微波工程（第三版）

本书是微波工程领域的一本优秀教材，内容上既有深度又有广度。第1章至第4章介绍电磁场基本理论和电路理论，第5章至第12章利用相关的概念阐明各种微波电路和器件，第13章描述几种微波系统。在基本理论方面，既介绍经典的电磁场理论，又叙述了现代微波工程中常用的分布电路和网络分析方法。在微波电路和器件方面，除介绍传统的线性微波电路及波导型器件外，还增加了平面结构元件和集成电路的设计、振荡器的相位噪声、晶体管功率放大器、非线性效应以及当今微波工程师经常使用的工具，如微波CAD软件包和网络分析仪等内容。每章结尾提供了习题，书末提供了部分习题的答案，可供教师选用和学生自测。本书的特点是从基本概念出发，介绍了专用电路和器件的设计，以便读者理解如何应用基本概念得出有用的成果，提高读者运用理论解决实际问题的能力。

张肇仪，清华大学线电系教授，博士生导师，在天线与射频领域有较大影响力，出版教材多本，发表论文多篇。

目 录

第1章 电磁理论

1．1 微波工程简介

1．1．1 微波工程的应用

1．1．2 微波工程的简史

1．2 麦克斯韦方程

1．3 媒质中的场和边界条件

1．3．1 一般材料分界面上的场

1．3．2 介质分界面上的场

1．3．3 理想导体（电壁）分界面上的场

1．3．4 磁壁边界条件

1．3．5 辐射条件

1．4 波方程和基本平面波的解

1．4．1 亥姆霍兹方程

1．4．2 耗媒质中的平面波

1．4．3 一般有耗媒质中的平面波

1．4．4 良导体中的平面波

1．5 平面波的通解

1．5．1 圆极化平面波

1．6 能量和功率

1．6．1 良导体吸收的功率

1．7 媒质分界面上的平面波反射

1．7．1 普通媒质

1．7．2 耗媒质

1．7．3 良导体

1．7．4 理想导体

1．7．5 表面阻抗概念

1．8 斜入射到一个介电界面

1．8．1 平行极化

1．8．2 垂直极化

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 镜像理论

参考文献

习题

第2章 传输线理论

2．1 传输线的集总元件电路模型

2．1．1 传输线上的波传播

2．1．2 耗传输线

2．2 传输线的场分析

2．2．1 传输线参量

2．2．2 由场分析导出同轴线的电报方程

2．2．3 耗同轴线的传播常数、阻抗和功率流

2．3 端接负载的耗传输线

2．3．1 耗传输线的特殊情况

2．4 Smith圆图

2．4．1 组合阻抗-导纳的Smith圆图

2．4．2 开槽线

2．5 四分之一波长变换器

2．5．1 阻抗观点

2．5．2 多次反射观点

2．6 源和负载失配

2．6．1 负载与线匹配

2．6．2 源与带负载的线匹配

2．6．3 共轭匹配

2．7 有耗传输线

2．7．1 低耗线

2．7．2 畸变的传输线

2．7．3 端接的有耗传输线

2．7．4 计算衰减的微扰法

2．7．5 惠勒增量电感定则

参考文献

习题

第3章 传输线和波导

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 由电介质损耗引起的衰减

3．2 平行平板波导

3．2．1 TEM模

3．2．2 TM模

3．2．3 TE模

3．3 矩形波导

3．3．1 TE模

3．3．2 TM模

3．3．3 部分加载波导的TEm0模

3．4 圆波导

3．4．1 TE模

3．4．2 TM模

3．5 同轴线

3．5．1 TEM模

3．5．2 高阶模

3．6 接地介质板上的表面波

3．6．1 TM模

3．6．2 TE模

3．7 带状线

3．7．1 传播常数、特征阻抗和衰减的公式

3．7．2 近似的静电解

3．8 微带线

3．8．1 有效介电常数、特征阻抗和衰减的计算公式

3．8．2 近似的静电解

3．9 横向谐振法

3．9．1 部分加载矩形波导的TE0n模

3．10波速和色散

3．10．1群速

3．11传输线和波导小结

3．11．1其他类型的传输线和波导

参考文献

习题

第4章 微波网络分析

4．1 阻抗和等效电压与电流

4．1．1 等效电压与电流

4．1．2 阻抗概念

4．1．3 Z(ω)和Г(ω)的奇偶性

4．2 阻抗和导纳矩阵

4．2．1 互易网络

4．2．2 耗网络

4．3 散射矩阵

4．3．1 互易网络与耗网络

4．3．2 参考平面的移动

4．3．3 广义散射参量

4．4 传输（ABCD）矩阵

4．4．1 与阻抗矩阵的关系

4．4．2 二端口网络的等效电路

4．5 信号流图

4．5．1 信号流图的分解

4．5．2 TRL网络分析仪校正的应用

4．6 不连续性和模式分析

4．6．1 矩形波导中H平面阶梯的模式分析

4．7 波导的激励――电流和磁流

4．7．1 只激励一个波导模式的电流片

4．7．2 任意电流源或磁流源的模式激励

4．8 波导激励――小孔耦合

4．8．1 通过横向波导壁上小孔的耦合

4．8．2 通过波导宽壁上小孔的耦合

参考文献

习题

第5章 阻抗匹配和调谐

5．1 用集总元件匹配（L网络）

5．1．1 解析解法

5．1．2 Smith圆图解法

5．2 单短截线调谐

5．2．1 并联短截线

5．2．2 串联短截线

5．3 双短截线调谐

5．3．1 Smith圆图解法

5．3．2 解析解法

5．4 四分之一波长变换器

5．5 小反射理论

5．5．1 单节变换器

5．5．2 多节变换器

5．6 二项式多节匹配变换器

5．7 切比雪夫多节匹配变换器

5．7．1 切比雪夫多项式

5．7．2 切比雪夫变换器的设计

5．8 渐变传输线

5．8．1 指数渐变

5．8．2 三角形渐变

5．8．3 Klopfenstein渐变

5．9 Bode-Fano约束条件

参考文献

习题

第6章 微波谐振器

6．1 串联和并联谐振电路

6．1．1 串联谐振电路

6．1．2 并联谐振电路

6．1．3 有载和载Q

6．2 传输线谐振器

6．2．1 短路λ/2传输线

6．2．2 短路λ/4传输线

6．2．3 开路λ/2传输线

6．3 矩形波导谐振腔

6．3．1 谐振频率

6．3．2 TE10?模的Q值

6．4 圆波导腔

6．4．1 谐振频率

6．4．2 TEnm?模的Q

6．5 介质谐振腔

6．5．1 TE01δ模的谐振频率

6．6 谐振腔的激励

6．6．1 临界耦合

6．6．2 缝隙耦合微带谐振器

6．6．3 小孔耦合空腔谐振器

6．7 腔的微扰

6．7．1 材料微扰

6．7．2 形状微扰

参考文献

习题

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 三端口网络（T型结）

7．1．2 四端口网络（定向耦合器）

7．2 T型结功率分配器

7．2．1 耗分配器

7．2．2 电阻性分配器

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 波导定向耦合器

7．4．1 倍兹孔定向耦合器

7．4．2 多孔耦合器的设计

7．5 正交（90°）混合网络

7．5．1 偶-奇模分析

7．6 耦合线定向耦合器

7．6．1 耦合线理论

7．6．2 耦合线耦合器的设计

7．6．3 多节耦合线耦合器的设计

7．7 Lange耦合器

7．8 180°混合网络

7．8．1 环形混合网络的偶-奇模分析

7．8．2 渐变耦合线混合网络偶-奇模分析

7．8．3 波导魔T

7．9 其他耦合器

参考文献

习题

第8章 微波滤波器

8．1 周期结构

8．1．1 限长周期结构的分析

8．1．2 有负载的周期结构

8．1．3 k-β图和波速

8．2 用镜像参量法设计滤波器

8．2．1 二端口网络的镜像阻抗和传递函数

8．2．2 定k式滤波器节

8．2．3 m导出式滤波器节

8．2．4 复合滤波器

8．3 用插入损耗法设计滤波器

8．3．1 用功率损耗比表征

8．3．2 最平坦低通滤波器原型

8．3．3 等波纹低通滤波器原型

8．3．4 线性相位低通滤波器原型

8．4 滤波器转换

8．4．1 阻抗和频率定标

8．4．2 带通和带阻转换

8．5 滤波器的实现

8．5．1 理查德变换

8．5．2 科洛达恒等关系

8．5．3 阻抗和导纳倒相器

8．6 阶跃阻抗低通滤波器

8．6．1 短传输线段近似等效电路

8．7 耦合线滤波器

8．7．1 耦合线段的滤波器特性

8．7．2 耦合线带通滤波器的设计

8．8 耦合谐振器滤波器

8．8．1 用四分之一波长谐振器的带阻和带通滤波器

8．8．2 用电容性耦合串联谐振器的带通滤波器

8．8．3 用电容性耦合并联谐振器的带通滤波器

参考文献

习题

第9章 铁氧体元件的理论与设计

9．1 亚铁磁性材料的基本性质

9．1．1 磁导率张量

9．1．2 圆极化场

9．1．3 损耗效应

9．1．4 退磁因子

9．2 铁氧体中的平面波传播

9．2．1 在偏置场方向的传播（法拉第旋转）

9．2．2 垂直于偏置场的波传播（双折射）

9．3 在铁氧体加载的矩形波导中的波传播

9．3．1 载有单片铁氧体的波导的TEm0模

9．3．2 有两个对称铁氧体片的波导中的TEm0模

9．4 铁氧体隔离器

9．4．1 谐振隔离器

9．4．2 场位移隔离器

9．5 铁氧体相移器

9．5．1 非互易锁存相移器

9．5．2 其他类型的铁氧体相移器

9．5．3 回转器

9．6 铁氧体环形器

9．6．1 失配环形器的特性

9．6．2 结型环形器

参考文献

习题

第10章 噪声与有源射频元件

10．1 微波电路中的噪声

10．1．1 动态范围和噪声源

10．1．2 噪声功率与等效噪声温度

10．1．3 噪声温度的测量

10．1．4 噪声系数

10．1．5 级联系统的噪声系数

10．1．6 源二端口网络的噪声系数

10．1．7 失配有耗线的噪声系数

10．2 动态范围和交调失真

10．2．1 增益压缩

10．2．2 交调失真

10．2．3 3阶截断点

10．2．4 动态范围

10．2．5 级联系统的截断点

10．2．6 源交调

10．3 RF二极管特性

10．3．1 肖特基二极管和检波器

10．3．2 PIN二极管和控制电路

10．3．3 变容二极管

10．3．4 其他二极管

10．4 RF晶体管特性

10．4．1 场效应晶体管

10．4．2 双极结型晶体管

10．5 微波集成电路

10．5．1 混合微波集成电路

10．5．2 单片微波集成电路

参考文献

习题

第11章 微波放大器设计

11．1 二端口功率增益

11．1．1 二端口功率增益的定义

11．1．2 二端口功率增益的进一步讨论

11．2 稳定性

11．2．1 稳定性圆

11．2．2 条件稳定的检验

11．3 单级晶体管放大器设计

11．3．1 最大增益设计（共轭匹配）

11．3．2 等增益圆和固定增益的设计

11．3．3 低噪声放大器设计

11．4 宽带晶体管放大器设计

11．4．1 平衡放大器

11．4．2 分布放大器

11．5 功率放大器

11．5．1 功率放大器的特性和放大器类型

11．5．2 晶体管的大信号特性

11．5．3 A类功率放大器的设计

参考文献

习题

第12章 振荡器和混频器

12．1 RF振荡器

12．1．1 一般分析方法

12．1．2 使用共发射极的双极结型晶体管的振荡器

12．1．3 使用共栅极场效应晶体管的振荡器

12．1．4 实际考虑

12．1．5 晶体振荡器

12．2 微波振荡器

12．2．1 晶体管振荡器

12．2．2 介质谐振器振荡器

12．3 振荡器相位噪声

12．3．1 相位噪声的表示

12．3．2 振荡器相位噪声的Leeson模型

12．4 频率倍增器

12．4．1 电抗性二极管倍频器（Manley-Rowe关系）

12．4．2 电阻性二极管倍频器

12．4．3 晶体管倍频器

12．5 微波源概述

12．5．1 固态源

12．5．2 微波电子管

12．6 混频器

12．6．1 混频器特性

12．6．2 单端二极管混频器

12．6．3 单端FET混频器

12．6．4 平衡混频器

12．6．5 镜像抑制混频器

12．6．6 其他混频器

参考文献

习题

第13章 微波系统导论

13．1 天线的系统特征

13．1．1 天线辐射的场和功率

13．1．2 天线辐射图特征

13．1．3 天线的增益和效率

13．1．4 孔径效率和有效面积

13．1．5 背景温度和亮度温度

13．1．6 天线的噪声温度和G/T

13．2 线通信系统

13．2．1 Friis公式

13．2．2 线接收机结构

13．2．3 微波接收机的噪声特性

13．2．4 线系统

13．3 雷达系统

13．3．1 雷达方程

13．3．2 脉冲雷达

13．3．3 多普勒雷达

13．3．4 雷达截面

13．4 辐射计系统

13．4．1 辐射计的理论和应用

13．4．2 全功率辐射计

13．4．3 迪克辐射计

13．5 微波传输

13．5．1 大气的影响

13．5．2 大地的影响

13．5．3 等离子体效应

13．6 其他应用和专题

13．6．1 微波加热

13．6．2 功率传送

13．6．3 生物效应和安全性

参考文献

习题

附录

附录A 用于构成十进制倍数和分数单位的词头

附录B 矢量分析

附录C 贝塞尔函数

附录D 其他数学结果

附录E 物理常数

附录F 某些材料的电导率

附录G 一些材料的介电常数和损耗角正切

附录H 一些微波铁氧体材料的特性

附录I 标准矩形波导数据

附录J 标准同轴线数据

部分习题答案

索引