本书系“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”。本书采用从场出发、场路结合的方法,围绕规则导行波系统和微波全面地讲述了微波技术的基本概念、理论、技术和分析方法。全书分为9章:绪论、导波的一般特性、典型导波系统的场分析、微波集成传输线、介质波导和光波导、传输线的电路理论、微波谐振器、微波网络基础、常用微波元件。各章均附有习题,书后附有习题答案。本书配有电子课件,可供任课教师参考。
本书可作为高等院校电子信息工程、通信工程、电子科学与技术以及相近专业的本科教材或教学参考书,亦可供从事微波和天线工作的科研人员和工程技术人员参考。
本书是在原有教材的基础上,结合编者的教学实践和科研工作经验,参考目前国内外同类教材,紧跟当代电子科学技术的发展趋势,反映本学科最新发展编写而成。本书在内容组织上注重基础性、系统性和实用性,精炼传统内容,注重基本概念及对工程问题处理方法的讲述。本书将“场”和“路”的概念有机地结合起来,使教材在连贯性、系统性和实用性方面更加突出。
本书在文字表达上力求简洁、清晰、流畅、易读,同时每章配有大量工程应用方面的例题和习题。附录是本书的必要补充。本书配有电子课件,可供任课教师参考。
绪论
0.1 微波的波长(或频率)范围
0.2 微波的主要特性
0.3 微波的应用
第1章 导波的一般特性
1.1 导波和导波系统
1.2 导波的场分析方法
1.3 导波的分类及各类导波的特性
1.4 导波的传输功率、能量及衰减
1.5 导波系统中截止状态下的场
习题
第2章 典型导波系统的场分析
2.1 同轴线
2.2 矩形波导
2.3 圆形波导
第1章 导波的一般特性
1.1 导波和导波系统
时变电场产生时变磁场,时变磁场又产生时变电场,如此进行下去,变化着的电场和磁场能传播开去就形成电磁波。
电磁波可分为自由空间波和导波。自由空间波是指在无界空间传播的电磁波。导波是在含有不同媒质边界的空间传播的电磁波,而构成这种边界的装置则称为导波系统,它的作用是束缚并引导电磁波传播。
导波系统的具体结构随着不同频段和实际需要而有所不同。
在低频,导波系统的形式很简单,两根导线就可以引导电磁波。这是因为导线之间的距离和导线的长度相对电磁波的波长来说小得可以忽略,两导线的电流反相,在空间同一点建立的场也反相并相互抵消,即低频电磁波沿导线传输几乎没有辐射损耗。同时频率低,导线的电阻损耗也可忽略。因此,低频对导波系统没有特殊要求。当频率增高致使波长与导线间的距离和导线的长度可以比拟时,情况就大不一样了,两导线的电流在空间建立的场不会反相相消而有辐射。频率高,导线电阻损耗也增大,因此任意的两根导线不能有效引导微波。
在微波波段,为减小双导线的辐射和电阻损耗,采用一种改进型双导线即平行双导体线。它是用线径较大、线间距较小的平行双导体构成。这种双导体线可用于微波低端——米波频率。随着频率的继续增加,平行双导体线辐射损耗严重。为避免辐射并进一步减少电阻损耗,出现了封闭式双导体导波系统即同轴线,它可用于分米波和厘米波。但频率增高到毫米波波段时,由于同轴线横向尺寸变小,内导体的损耗很大,功率容量也下降。为克服同轴线的这些缺点,理论和实践证明,可以去掉其内导体而作成空心单导体导波系统即柱面金属波导,它主要用于厘米波和毫米波。当频率增到毫米波、亚毫米波波段时,金属损耗已经很大,而在这些波段介质损耗还不算高,特别是低耗介质的出现,为发展新的导波系统——介质波导创造了条件。介质波导主要用于毫米波、亚毫米波乃至光波。
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