

（二）反射系数与输入阻抗（导纳）31

（三）终端方程32

（四）传输线中的三种状态33

（五）驻波参量38

二、圆图41

（一）等反射系数圆族（或等驻波比圆族）41

（二）阻抗圆图——等电阻圆、等电抗圆43

（三）导纳圆图48

（四）实用圆图52

本章小结59

习题60

第二章 金属波导63

2.1 沿规则金属波导传输的导行波的一般特性63

一、波型函数和传输因子63

二、波导中传输的波型——模式的概念64

三、不同模式的波具有不同的传输特性65

2.2 矩形波导65

一、矩形波导中的模式及其场分布65

（一）TE波（H波）66

（二）TM波（E波）67

二、矩形波导的传输特性67

（一）传输常数γ和截止波长λ。68

（二）波的速度、波导波长、波阻抗71

三、矩形波导中的主模——TE10波74

（一）TE10波的传输参量74

（二）TE10波的场结构75

（三）TE10波的管壁电流分布77

2.3 圆波导78

一、圆波导中的模式及场分量78

（一）TE波（H波）79

（二）TM波（E波）82

二、圆波导中电磁波的传输特性83

三、圆波导中的三个主要模式及其应用85

（一）TE11模式85

（二）TE01模式86

（三）TM01模式87

2.4 同轴线88

一、同轴线中传输的主模——TEM波89

（一）TM模式的截止波长90

二、同轴线中的高次模——TE波和TM波90

（二）TE模式的截止波长91

三、传输功率和损耗92

（一）功率容量92

（二）损耗93

四、同轴线尺寸的选择93

2.5　对规则波导的要求94

一、抑制高次模式实现单模传输94

二、功率容量94

三、损耗与衰减96

四、规则波导的尺寸选择99

（一）矩形波导99

（二）圆波导100

五、矩形波导的工作频带100

（二）激励装置101

（一）激励的基本要求101

一、激励的一般原则101

2.6　波导的激励与耦合101

（三）奇偶禁戒规则102

（四）匹配102

（五）互易定理103

二、波导的激励方法103

（一）电激励（探针激励）103

（二）磁激励（小环激励）104

（三）小孔或缝激励104

（四）直接连接——模式转换器104

本章小结107

习题107

第三章　微带传输线109

3.1　概述109

3.2　带状线的主要特性110

一、特性阻抗Zc111

（一）零厚度（t＝0）导体带情况下带状线的特性阻抗112

（二）科恩的特性阻抗Zc的近似公式112

二、传输速度与波导波长116

三、带状线的损耗和衰减116

（一）介质衰减116

（二）导体衰减117

四、功率容量118

五、带状线的尺寸选择119

3.3　微带的主要特性119

一、微带中传输的电磁波的模式120

（一）微带中传输的主模——准TEM波120

（二）微带中的高次模120

二、微带的分析方法——用准静态法求微带的特性阻抗Zc和相速Vp121

四、微带的损耗与衰减127

三、微带的波导波长127

（一）介质衰减128

（二）导体衰减128

五、微带的色散特性和尺寸选择129

（一）色散特性129

（二）微带尺寸的选择129

六、微带的激励130

（一）同轴　 微带转换过渡装置（转换接头）130

（二）波导 　 微带转换过渡装置（转换接头）132

3.4　耦合微带线132

一、奇、偶模分析方法133

二、奇、偶模参量135

（一）空气填充的耦合微带线的奇、偶模参量135

（二）部分介质填充耦合微带线的奇、偶模参量138

习题143

本章小结143

第四章　微波网络147

4.1　波导等效为长线和不均匀区等效为网络的原理147

一、波导等效为长线的原理147

（一）功率关系与等效电压、等效电流148

（二）归一化阻抗与归一化电压、归一化电流149

（三）波导的等效阻抗151

（四）均匀传输线等效为长线的具体方法152

（五）多模传输线的等效153

二、不均匀区等效为网络的原理153

（一）网络的参考面153

（二）唯一性定理和叠加原理154

（三）用网络参量来表征微波网络的特征157

（四）微波网络的分类158

一、各种网络参量的定义及其归一化159

4.2　二端口微波网络的参量性质159

（一）阻抗参量（Z参量）160

（二）导纳参量（Y参量）161

（三）转移参量（A参量）162

（四）散射参量（S参量）164

（五）传输参量（T参量）165

二、网络参量的相互转换168

三、常用基本电路单元的网络参量矩阵168

四、参考面移动对网络参量的影响172

4.3　二端口微波网络的组合173

一、网络的级联174

二、网络的并联—并联175

三、网络的串联—串联175

一、网络的工作特性参量176

4.4　微波网络参量的测定176

（一）电压传输系数T177

（二）插入衰减L177

（三）插入相移θ178

（四）插入驻波比ρ178

二、微波网络参量的实验测定方法179

本章小结180

习题181

第五章　微波谐振腔184

5.1　概述184

5.2　微波谐振腔的基本特性和参量185

一、微波谐振腔自由振荡的基本特性185

二、微波谐振腔的基本参数188

（一）谐振频率f0（或谐振波长λ0）188

（二）品质因数Q0189

（三）等效电导G0191

5.3　矩形谐振腔192

一、矩形谐振腔的振荡模式193

（一）TE型（或H型）振荡模式193

（二）TM型（或E型）振荡模式194

二、矩形谐振腔的谐振波长λ0195

三、矩形谐振腔中的最低振荡模式——TE101模式196

5.4　圆柱形谐振腔197

一、圆柱形谐振腔中的振荡模式198

（一）TE型（或H型）振荡模式198

（二）TM型（或E型）振荡模式198

二、圆柱形谐振腔的谐振波长λ0199

三、圆柱形谐振腔中几种常用的振荡模式200

（一）TM010振荡模式200

（二）TE011振荡模式201

（三）TE111振荡模式203

四、圆柱形谐振腔的模式图203

5.5　同轴谐振腔205

一、λ/2型同轴谐振腔206

二、λ/4型同轴谐振腔206

三、电容负载型同轴谐振腔207

5.6 微波谐振腔的激励与耦合209

一、谐振腔的耦合装置209

二、谐振腔的耦合参数210

（一）有载品质因数QL210

（二）耦合度和效率211

本章小结213

习题213

6.1 概述215

第六章 微波元件215

一、电抗匹配元件216

（一）膜片216

6.2 电抗匹配连接元件216

（二）谐振窗217

（三）销钉218

（四）螺钉匹配器219

二、连接元件219

（一）接头、法兰219

（二）短路活塞221

（三）拐角、弯曲和扭转元件221

6.3 阻抗变换元件及匹配222

一、阻抗匹配222

（一）阻抗匹配的概念222

（三）用电抗元件进行阻抗匹配225

（二）波阻抗与等效阻抗225

二、阻抗变换器239

（一）阶梯阻抗变换器239

（二）渐变式阻抗变换器（渐变线）252

6.4 衰减器和移相器254

一、衰减器254

（一）吸收式衰减器254

（二）截止式衰减器255

（三）旋转极化式衰减器257

二、移相器258

6.5 定向耦合器259

一、概述259

（一）定向耦合器的用途259

（二）定向耦合器的种类260

（三）定向耦合器的指标262

二、波导型定向耦合器263

（一）波导单孔定向耦合器263

（二）波导十字孔定向耦合器265

（三）波导多孔定向耦合器268

三、平行耦合线定向耦合器272

（一）平行耦合双线定向耦合器272

（二）耦合带状线定向耦合器273

6.6 混合环277

一、波导混合环278

二、微带混合环279

6.7 微波功率分配器280

一、两路功率分配器280

二、N路功率分配器282

一、T形接头283

6.8 波导匹配双T（魔T）283

（一）ET接头284

（二）HT接头285

二、普通双T接头286

三、匹配双T接头（魔T）286

四、匹配双T的应用287

（一）平衡混频器287

（二）微波阻抗测量电桥287

6.9 微波铁氧体器件288

一、铁氧体及其微波特性288

（一）旋磁效应289

（二）张量磁导率μ289

（三）铁磁谐振289

（四）在圆极化波作用下的铁磁谐振290

（五）法拉第旋转效应（极化面旋转效应）290

（六）场移效应291

二、铁氧体隔离器292

（一）隔离器的技术指标292

（二）场移式隔离器293

（三）谐振式隔离器293

三、铁氧体环行器294

（一）环行器的技术指标295

（二）Y形结环行器295

四、微波铁氧体快控元件及YIG器件简介296

本章小结297

习题297

第七章 微波滤波器299

7.1 微波滤波器的基础知识299

一、滤波器的一般知识299

二、微波滤波器的主要技术指标301

三、微波滤波器的综合设计302

（一）低通滤波器的三种典型衰减特性303

（二）低通原型滤波器305

（三）频率变换311

（四）滤波器电路的微波实现323

7.2 微波低通滤波器323

一、串联电感与并联电容的微波实现323

（一）用短路短线和开路短线实现323

（二）用高、低阻抗短线实现串联电感和并联电容325

二、微波低通滤波器326

三、倒置变换器、变形低通原型329

（一）倒置变换器329

（二）网络的对偶电路331

（三）变形低通原型333

一、一般原理334

7.3 微波带通滤波器334

二、平行耦合线带通滤波器335

（一）含有阻抗倒置变换器的微波带通滤波器335

（二）含有导纳倒置变换器的微波带通滤波器338

（三）含有导纳倒置变换器的平行耦合线带通滤波器339

（四）串联电容间隙带状线带通滤波器340

三、电感耦合波导带通滤波器341

7.4 微波带阻滤波器341

一、一般原理341

二、微波带阻滤波器的梯形网络341

（一）含有阻抗倒置变换器的微波带阻滤波器341

（二）含有导纳倒置变换器的微波带阻滤波器343

三、谐振电路的实现344

（二）带状线带阻滤波器347

（一）波导带阻滤波器347

四、微波带阻滤波器的实际结构347

本章小结348

习题348

第八章 微波电子器件351

8.1 金属半导体结二极管及其应用351

一、金属半导体结二极管的结构、工作原理和特性352

（一）结构352

（二）金属半导体结二极管的工作原理352

（三）金属半导体结二极管的伏安特性353

（四）金属半导体结二极管的等效电路及其参数353

（五）金属半导体结二极管的特点354

二、金属半导体结二极管的应用354

（一）金属半导体结二极管的混频原理354

（二）采用一个二极管的单端混频器357

（三）采用两个二极管的平衡混频器358

（四）采用四个二极管的双平衡混频器360

8.2 变容二极管及其应用361

一、变容二极管的基本特性361

（一）变容二极管的静态特性及其等效电路361

（二）变容二极管的主要参数363

（三）变容二极管的动态特性365

二、变容二极管的应用367

（一）非线性电容的变频效应367

（二）门雷—罗威关系式和参量放大器的分类367

（三）非简并参量放大器的基本原理370

（四）非简并参量放大器的结构371

8.3 阶跃恢复二极管及其应用372

（一）阶跃管的基本特性373

一、阶跃管的基本特性和等效电路373

（二）阶跃管的等效电路374

二、阶跃二极管的应用374

（一）阶跃管倍频器的工作原理374

（二）阶跃管倍频器的结构376

8.4 PIN二极管及其应用377

一、PIN管的基本特性和等效电路377

（一）直流电压作用下的特性378

（二）交流电压作用下的特性378

（三）交直流电压同时作用下的特性378

（四）PIN管的等效电路379

（五）PIN管的主要参数380

二、PIN二极管的应用381

（一）PIN管开关381

（二）PIN管电调衰减器384

8.5 雪崩渡越时间二极管和转移电子器件387

一、雪崩渡越时间二极管的基本特性及其等效电路388

（一）碰撞雪崩渡越时间二极管（IMPATT）的基本工作原理388

（二）碰撞雪崩渡越时间二极管的等效电路和电路参数390

二、转移电子器件391

（一）基本工作原理391

（二）转移电子器件的电流—电压特性及其等效电路394

（三）振荡模式394

三、雪崩渡越时间二极管及转移电子器件的应用——负阻振荡器395

（一）负阻振荡器的工作原理395

（二）负阻振荡器的基本电路397

8.6 微波晶体管及其应用398

一、微波双极晶体管的结构和等效电路399

（一）微波双极晶体管的结构399

（三）微波双极晶体管的性能参数401

（二）微波双极晶体管的等效电路401

二、微波场效应晶体管的结构、工作原理和等效电路403

（一）场效应和场效应晶体管403

（二）微波场效应晶体管的结构和工作原理403

（三）微波场效应晶体管的等效电路405

（四）微波场效应晶体管的性能参数405

三、微波晶体管的S参量406

四、微波晶体管的应用408

（一）微波晶体管放大器409

（二）微波晶体管振荡器411

8.7 微波电真空器件412

一、静电控制电子管的发展及存在的问题412

（一）极间电容和引线电感的影响413

（二）电子渡越时间的影响413

（三）损耗增大413

（一）电子流与直流电场的能量交换414

二、微波管工作的基础——电子流与电场的能量交换414

三、速调管放大器和振荡器415

（二）电子流与交变电场的能量交换415

（一）双腔速调管放大器416

（二）多腔速调管放大器420

（三）反射速调管振荡器424

四、行波管放大器428

（一）行波管放大器的结构428

（二）行波管放大器的工作原理430

（三）行波管放大器的工作特性432

本章小结435

一、微波测量用信号源的种类及用途437

（一）标准微波信号发生器437

9.1 微波测量用信号源437

第九章 微波测量437

（二）简易微波信号发生器438

（三）固态式微波信号发生器438

（四）点频微波信号发生器和扫频微波信号发生器438

（五）频率合成式微波信号发生器438

二、简易微波信号发生器和标准微波信号发生器440

（一）微波电子管振荡器440

（二）固态微波振荡器440

三、微波信号发生器的工作特性441

（一）频率特性441

（二）输出特性442

（三）调制特性443

四、微波扫频信号发生器443

（一）扫频信号发生器的组成443

（三）固态扫频信号发生器444

（二）返波管扫频信号发生器444

9.2 频率和波长的测量445

一、频率标准445

二、频率的测量方法445

（一）外差法446

（二）计数法446

（三）无源法447

三、微波外差式频率计447

四、微波计数式频率计448

（一）数字式微波频率计的一般工作原理449

（二）扩展测量频率上限的方法451

五、微波谐振式频率计452

（一）微波谐振式频率计的结构452

（二）通过式接法与吸收式接法453

（三）影响谐振式频率计测量精度的因素454

9.3 信号电平和功率的测量455

一、信号电平的对数单位——分贝456

（一）信号电平456

（二）使用电平表示信号相对大小的优点456

二、信号电平指示器457

三、微波功率测量的基本方法458

（一）测热电阻法459

（二）热电偶法459

（三）量热法460

四、热电偶式中、小功率计460

（一）微波功率探头460

（二）功率指示器461

五、量热式大功率计461

一、驻波测量的目的和基本原理462

9.4 驻波测量462

二、开槽测量线法463

（一）驻波测量线464

（二）开槽测量线的基本测量方法465

三、反射计测量法467

（一）反射计467

（二）扫频反射计468

9.5 阻抗的测量470

一、开槽测量线法470

二、电桥法470

9.6 衰减的测量472

一、衰减的定义和基本测量方法472

（一）衰减与插入损耗的区别472

二、功率比法473

（二）衰减的基本测量方法473

三、替代法474

（一）高频替代法474

（二）中频替代法475

（三）低频替代法476

9.7 品质因数的测量476

一、功率传输法477

（一）通过式谐振腔Q值的测量477

（二）吸收式谐振腔Q值的测量479

二、功率反射法480

三、动态显示法483

本章小结484

附录Ⅰ486

附录Ⅱ489

参考书目490