Note for Microwave Engineering - ME By JNTU Heroes

Topics ( 7 )

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Microwave Engineering Notes

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Contents 1 Electromagnetic Theory 1.1 Introduction to Microwave Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Maxwell’s Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Time-Harmonic Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 1.5 Wave Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Plane Wave Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 9 9 10 13 14 2 Transmission Line Theory 2.1 The Lumped-Element Circuit Model for a Transmission Line 2.2 Field Analysis of Transmission Lines . . . . . . . . . . . . . . 2.3 The Terminated Lossless Transmission Line . . . . . . . . . . 2.4 The Smith Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 The Quarter-Wave Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 Generator and Load Mismatches . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 Lossy Transmission Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8 Transient Transmission Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8.1 Waveforms and Spectral Analysis . . . . . . . . . . . . 2.8.2 Integrated Circuits and Ground Bounce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 18 21 22 30 39 40 41 42 51 53 3 Transmission Lines and Waveguides 3.1 General Solutions for TEM, TE, and TM Modes 3.2 Parallel Plate Waveguide . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Rectangular Waveguide . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Circular Waveguide . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Coaxial Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Surface Waves on a Grounded Dielectric Slab . . 3.7 Stripline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8 Microstrip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.9 The Transverse Resonance Technique . . . . . . . 3.10 Wave Velocities and Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 57 59 64 65 65 67 70 71 73 73 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Microwave Network Analysis 79 4.1 Impedance and Equivalent Voltage and Currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5 Impedance Matching and Tuning 5.1 Matching with Lumped Elements (L Networks) 5.1.1 Lumped Elements . . . . . . . . . . . . 5.2 Single-Stub Tuning . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Double-Stub Tuning . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 The Quarter-Wave Transformer . . . . . . . . . 5.5 The Theory of Small Re‡ections . . . . . . . . 5.6 Binomial Multisection Matching Transformers . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 . 86 . 88 . 88 . 99 . 105 . 107 . 109

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4 CONTENTS 5.7 5.8 5.9 Chebyshev Multisection Matching Transformers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Tapered Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Bode-Fano Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 6 Power Dividers and Directional Couplers 131 7 Electromagnetic Compatibility and Interference (EMS/EMI) 141 8 Microwave Filters 147 9 Appendix 149 9.1 Transient transmission line current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

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