This page is intentionally left bla

This page is intentionally left blank
Microwave Engineering
This page is intentionally left blank
Microwave Engineering
Fourth Edition
David M. Pozar
University of Massachusetts at Amherst
John Wiley & Sons, Inc.
Vice President & Executive Publisher Don Fowley
Associate Publisher Dan Sayre
Content Manager Lucille Buonocore
Senior Production Editor Anna Melhorn
Marketing Manager Christopher Ruel
Creative Director Harry Nolan
Senior Designer Jim O’Shea
Production Management Services Sherrill Redd of Aptara
Editorial Assistant Charlotte Cerf
Lead Product Designer Tom Kulesa
Cover Designer Jim O’Shea
This book was set in Times Roman 10/12 by Aptara
R
, Inc. and printed and bound by
Hamilton Printing. The cover was printed by Hamilton Printing.
CopyrightC
2012, 2005, 1998 by John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in
any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, scanning or
otherwise, except as permitted under Sections 107 or 108 of the 1976 United States Copyright
Act, without either the prior written permission of the Publisher, or authorization through
payment of the appropriate per-copy fee to the Copyright Clearance Center, Inc. 222
Rosewood Drive, Danvers, MA 01923, website www.copyright.com. Requests to the
Publisher for permission should be addressed to the Permissions Department, John Wiley &
Sons, Inc., 111 River Street, Hoboken, NJ 07030-5774, [phone], fax [phone],
website http://www.wiley.com/go/permissions.
Founded in 1807, John Wiley & Sons, Inc. has been a valued source of knowledge and
understanding for more than 200 years, helping people around the world meet their needs and
fulfill their aspirations. Our company is built on a foundation of principles that include
responsibility to the communities we serve and where we live and work. In 2008, we
launched a Corporate Citizenship Initiative, a global effort to address the environmental,
social, economic, and ethical challenges we face in our business. Among the issues we are
addressing are carbon impact, paper specifications and procurement, ethical conduct within
our business and among our vendors, and community and charitable support. For more
information, please visit our website: www.wiley.com/go/citizenship.
Evaluation copies are provided to qualified academics and professionals for review purposes
only, for use in their courses during the next academic year. These copies are licensed and
may not be sold or transferred to a third party. Upon completion of the review period, please
return the evaluation copy to Wiley. Return instructions and a free of charge return shipping
label are available at www.wiley.com/go/returnlabel. Outside of the United States, please
contact your local representative.
Library of Congress Cataloging-in-Publication Data
Pozar, David M.
Microwave engineering/David M. Pozar.—4th ed.
p. cm.
Includes bibliographical references and index.
ISBN 978-0-470-63155-3 (hardback : acid free paper)
1. Microwaves. 2. Microwave devices. 3. Microwave circuits. I. Title.
TK7876.P69 2011
621.381’3—dc23 2011033196
Printed in the United States of America
10987654321
Preface
The continuing popularity ofMicrowave Engineeringis gratifying. I have received many
letters and emails from students and teachers from around the world with positive comments and suggestions. I think one reason for its success is the emphasis on the fundamentals of electromagnetics, wave propagation, network analysis, and design principles
as applied to modern RF and microwave engineering. As I have stated in earlier editions,
I have tried to avoid the handbook approach in which a large amount of information is
presented with little or no explanation or context, but a considerable amount of material
in this book is related to the design of specific microwave circuits and components, for
both practical and motivational value. I have tried to base the analysis and logic behind
these designs on first principles, so the reader can see and understand the process of applying fundamental concepts to arrive at useful results. The engineer who has a firm grasp
of the basic concepts and principles of microwave engineering and knows how these can
be applied toward practical problems is the engineer who is the most likely to be rewarded
with a creative and productive career.
For this new edition I again solicited detailed feedback from teachers and readers for
their thoughts about how the book should be revised. The most common requests were
for more material on active circuits, noise, nonlinear effects, and wireless systems. This
edition, therefore, now has separate chapters on noise and nonlinear distortion, and active devices. In Chapter 10, the coverage of noise has been expanded, along with more
material on intermodulation distortion and related nonlinear effects. For Chapter 11, on
active devices, I have added updated material on bipolar junction and field effect transistors, including data for a number of commercial devices (Schottky and PIN diodes, and Si,
GaAs, GaN, and SiGe transistors), and these sections have been reorganized and rewritten.
Chapters 12 and 13 treat active circuit design, and discussions of differential amplifiers,
inductive degeneration for nMOS amplifiers, and differential FET and Gilbert cell mixers have been added. In Chapter 14, on RF and microwave systems, I have updated and
added new material on wireless communications systems, including link budget, link margin, digital modulation methods, and bit error rates. The section on radiation hazards has
been updated and rewritten. Other new material includes a section on transients on transmission lines (material that was originally in the first edition, cut from later editions, and
now brought back by popular demand), the theory of power waves, a discussion of higher
order modes and frequency effects for microstrip line, and a discussion of how to determine unloadedQfrom resonator measurements. This edition also has numerous new or
revised problems and examples, including several questions of the “open-ended” variety.
Material that has been cut from this edition includes the quasi-static numerical analysis of
microstrip line and some material related to microwave tubes. Finally, working from the
original source files, I have made hundreds of corrections and rewrites of the original text.
v
vi Preface
Today, microwave and RF technology is more pervasive than ever. This is especially
true in the commercial sector, where modern applications include cellular telephones,
smartphones, 3G and WiFi wireless networking, millimeter wave collision sensors for vehicles, direct broadcast satellites for radio, television, and networking, global positioning
systems, radio frequency identification tagging, ultra wideband radio and radar systems,
and microwave remote sensing systems for the environment. Defense systems continue to
rely heavily on microwave technology for passive and active sensing, communications, and
weapons control systems. There should be no shortage of challenging problems in RF and
microwave engineering in the foreseeable future, and there will be a clear need for engineers having both an understanding of the fundamentals of microwave engineering and the
creativity to apply this knowledge to problems of practical interest.
Modern RF and microwave engineering predominantly involves distributed circuit
analysis and design, in contrast to the waveguide and field theory orientation of earlier
generations. The majority of microwave engineers today design planar components and integrated circuits without direct recourse to electromagnetic analysis. Microwave computeraided design (CAD) software and network analyzers are the essential tools of today’s
microwave engineer, and microwave engineering education must respond to this shift in
emphasis to network analysis, planar circuits and components, and active circuit design.
Microwave engineering will always involve electromagnetics (many of the more sophisticated microwave CAD packages implement rigorous field theory solutions), and students
will still benefit from an exposure to subjects such as waveguide modes and coupling
through apertures, but the change in emphasis to microwave circuit analysis and design
is clear.
This text is written for a two-semester course in RF and microwave engineering for
seniors or first-year graduate students. It is possible to useMicrowave Engineeringwith or
without an electromagnetics emphasis. Many instructors today prefer to focus on circuit
analysis and design, and there is more than enough material in Chapters 2, 4–8, and 10–14
for such a program with minimal or no field theory requirement. Some instructors may wish
to begin their course with Chapter 14 on systems in order to provide some motivational
context for the study of microwave circuit theory and components. This can be done, but
some basic material on noise from Chapter 10 may be required.
Two important items that should be included in a successful course on microwave
engineering are the use of CAD simulation software and a microwave laboratory experience. Providing students with access to CAD software allows them to verify results of the
design-oriented problems in the text, giving immediate feedback that builds confidence and
makes the effort more rewarding. Because the drudgery of repetitive calculation is eliminated, students can easily try alternative approaches and explore problems in more detail.
The effect of line losses, for example, is explored in several examples and problems; this
would be effectively impossible without the use of modern CAD tools. In addition, classroom exposure to CAD tools provides useful experience upon graduation. Most of the
commercially available microwave CAD tools are very expensive, but several manufacturers provide academic discounts or free “student versions” of their

Kết quả (Việt) 2:

Trang này được cố tình để trống
Engineering Microwave
Trang này được cố tình để trống
Microwave Engineering
Thứ tư bản
David M. Pozar
Đại học Massachusetts Amherst
John Wiley & Sons, Inc.
Phó Chủ tịch & Nhà xuất bản điều hành Don Fowley
Associate Publisher Dan Sayre
Content Manager Lucille Buonocore
Senior sản xuất biên tập Anna Melhorn
Marketing Manager Christopher Ruel
Giám đốc sáng tạo Harry Nolan
Designer Senior O'Shea Jim
Dịch vụ Quản lý sản xuất Sherrill Redd của Aptara
biên tập Assistant Charlotte Cerf
Designer Chì Sản phẩm Tom Kulesa
Bìa Designer Jim O'Shea
Cuốn sách này đã được thiết lập tại Times Roman 10/12 bởi Aptara
R?, Inc. in ấn và ràng buộc bởi
Hamilton In ấn. Các trang bìa được in bởi Hamilton In ấn.
CopyrightC? 2012, 2005, 1998 bởi John Wiley & Sons, Inc. Tất cả quyền được bảo lưu.
Không có phần nào của ấn phẩm này có thể được sao chép, lưu trữ trong hệ thống phục hồi hoặc chuyển
hình thức nào hoặc bằng bất kỳ phương tiện , điện tử, cơ khí, photocopy, ghi âm, quét hoặc
nếu không, trừ khi được cho phép quy định trong điều 107 hoặc 108 của Copyright 1976 Hoa Kỳ
luật, không có hai sự cho phép trước bằng văn bản của các nhà xuất bản, hoặc ủy quyền thông qua
thanh toán phù hợp phí cho mỗi bản sao cho Trung tâm Kiểm định Bản Quyền, Inc. 222
Rosewood Drive, Danvers, MA 01.923, website www.copyright.com. Các yêu cầu cho các
nhà xuất bản cho phép phải được gửi đến Cục Quyền, John Wiley &
Sons, Inc., 111 River Street, Hoboken, NJ 07030-5774, [phone], fax [phone],
trang web http :. //www.wiley.com/go/permissions
Được thành lập vào năm 1807, John Wiley & Sons, Inc đã là một nguồn quan trọng kiến thức và
sự hiểu biết trong hơn 200 năm qua, giúp đỡ mọi người trên khắp thế giới đáp ứng được nhu cầu của họ và
thực hiện của họ nguyện vọng. Công ty chúng tôi được xây dựng trên một nền tảng của nguyên tắc đó bao gồm
trách nhiệm với cộng đồng chúng tôi phục vụ và nơi chúng ta đang sống và làm việc. Trong năm 2008, chúng tôi
đưa ra một sáng kiến công dân doanh nghiệp, một nỗ lực toàn cầu để giải quyết môi trường,
thách thức xã hội, kinh tế và đạo đức mà chúng ta gặp trong kinh doanh của chúng tôi. Trong số những vấn đề chúng ta đang
giải quyết những tác động carbon, thông số kỹ thuật giấy và mua sắm, hành vi đạo đức trong
kinh doanh của chúng tôi và các nhà cung cấp của chúng tôi trong, và cộng đồng và hỗ trợ từ thiện. Để biết thêm
thông tin, vui lòng truy cập trang web của chúng tôi:. Www.wiley.com/go/citizenship
bản đánh giá được cung cấp cho các học giả và các chuyên gia có trình độ cho mục đích xem xét
chỉ, để sử dụng trong các khóa học của họ trong các năm học tiếp theo. Những bản sao được cấp phép và
không được bán hoặc chuyển giao cho một bên thứ ba. Sau khi hoàn thành giai đoạn xem xét, xin vui lòng
gửi bản đánh giá để Wiley. Hướng dẫn trở lại và miễn phí vận chuyển phí trở lại
nhãn có sẵn tại www.wiley.com/go/returnlabel. Bên ngoài của Hoa Kỳ, xin vui lòng
liên hệ với đại diện địa phương của bạn.
Thư viện Quốc hội Cataloging-in-Xuất bản dữ liệu
Pozar, David M.
lò vi sóng kỹ thuật / David M. Pozar.-4th ed.
P. . cm
Bao gồm tài liệu tham khảo và chỉ mục.
ISBN 978-0-470-63155-3 (bìa cứng: axit giấy miễn phí)
1. Lò vi sóng. 2. Thiết bị lò vi sóng. 3. Microwave mạch. I. Title.
TK7876.P69 2011
621.381'3-dc23 2011033196
in tại Hoa Kỳ của Mỹ
10987654321
Lời nói đầu
Sự phổ biến tiếp tục ofMicrowave Engineeringis hài lòng. Tôi đã nhận được rất nhiều
thư và email từ học sinh và giáo viên từ khắp nơi trên thế giới với ý kiến tích cực và góp ý. Tôi nghĩ rằng một lý do cho sự thành công của nó là sự nhấn mạnh trên nguyên tắc cơ bản của điện từ trường, tuyên truyền sóng, phân tích mạng, và các nguyên tắc thiết kế
như áp dụng cho RF hiện đại và kỹ thuật vi sóng. Như tôi đã nói trong các phiên bản trước đó,
tôi đã cố gắng để tránh những cách tiếp cận cuốn sổ tay trong đó một số lượng lớn thông tin được
trình bày với ít hoặc không có lời giải thích hoặc ngữ cảnh, nhưng một số lượng đáng kể nguyên liệu
trong cuốn sách này có liên quan đến việc thiết kế của lò vi sóng cụ thể mạch và các thành phần, đối với
giá trị thực tiễn và động lực. Tôi đã cố gắng để làm cơ sở phân tích và logic đằng sau
những thiết kế trên nguyên tắc đầu tiên, vì vậy người đọc có thể thấy và hiểu được quá trình áp dụng các khái niệm cơ bản để đi đến kết quả hữu ích. Các kỹ sư đã nắm vững
các khái niệm cơ bản và nguyên tắc của kỹ thuật vi sóng và biết cách này có thể
được áp dụng đối với các vấn đề thực tế là người kỹ sư là có khả năng để được khen thưởng nhất
với một sự nghiệp sáng tạo và hiệu quả.
Đối với phiên bản mới này, tôi một lần nữa trưng cầu ý kiến phản hồi chi tiết từ giáo viên và độc giả cho
những suy nghĩ của họ về cách cuốn sách nên được xem xét lại. Các yêu cầu phổ biến nhất là
cho vật liệu nhiều hơn vào các mạch hoạt động, tiếng ồn, hiệu ứng phi tuyến, và các hệ thống không dây. Đây
phiên bản, do đó, hiện nay có chương riêng về tiếng ồn và méo phi tuyến, và các thiết bị đang hoạt động. Trong Chương 10, độ che phủ của tiếng ồn đã được mở rộng, cùng với nhiều
tài liệu về méo xuyên điều chế và các hiệu ứng phi tuyến liên quan. Đối với Chương 11, trên
các thiết bị hoạt động, tôi đã thêm tài liệu cập nhật về lưỡng cực nối và hiệu quả lĩnh vực bóng bán dẫn, bao gồm dữ liệu cho một số thiết bị thương mại (Schottky và PIN điốt, và Si,
GaAs, GaN, và SiGe bóng bán dẫn), và các bộ phận đã được tổ chức lại và viết lại.
Chương 12 và 13 thiết kế mạch điều trị tích cực, và các cuộc thảo luận của các bộ khuếch đại khác biệt,
thoái hóa quy nạp cho nMOS khuếch đại, và FET khác biệt và Gilbert trộn di động đã được thêm vào. Trong chương 14, trên các hệ thống RF và lò vi sóng, tôi đã cập nhật và
thêm tài liệu mới trên các hệ thống truyền thông không dây, bao gồm cả ngân sách liên kết, lợi nhuận liên kết, phương pháp điều chế kỹ thuật số, và tỷ lệ lỗi bit. Phần về các mối nguy hiểm bức xạ đã
được cập nhật và viết lại. Vật liệu mới khác bao gồm một phần vào quá độ trên đường dây tải điện (một loại vật liệu ban đầu trong ấn bản đầu tiên, cắt từ các phiên bản sau này, và
hiện nay đã mang lại bởi nhu cầu phổ biến), lý thuyết về sóng điện, một cuộc thảo luận về cao hơn
chế độ tự và hiệu ứng tần số cho dòng microstrip, và một cuộc thảo luận về làm thế nào để xác định các phép đo unloadedQfrom cộng hưởng. Phiên bản này cũng có rất nhiều mới hoặc
các vấn đề và các ví dụ sửa đổi, trong đó có một số câu hỏi của các "mở-kết thúc" nhiều.
Chất liệu đã được cắt giảm từ phiên bản này bao gồm các phân tích số quasi-static của
dòng microstrip và một số tài liệu liên quan đến ống lò vi sóng. Cuối cùng, làm việc từ các
tập tin nguồn gốc, tôi đã thực hiện hàng trăm các chỉnh sửa và ghi lại các văn bản gốc.
V
vi Lời nói đầu
Ngày nay, lò vi sóng và công nghệ RF là hơn phổ biến hơn bao giờ hết. Điều này đặc biệt
đúng trong lĩnh vực thương mại, nơi các ứng dụng hiện đại bao gồm điện thoại di động,
điện thoại thông minh, 3G và kết nối mạng không dây WiFi, cảm biến va chạm sóng milimet cho xe, các vệ tinh phát sóng trực tiếp cho đài phát thanh, truyền hình và mạng, định vị toàn cầu
hệ thống, gắn thẻ vô tuyến nhận dạng tần số , radio siêu băng rộng và các hệ thống radar,
và lò vi sóng hệ thống viễn thám cho môi trường. Hệ thống phòng thủ tiếp tục
phụ thuộc nhiều vào công nghệ vi sóng cho động và thụ động cảm biến, truyền thông, và
hệ thống kiểm soát vũ khí. Có nên không thiếu các vấn đề thách thức trong RF và
kỹ thuật vi sóng trong tương lai gần, và sẽ có một nhu cầu rõ ràng cho các kỹ sư có cả sự hiểu biết về các nguyên tắc cơ bản của kỹ thuật vi sóng và
sáng tạo để áp dụng kiến thức này để các vấn đề quan tâm thiết thực.
RF hiện đại và kỹ thuật vi sóng chủ yếu liên quan đến việc phân bố mạch
phân tích và thiết kế, trái ngược với các ống dẫn sóng và lĩnh vực định hướng lý thuyết trước đó
nhiều thế hệ. Phần lớn các kỹ sư vi sóng ngày nay thành phần thiết kế phẳng và mạch tích hợp mà không cần đến trực tiếp để phân tích điện. Lò vi sóng thiết kế computeraided (CAD) phần mềm và mạng lưới phân tích là những công cụ quan trọng của ngày hôm nay của
kỹ sư vi sóng, và giáo dục kỹ thuật vi sóng phải đáp ứng sự thay đổi trong
trọng tâm để phân tích mạng, mạch phẳng và các thành phần, và thiết kế mạch tích cực.
Kỹ thuật lò vi sóng sẽ luôn liên quan đến điện từ (nhiều người trong số các gói vi sóng CAD phức tạp hơn thực hiện các giải pháp lý thuyết trường khắt khe), và sinh viên
vẫn sẽ được hưởng lợi từ một tiếp xúc với các môn học như chế độ ống dẫn sóng và khớp nối
thông qua lỗ nhỏ, nhưng sự thay đổi trong việc nhấn mạnh để phân tích mạch lò vi sóng và thiết kế
là rõ ràng.
Đây văn bản được viết cho một khóa học hai học kỳ trong RF và kỹ thuật vi sóng cho
người cao niên hoặc sinh viên năm thứ tốt nghiệp. Có thể useMicrowave Engineeringwith hoặc
không có một sự nhấn mạnh điện từ. Nhiều giảng viên ngày nay thích tập trung vào mạch
phân tích và thiết kế, và có nhiều hơn đủ vật liệu trong Chương 2, 4-8, 10-14 và
cho ví dụ một chương trình với yêu cầu tối thiểu hoặc không có lý thuyết trường. Một số giảng viên có thể muốn
để bắt đầu khóa học của mình với Chương 14 trên hệ thống để cung cấp một số động lực
bối cảnh cho các nghiên cứu về lý thuyết mạch lò vi sóng và các thành phần. Điều này có thể được thực hiện, nhưng
một số tài liệu cơ bản về tiếng ồn từ Chương 10 có thể được yêu cầu.
Hai hạng mục quan trọng đó nên được bao gồm trong một khóa học thành công trên lò vi sóng
kỹ thuật là việc sử dụng các phần mềm mô phỏng CAD và một kinh nghiệm phòng thí nghiệm vi sóng. Cung cấp cho sinh viên tiếp cận với phần mềm CAD cho phép họ để xác minh kết quả của các
vấn đề thiết kế theo định hướng trong văn bản, đưa ra phản hồi ngay lập tức mà xây dựng sự tự tin và
làm cho các nỗ lực bổ ích hơn. Bởi vì nhàm chán của tính lặp đi lặp lại là loại bỏ, sinh viên có thể dễ dàng thử cách tiếp cận khác và khám phá các vấn đề chi tiết hơn.
Hiệu quả của tổn thất dòng, ví dụ, được khám phá trong một số ví dụ và các vấn đề; này
sẽ có hiệu quả không thể không có việc sử dụng các công cụ CAD hiện đại. Ngoài ra, tiếp xúc với lớp học để các công cụ CAD cung cấp kinh nghiệm hữu ích khi tốt nghiệp. Hầu hết các
công cụ CAD lò vi sóng thương mại có sẵn là rất tốn kém, nhưng nhiều nhà sản xuất cung cấp giảm giá hoặc miễn phí học tập "phiên bản sinh viên" của mình