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本书对无线通信领域涉及的射频与微波工程做了基础性和实用性的介绍，通过强调传输线、电路与器件和电波传播的物理本质来揭示广泛的射频/微波主题。主要内容包括电磁波、传输线、无源电路、天线以及电波传播等。本书不仅涵盖了广泛的射频微波概念，而且还列举了大量与工程实践紧密相关的课题。作者将业界广泛使用的射频与微波设计工具，如电路仿真器、电磁仿真器和计算机可视化的史密斯圆图应用于各种电路/器件的分析与设计，以阐明在射频/微波工程实践中如何利用这些工具和方法来卓有成效地处理和解决各种难题。

目    录__eol__第1章  引言	1__eol__1.1  射频与微波的应用	1__eol__1.2  频段	2__eol__1.3  高频中的物理现象	4__eol__1.3.1  电短传输线	4__eol__1.3.2  大于十分之一波长的传输线	5__eol__1.3.3  辐射与天线	6__eol__1.4  后续章节概述	7__eol__参考文献	8__eol__第2章  电磁场与波	9__eol__2.1  电场和磁场	9__eol__2.1.1  静电场	9__eol__2.1.2  稳态电流和磁场	14__eol__2.1.3  差分矢量算子	18__eol__2.2  麦克斯韦方程	18__eol__2.2.1  时域差分形式	19__eol__2.2.2  时谐相关的差分形式	20__eol__2.2.3  积分形式	21__eol__2.2.4  要素关系和材料特性	22__eol__2.2.5  边界条件	24__eol__2.3  电磁问题的分类	25__eol__2.3.1  静态场	25__eol__2.3.2  准静态场	26__eol__2.3.3  耦合电磁场	26__eol__2.4  趋肤效应	27__eol__2.5  电磁波	29__eol__2.5.1  波动方程与平面波	29__eol__2.5.2  波的极化	33__eol__2.5.3  反射和折射	34__eol__2.5.4  球面波	39__eol__2.6  小结	40__eol__2.7  习题	41__eol__参考文献	42__eol__拓展阅读	42__eol__第3章  传输线理论及其瞬态信号	43__eol__3.1  传输线理论	43__eol__3.1.1  传输线的等效电路	43__eol__3.1.2  电报方程	44__eol__3.1.3  传输线上的电压和电流波	46__eol__3.1.4  终端加载的传输线	48__eol__3.1.5  输入阻抗	50__eol__3.1.6  无损传输线	51__eol__3.1.7  低损传输线	53__eol__3.1.8  不同终端的传输线	54__eol__3.1.9  无损传输线的阻抗变换	60__eol__3.1.10  反射系数	61__eol__3.1.11  史密斯圆图	63__eol__3.2  传输线上的瞬态信号	67__eol__3.2.1  阶跃函数	67__eol__3.2.2  矩形函数	74__eol__3.3  眼图	75__eol__3.4  小结	77__eol__3.5  习题	77__eol__参考文献	78__eol__拓展阅读	78__eol__第4章  传输线与波导	79__eol__4.1  概述	79__eol__4.2  同轴线	81__eol__4.2.1  特殊的电感和特征阻抗	81__eol__4.2.2  低损传输线的衰减	83__eol__4.2.3  频率范围	85__eol__4.2.4  应用领域	86__eol__4.3  微带线	87__eol__4.3.1  特征阻抗和有效介电常数	87__eol__4.3.2  色散与频率范围	89__eol__4.3.3  应用领域	90__eol__4.4  带状线	90__eol__4.4.1  特征阻抗	91__eol__4.4.2  频率范围	91__eol__4.5  共面线	92__eol__4.5.1  特征阻抗和有效介电常数	93__eol__4.5.2  地平面上的共面波导	93__eol__4.5.3  共面波导和空气桥	94__eol__4.5.4  频率范围	95__eol__4.5.5  应用领域	95__eol__4.6  矩形波导	96__eol__4.6.1  电边壁之间的电磁波	96__eol__4.6.2  主模（TE10）	98__eol__4.6.3  高阶模	102__eol__4.6.4  应用领域	102__eol__4.6.5  波导模式的激励	103__eol__4.6.6  腔体谐振	103__eol__4.7  圆波导	105__eol__4.8  双导体传输线	108__eol__4.8.1  特征阻抗	108__eol__4.8.2  应用领域	109__eol__4.9  三导体传输线	109__eol__4.9.1  奇偶模	109__eol__4.9.2  特征阻抗和传播常数	111__eol__4.9.3  奇偶模的传输线终端	113__eol__4.10  习题	113__eol__参考文献	114__eol__第5章  散射参数	115__eol__5.1  多端口网络描述	115__eol__5.2  归一化功率波	116__eol__5.3  散射参数与功率	118__eol__5.4  网络特性的S参数描述	120__eol__5.4.1  匹配	120__eol__5.4.2  复共轭匹配	121__eol__5.4.3  互易性	122__eol__5.4.4  对称性	123__eol__5.4.5  无源和无损电路	123__eol__5.4.6  单向电路	124__eol__5.4.7  三口网络的特征	124__eol__5.5  S参数的计算	124__eol__5.5.1  反射系数	124__eol__5.5.2  传输系数	125__eol__5.5.3  去归一化	127__eol__5.6  信号流方法	128__eol__5.6.1  单口网络/负载终端	129__eol__5.6.2  源	130__eol__5.6.3  双口网络	130__eol__5.6.4  三口网络	130__eol__5.6.5  四口网络	131__eol__5.7  S参数的测量	133__eol__5.8  习题	136__eol__参考文献	137__eol__扩展阅读	138__eol__第6章  射频元件与电路	139__eol__6.1  集总无源元件的等效电路	139__eol__6.1.1  电阻器	139__eol__6.1.2  电容器	141__eol__6.1.3  电感器	141__eol__6.2  传输线谐振器	143__eol__6.2.1  半波谐振器	143__eol__6.2.2  四分之一波长谐振器	145__eol__6.3  阻抗匹配	146__eol__6.3.1  LC网络	146__eol__6.3.2  分立元件匹配电路	148__eol__6.4  滤波器	151__eol__6.4.1  经典LC滤波器设计	152__eol__6.4.2  巴特沃尔斯滤波器	153__eol__6.5  传输线滤波器	159__eol__6.5.1  边缘耦合线滤波器	159__eol__6.5.2  发夹线滤波器	164__eol__6.5.3  阶梯阻抗滤波器	164__eol__6.5.4  寄生腔体谐振	165__eol__6.5.5  波导滤波器	166__eol__6.6  环形器	167__eol__6.7  功分器	169__eol__6.7.1  威尔金森功分器	169__eol__6.7.2  不等分功分器	170__eol__6.8  分支线耦合器	172__eol__6.8.1  常规3dB耦合器	172__eol__6.8.2  不等分分支线耦合器	174__eol__6.9  鼠环耦合器	175__eol__6.10  定向耦合器	176__eol__6.11  平衡-不平衡电路	178__eol__6.12  电子电路	179__eol__6.12.1  混频器	181__eol__6.12.2  放大器和振荡器	183__eol__6.13  射频设计软件	184__eol__6.13.1  射频电路仿真器	184__eol__6.13.2  三维电磁仿真器	184__eol__6.14  习题	187__eol__参考文献	188__eol__扩展阅读	189__eol__第7章  天线	190__eol__7.1  基本参数	190__eol__7.1.1  近场和远场	190__eol__7.1.2  各向同性辐射器	192__eol__7.1.3  辐射模式及其相关参数	192__eol__7.1.4  阻抗匹配和带宽	196__eol__7.2  天线的标准类型	197__eol__7.3  赫兹偶极子的数学处理	199__eol__7.4  线天线	202__eol__7.4.1  半波偶极子	202__eol__7.4.2  单极子	205__eol__7.4.3  减天线高度的概念	205__eol__7.5  平面天线	206__eol__7.5.1  矩形贴片天线	207__eol__7.5.2  圆极化贴片天线	211__eol__7.5.3  平面偶极子和倒F天线	213__eol__7.6  天线阵列	214__eol__7.6.1  单元件辐射模式和阵列因子	214__eol__7.6.2  相控阵天线	217__eol__7.6.3  波束形成	221__eol__7.7  现代天线概念	222__eol__7.8  习题	223__eol__参考文献	223__eol__拓展阅读	224__eol__第8章  无线电波的传播	225__eol__8.1  传播机理	225__eol__8.1.1  反射和折射	225__eol__8.1.2  吸收	226__eol__8.1.3  衍射	226__eol__8.1.4  散射	227__eol__8.1.5  多普勒效应	228__eol__8.2  基本的传播模型	230__eol__8.2.1  自由空间的损耗	230__eol__8.2.2  空气的衰减	232__eol__8.2.3  平面地球损耗	233__eol__8.2.4  点对点无线链路	235__eol__8.2.5  分层介质	237__eol__8.3  路径损耗模型	238__eol__8.3.1  多径环境	239__eol__8.3.2  杂波因子模型	240__eol__8.3.3  奥村-哈塔（Okumara-Hata）模型	241__eol__8.3.4  物理模型和数值方法	242__eol__8.4  习题	244__eol__参考文献	244__eol__拓展阅读	244__eol__附录A	245__eol__A.1  坐标系	245__eol__A.1.1  笛卡儿坐标系	245__eol__A.1.2  圆柱坐标系	246__eol__A.1.3  球坐标系	247__eol__A.2  对数描述	248__eol__A.2.1  无量纲的量	248__eol__A.2.2  相对和绝对比	248__eol__A.2.3  链路预算	249__eol__附录B  术语中英对照表	250

代    序__eol__无线技术已经成为人们日常生活不可分割的一部分，无线数字通信、无线网络融入了每个人的生活，手机上网随处可见。工业、农业、航空航天领域更是离不开无线技术，雷达、导航、空间探测、遥感技术、射频识别，乃至地震、地质灾害预测等等都离不开无线技术。无线技术的基础——射频和微波工程则成为电子工程、通信工程、网络工程等专业的一门必修课程，更是该领域工程师们的基本技能。__eol__在无线技术领域为了更好地利用宝贵的电磁频谱，设计更加有效率的天线，一直使用相对高的载波频率。毫无疑问，这些频率范围占据了射频到微波频段。不仅如此，人们会发现现代高速数据的传输速率达几百兆比特/秒，甚至更高。这样高的传输速率已经完全跨入了射频频率范围。产生、处理、传输这样的数据的相关电路技术已进入了射频、微波领域。数字电路设计工程师面临新的挑战：数据传输需要更加精细的处理，必须考虑传输线的时延、失配和传输线向外辐射而引起的互相耦合问题；相邻元件之间的互耦、寄生参数带来的影响等问题必须纳入高速数字电路设计中考虑。因此，现代高速数字电路已经迈入射频与微波电路领域。__eol__射频与微波领域覆盖了很宽范围的主题，从大的方面分可分为有源电路和无源电路。本书主要讨论无源射频和微波电路，与我国这方面的教材和著作不同，它还包含该领域重要的内容——天线，这是该书鲜明的特点。本书的另一特点是：基本概念非常清晰，而且从与以往不同的方面去阐述，有些提法非常新颖而且有趣，可以从烦琐的MAXWELL方程中解脱出来。即使长期从事该领域的老技术人员读起本书来也会耳目一新，对人有所启发。__eol__张玉兴教授和陈会副教授长期从事射频、微波电路的教学与科研工作，在无线电接收和发射系统、固态功率放大器、高线性大动态接收机、功率放大器线性化技术、高稳定频率源等领域有所建树。张玉兴教授在2000年成立成都赛英科技有限公司，经过十几年的努力，成为上述几个领域集科研与生产为一体的机构。张玉兴教授在2013年由电子工业出版社出版了一部著作《射频与微波晶体管功率放大器工程》，并且有幸成为成都宝通天宇电子科技有限公司的顾问，因为该公司主要从事射频与微波晶体管功率放大器的科研开发和生产。特别要提到的是，该公司研发的UHF和S波段的前馈功率放大器已批量生产，装备有关单位，其指标达到了国际同类产品的先进水平。__eol__本书由电子科技大学副教授陈会博士翻译，张玉兴教授审校。本书能够顺利出版，除了得到了电子工业出版社刘海艳编辑的大力帮助外，还得到了成都赛英科技有限公司和成都宝通天宇电子科技有限公司的资助。此书的出版对无线技术领域做出了无私的贡献，在此对译者和电子工业出版社表示衷心的感谢。__eol____eol__成都赛英科技有限公司总经理  易增辉__eol__  成都宝通天宇电子科技有限公司总经理  王文林__eol____eol__前    言__eol__本书的目的主要是让学生对射频和微波工程的基本原理以及无线通信的物理特性有一个基本而又实用的理解。__eol__近年来，无线技术已经引起了日益的关注，特别是在通信领域（例如数据网络、移动电话）、射频识别（RFID）、导航（GPS）及探测（雷达）方面。自此以后，无线电应用一直在使用相对高的载波频率，这将有利于更好地使用电磁频谱和允许设计更多有效的天线。基于低成本的制造工艺和现代计算机辅助设计工具，未来新的应用领域将使用更宽的带宽。__eol__如果我们来看一下今天的电路技术，会发现高数据率的高速数字电路到达了射频范围。结果是，数字电路设计师面临新的设计挑战：传输线需要更加精细的处理，相邻元件之间的寄生耦合变得越来越明显，谐振结构表现出意想不到的电磁辐射，而分布式结构可能会提供比经典集总元件更好的优点。因此，数字技术会迈向使用射频概念的方向发展，如使用诸如传输线理论和基于电磁场的设计方法。__eol__在今天的很多技术产品中，各种无线电应用和高数据率通信系统随处可见，比如，曾经一度认为是仅仅与机械相关的汽车行业。因此，射频技术的基本原理在今天不再只是一个独立的领域，而是提供了诸如电气工程、信息和通信技术以及机电与汽车工程等各种领域的基础。__eol__射频与微波领域覆盖了很宽范围的主题，当然，整个内容超出了本书所关注为基础课题的范畴。与经典电气工程相比，高频技术的显著特征是其结构尺寸相对于波长而言不再是小得可以忽略不计，其结果是电波传播过程导致典型的高频现象：反射、谐振和辐射。因此，本书关注的中心是电波传播及其描述、它的影响和在无源电路与天线结构中的应用。__eol__本书将不涉及有源电子元件，像晶体管和高频电路的整个频谱，如放大器、混频器以及振荡器的设计。为了详细处理这类问题，需要电子电路设计理论和半导体物理的基础知识，这些主题都将超过本书的范围。 __eol__如果我们今天来看一下概念化的射频元件和天线，将会清晰地发现：用于电子设计自动化（EDA）的软件工具已经变成了整个设计过程的基本部分。因此，各种设计实例综合使用了电路仿真器和电磁仿真器两种软件。本书使用了如下软件工具：__eol__  安捷伦公司的ADS（先进的设计系统）软件；__eol__  IMST GmbH公司的Empire软件；__eol__  安捷伦公司的EMPro软件。__eol__由于这些软件产品的市场一直在变化，因此，强力推荐读者根据自身情况找到最适合自己的产品开始研究。__eol__在每章之后有习题以便加深读者对于本章内容的理解，习题答案可以在如下网站找到：__eol__http://www.fh-dortmund.de/gustrau_rf_textbook__eol__最后，我满怀感激之情：感谢我的同事和学生对于本书的出版所提供的有益建议或在课堂上的有益讨论。同时，感谢我的家人对完成本书的一贯支持。__eol__Frank Gustrau __eol__德国 多特蒙德

通信和射频

陈会，男，博士（后），副教授。2014年1月至2015年1月以访问学者的身份在英国利兹大学进行为期1年的学术访问与交流；2012年3月，博士后研究出站；2008年12月，获电子科技大学电路与系统专业工学博士学位；2002年3月，获电子科技大学无线电物理专业理学硕士学位；1995年6月，获吉林工业大学（现吉林大学）重机专业工学学士学位。先后在徐州工程集团、四川大学从事产品研发和教学科研，并于2009年1月留校就职于电子科技大学。目前主要研究方向与兴趣：现代无线系统与射频/微波前端电路、高速PCB的信号完整性以及信息安全与赛博空间控制技术等。主要学术或业绩成果：先后承担或作为主研参与国家级、省部级科研项目10余项，以第一作者身份发表科研论文近四十余篇，其中SCI/EI检索论文29篇。1篇关于超宽带方面的学术论文，三年内SCI他引次数近30次。目前，与他人合作出版学术专著1部和主编教材1部（2015年3月出版）。作者先后主讲《射频通信电路》、《雷达原理》以及《射频电子线路》等主干课程。

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射频与微波工程：无线通信基础