目录第一章童引论1.1微波及其特点1.2微波的应用+1.3本书的内容框图1.4导行波及其一般传输特性..本章提要.....13习题14.第二章传输线理论**162.1传输线方程16232.2分布参数阻抗..2.3无耗线工作状态分析…272.4有耗线的特性与计算312.5史密斯圆图38.2.6阻抗匹配：45...本章提要57习题58.第三章规则金属波导653.1矩形波导653.2圆形波导·773.3同轴线*843.4波导正规模的特性-893.5波导的激励…92.本章提要·101习题102第四章微波集成传输线…1054.1带状线105....4.2微带线1134.3耦合带状线和耦合微带线1244.4其它型式平面传输线132++.本章提要…140习题·141第五章毫米波介质波导与光波导1435.1表面波及其特性1435.2简单介质波导1485.3毫米波介质镜像线159
5.4光纤1615.5薄膜光波导1755.6带状光波导182...183本章提要，.习题184186第六章微波网络基础1866.1微波接头的等效网络6.2一端口网络的阻抗待性1921946.3微波网络的阻抗和导纳矩阵1976.4微波网络的散射矩阵.2056.5ABCD矩阵2096.6传输散射矩阵2116.7微波网络的信号流图本章提要，216-习题·217第七章微波谐振器2202207.1微波谐振器的基本特性与参数..:7.2串联和并联谐振电路225..7.3传输线谐振器2297.4金属波导谐振腔2357.5介质谐振器244·7.6法布里-珀罗谐振器2517.7谐振器的激励2547.8微波谐振腔的微扰理论260--本章提要，264...习题·265第八章常用微波元件2688.1一端口元件..2688.2二端口元件272.8.3三端口元件2778.4四端口元件2878.5微波周期结构302本章提要309习题310第九章微波铁氧体元件3169.1微波铁氧体的基本特性3169.2铁氧体媒质中的平面波3259.3铁氧体加载矩形波导3299. 4微波铁氧体隔离器-**331
9.5微波铁氧体相移器335.9.6微波铁氧体环行器..337本章提要.342习题·343..附录314附录一波导参数表341*+++附录二同轴线参数表347...附录三常用导体材料的特性·349附录四常用介质材料的特性350.参考书目：351
第一章 引论本章简述微波的特点和应用，介绍本书的内容，论述导行波概念及其一股传输特性，使读者对本书有个整体上的了解。1.1微波及其特点就现代微波理论和技术的研究和发展而论，微波（microwave）是指频率从300MHz至3000GHz范围内的电磁波，其相应的波长从1m至0.1mm。这段电磁频谱包括分米波（频率从300MHz至3000MHz）、厘米波（频率从3GHz至30GHz）、毫米波（频率从30GHz至300GHz）和亚毫米波（频率从300GHz至3000GHz）四个波段。在雷达、通信及常规微波技术中，常用拉丁字母代号表示微波的分波段。表1.1－1(α）、（6）分别示出常用微波分波段代号和家用电器的频段。表1. 1-1(a）常用微波分波段代号表1. 1 -1(6)家用电器的频段名称波段代号标称波长（cm）频率范围（Gllz）波长范围（cm）频率范围L221-230 - 15调幅无线电535-1605kHzS102-415-7.5短波无线电3-30MHzc54-87.5~3.75调频无线电88-108MHz3x8-123.75-2.5商用电视2Ku12-182.5-1.67[1-3频道48.5-72.5MHzK1.251. 67 - 1. 1118~274-5频道76- 92 MHzKa0.827 - 401. 11 - 0. 756-12频道167-223MHzU0.640-600. 75 - 0. 513-24额道470-566MHzV0. 460-800.50.37525-68频道606-958MHzw0.380-1000.375- 0. 3微波炉2.45 GHZ从电子学和物理学的观点看，微波这段电磁谱具有不同于其它波段的如下重要特点：似光性和似声性微波的波长很短，比地球上一般物体（如飞机、舰船、汽车、坦克、火箭、导弹、建筑物等)的尺寸相对要小得多，或在同一量级。这使微波的特点与几何光学相似，即所谓似光性。因此，使用微波工作，能使电路元件尺寸减小，使系统更加紧
微波技术基础2族：可以设计制成体积小、波束很窄、方向性很强、增益很高的天线系统，接收来自地面或宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体的方位和距离，分析目标的特征。由于微波的波长与物体（如实验室中的无线电设备）的尺寸具有相同的量级，使得微波的特点又与声波相近，即所谓似声性。例如微波波导类似于声学中的传声筒；喇叭天线和缝隙天线类似于声学喇叭、萧和笛：微波谐振腔类似于声学共鸣箱等。穿透性微波照射于物体（介质体）时，能深入物质内部：微波能穿透电离层，成为人类探测外层空间的“宇宙窗口”；微波能穿透云雾、雨、植被、积雪和地表层，具有全天候和全天时的工作能力，成为感技术的重要波段；微波能穿透生物体，成为医学透热疗法的重要手段毫米波还能穿透等离子体，是远程导弹和航天器重返大气层时实现通信和末制导的重要手段。非电离性微波的昼子能量还不够大，不足以改变物质分子的内部结构或破坏分子间的键。而由物理学知道，分子、原子和原子核在外加电磁场的周期力作用下所呈现的许多共振现象都发生在微波范围，因而微波为探索物质的内部结构和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面，利用这一特性和原理，可研制许多适用于微波波段的器件。信息性由于微波的频率很高，所以在不太大的相对带宽下，其可用的频带很宽，可达数百甚至上千兆赫。这是低频无线电波无法比拟的。这意味着微波的信息容量大，所以现代多路通信系统，包括卫星通信系统，几乎无例外地都是工作在微波波段。另外，微波信号还可提供相位信息、极化信息、多普勒频率信息。这在目标探测、遥感、目标特征分析等应用中是十分重要的。1.2 微波的应用由于微波具有上述重要特点，所以获得了广泛的应用。微波的应用包括作为信息载体的应用和作为微波能的应用两个方面。下面就其应用的主要领域加以简单介绍，微波的传统应用是雷达和通信。这是微波作为信息载体的应用。雷达是利用电磁波对目标进行探测和定位。现代雷达大多数是微波雷达。利用微波工作的雷达可以使用尺寸较小的天线，来获得很窄的波束宽度，以获取关于被测目标性质的更多的信息。雷达不仅用于军事，也用于民用，如导航、气象探测、大地测量、工业检测和交通管制等。由于微波具有频率高、频带宽、信息量大的特点，所以被广泛应用于各种通信业务、包括微波多路通信、微波中继通信、散射通信、移动通信和卫星通信。利用微波各波段的特点可作特殊用途的通信，例如从S到Ku波段的微波适用作以地面为基地的通信：毫米波适用于空间与空间的通信，毫米波段的60GHz频段的电波大气衰减较大，适于作近距离保密通信；而90GHz频段的电波在大气中的衰减却很小，是个窗口频段，适于作地空和远距离通信；对于很长距离的通信，则L波段更适合，因为在此波段容易获得较大的功率微波能的工衣业应用。微波作为能源的应用始于20世纪50年代后期，至60年代末，微波能应用随着微波炉的商品化进入家庭而得到大力发展。微波能应用包括微波的强功率应用和弱功率应用两个方面。强功率应用是微波加热：弱功率应用是用于各种电量和非电量（包括长度、速度、湿度、温度等）的测
第一章引论一3微波加热可以深入物体内部，热量产生于物体内部，不依靠热传导，外同时加热具有热效率高、节省能源、加热速度快、加热均匀等特点，便于自动化连续生产。用于食品工时，还有消毒作用，清洁卫生，既不污染食品，也不污染环境，而且不破坏食品的营养成份。微波加热现已被广泛应用于食品，橡胶、塑料、化学、木材加工、造纸、印、卷烟等工业中，在农业上，微波加热可用于灭虫、育种、育蚕、干燥谷物等。弱功率应用的电量和非电量的测量，其显著特点是不需要和被测量对象接触，因而是非接触式的无损测量，特别适宜于生产线测量或进行生产的自动控制。现在应用最多的是测量湿度，即测量物质（如煤、原油等）中的含水量。微波的生物医学应用，也属于微波能的加热应用。利用微波对生物体的热效应，选择性局部加热，是一种有效的热疗方法，临床上可用来治疗人体的各种疾病。微波的医学应用包括微波诊断、微波治疗、微波解冻、微波解毒和微波杀菌等。用微波对生物体作局部照射，可提高局部组织的新陈代谢，并诱导产生一系列的物理化学变化，从而达到解痉镇痛、抗炎脱敏、促进生长等作用，广泛用于治疗骨折、创伤、小儿肺部疾病、胰腺疾病等。国际上规定的允许用于工业、科学、医学的微波加热专用频率是915土25MHz、2450土50MHz、5800士75MHz和22125±125MHz。目前厂泛使用的是915MHz和2450MHz。需要指出的是，微波的生物医学效应不仅有对生物体的热效应，而且有非热效应，在某些情况下，后者比前者更为主要。微波的生物医学应用是利用微波有益的生物效应。微波的生物效应还有有害的效应，表现为超剂量的微波照射有三致作用：致癌、致畸和致突变，即是说，微波的致热作用既能治病又能致病，问题在于处理好微波的强度（包括频率）、照射时间和作用条件三者之间的关系。微波的三致作用按其机理可分为热效应和非热效应两种。热效应或称致热效应是指由于微波照射生物体引起其组织器官的加热作用所产生的生理影响；非热效应或称热外效应是除了对生物体组织和器官的加热作用以外的对生物体的其它特殊生理影响。这些影响是用别的加热手段不会产生的。微波对人体的伤害作用主要是热效应。大剂量或长时间的微波照射全身时，可以使人体温度升高，产生高温生理反应，使人体组织和器官受到损伤，最容易受到伤害的是眼睛和睾丸。因此，应该采取适当的防护措施，并应对微波源的功率泄漏规定安全标准。中国在1979年制定的《微波辐射暂行卫生标准》中规定：（1）一天八小时连续插射时，其剂量不应超过38μW/cm2；（2）短时间间断辐射及一天超过八小时照射时，一天总剂量不超过300μW·h/cm；（3）由于特殊情况需要在辐射剂量大于1mW/cm2环境中工作时，必须使用个人防护用品，但日剂量不得超过300μW·h/cm，一般不容许在剂量超过5mW/cm2的辐射环境下工作
微波技术基础1.3本书的内容框图2.传输线理论3.规则金服波导均匀传输线和波导理论基础4.微波集成传输线5.毫米波介质波导与光波导1.引论6.微波网络基础7.微波报器微波电路元件理论基础8.常用微被元件9.微波铁氟体元件1.4导行波及其一般传输特性微波电路是一种由各种导行系统构成的导行电磁波电路。其设计的理论基础之一是导行波基本理论，它主要包括导行波的模式及其在导行系统横截面内的场结构分析与导行波沿导行系统轴向的传输待性分析两方面。前者称为导行波理论的横向问题，它与导行系统的具体截面形状尺寸有关；后者称为导行波理论的纵向问题。对于规则导行系统，纵向问题具有一些通性。本节在讲解导行波基本概念的基础上，论述导行波的一般传输特性。1.导行波概念导行系统（guided system）用以约束或引导电磁波能量定向传输的结构。其主要功能有二：无辐射损耗地引导电磁波沿其轴向行进而将能盘从一处传输至另一处，称之为馈线；②设计构成各种微波电路元件，如滤波器、阻抗变换器、定向耦合器等。导行系统的种类可按其上的导行波分为三类：①)TEM或准TEM传输线；②封闭金属波导：3)表面波波导（或称开波导），如图1.4-1所示。导行波（guidedwave）能量的全部或绝大部分受导行系统的导体或介质的边界约束，在有限横截面内沿确定方向（--般为轴向）传输的电磁波，简单说就是沿导行系统定向
第一章川论(0)(a)(c)(8)(1)(5)(e)(g)()(2)(3)()(0)(3)图1.4-1导行系统种类（1）TEM或准TEM传输线；（2）金属波导；（3）丧面波波导(a）平行双导线，（n）同轴线：（e）带状线；（d）微带线；（e）矩形波导，（J）圆形波导；（g）脊形波导，（）椭圆波导：（i）介质波导：（）镜像线：（）单根表面波传输线传输的电磁波，简称为导波。各种传输线使电磁波能量约束或限制在导体之间空间沿其轴向传播其导行波是横电磁（TEM）波或准TEM波。封闭金属波导使电磁波能量完全限制在金属管内沿轴向传播、其导行波是横电（TE）波和横磁(TM)波。开波导使电磁波能量约束在波导结构的周围（波导内和波导表面附近）沿轴向传播、其导行波是表面波。导模（guidedmode）导行波的模式，又称传输模、正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。其特点是：（I)在导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布。且是完全确定的这一分布与频率无关，并与横截面在导行系统上的位置无关，②导模是离散的，具有离散谱，当工作频率一定时，每个导模具有唯一的传播常数；③导模之间相互正交，彼此独立互不耦合：具有截止特性，截止条件和截止波长因导行系统和模式而异。规则导行系统（regularguided system）无限长的笔直导行系统，其截面形状和尺寸、媒质分布情况、结构材料及边界条件沿轴向均不变化。2.导波场的分析如图1.4-2所示规则导行系统、设媒质为无耗、均匀、各向同性，媒质中无源：又设
微波技术基础6导行波的电场和磁场为时谐场，它们满足如下麦克斯韦方程：VXH=jeE(1. 4 -1)VXE=-juuH(1.4 - 2)V.H=0(1.4-3)V.E=0(1.4 4)(a)图1.1-2导行波沿规则波导(a)和传输线(0)的传播式中，&和"分别为媒质的介电常数和导磁率，为角频率。对于图1.4-2所示规则导行系统，采用广义柱坐标系（#、"，z)，设导波沿z向（轴向）传播，坐标与横向坐标4、”无关，则微分算符√和电场E、磁场H可以表示成V=V十2a/a2(1.4- 5)E(u,z)=E(u,p,z)+zB(u,n,2)(1.4 - 6)H(u,r,z)=H(u,",z)+zH(u,r,z)(1. 1- 7)足标t表示横向分量。将式(1.1-5)(1.4-7)代入方程(1.4-1)和方程(1.4-2)，展开后令方程两边的横向分量和纵向分量分别相等，得到V.XH,=jE(1. 4 - 8a)aHV.xz.+2x=jaPE(1. 4 - 86)dzV,XE=-jozH(1. 4 - 9a)VX+&×joH(1. 1 - 96)az将式(1.4-8%)两边乘以2，式(1.1-9%)两边作×9/2z运算，得到
第一章引论1aHXaz3H:是(V.×2B)+×x名jwiX2az3zaz由此两式消去H，可得是vB. + jop × VH.E(1.4 -10)dz同理可得aVH- joeaXVBH.(1.4 - 11)222式中2=@。式(1.4-10)和式（1.4-11)表明：规则导行系统中，导波场的横向分量可由纵向分量完全确定对式(1.4-9a）作√,×运算，得到(1. 4 - 12).X V.X E=-oV.XzH式(1.4-12)的左边，应用式(1.4~4)，变成VEV.X V.XE, = V(V,.E) -- VE =-V.而式(1.4-12)的右边，由式(1.1-8)，得到(joeE&×翌)=PE +2VBjoμVX2,=-jaaz于是式(1.4-12)变成+E=072即得到方程VE +RE =0(1. 4 - 13)同理可得VH+H-0(1. 4 - 14)式(1.4－13)和式(1.4-11)说明，导波的横向场满足量亥姆蛋兹（Helmholz)方程。它只有在直角坐标系中才能分解为两个标量亥姆垂兹方程。对式(1.4-11)作V.×运算，得到a++IV.XH=V.X VH, - jaeV.X 2 X VB =- jeVzB,22az应用式(1.4-8a），消除H，得到VE,+由于为常矢量，所以可移到微分号外并加以消除，即得到方程V25+2B=0(1. 4 - 15)同理可得VH,+RH,= 0(1.4- 16)式(1.1-15)和式(1.4-16)说明，规则导行系统中导波场的纵向分量满足标量亥姆霍兹方程