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馈线系统是指微波/毫米波频段的传输网络，是雷达的重要分系统之一，用以实现高频段信号传输、天线波束扫描与极化、阵列天线波束形成、能量的分配合成等特定作用。本书围绕微波馈线设计原理和关键技术展开，结合技术先进性和工程实用性，力求深入浅出，工程实用。着重介绍雷达常用无源器件、电控器件、铁氧体器件与旋转关节等众多关键部件，以及面天线、阵列天线馈电网络的特点、功能、指标、原理和设计方法，还给出一些特种器件，最后介绍相控阵幅相监测校正的原理和应用，提供了大量参考文献。在提供典型设计公式、图表曲线的同时，尽量给出模型及软件操作界面，以便于快速、准确地分析设计。本书可作为雷达馈线工程师和高校微波专业学生的参考用书。

第1章概论
1.1馈线的基本特性
1.1.1作用
1.1.2功能
1.2技术特点
1.2.1频率特性
1.2.2性能指标要求
1.2.3关键技术特性
1.3设计基础
1.3.1传输线基本理论
1.3.2微波等效网络概念
1.3.3微波CAD的应用
1.4馈电方式
1.4.1强迫馈电
1.4.2空间馈电
1.4.3不同平台的雷达馈线
1.5馈线发展趋势
1.5.1频带更宽、频率更高
1.5.2一体化设计制造
1.5.3高集成度有源阵面中的馈线
1.5.4新型元器件对馈线技术的推动
参考文献
第2章传输线
2.1概述
2.2同轴线及同轴电缆
2.2.1同轴线中TEM模的特性参数
2.2.2同轴线中的高次模
2.2.3同轴线尺寸的选择
2.2.4同轴电缆
2.2.5射频同轴连接器
2.3带状线
2.4微带线
2.5耦合带状线和耦合微带线
2.6矩形波导
2.6.1矩形波导中的电磁场和模式分布
2.6.2矩形波导的特性参数
2.6.3矩形波导结构、材料和尺寸的选择
2.7圆波导
2.7.1圆波导中的电磁场和模式分布
2.7.2圆波导的特性参数
2.7.3圆波导尺寸的选择
2.7.4圆波导中三个常用模式
2.8槽线
2.9共面波导
2.10脊形波导
参考文献
第3章微波网络基础
3.1概述
3.2常用网络矩阵
3.2.1定义、相互关系
3.2.2几种基本电路单元的网络矩阵
3.3微波网络的一些特性
3.3.1微波无耗网络
3.3.2微波无耗可逆网络
3.4微波网络的互连组合
3.4.1矩阵计算式
3.4.2单参量计算式
3.5微波网络的工作特性参量
3.5.1二端口网络的工作特性参量
3.5.2n端口网络的工作特性参量
3.6长馈线系统总反射系数的计算
3.6.1单通道馈电网络总反射系数的计算
3.6.2多通道馈电网络总反射系数的计算
3.7n端口S参数测量中外接失配误差的修正方法
3.7.1视在S参数修正方法
3.7.2Γ－R参数R修正方法
3.7.3数值验证
3.8消除长测试电缆运动引起测量误差的方法
3.8.1双电缆、四电缆测试法
3.8.2交叉换位测试法
参考文献
第4章雷达馈线常用微波无源器件
4.1概述
4.2定向耦合器
4.2.1平面电路定向耦合器
4.2.2圆内导体定向耦合器
4.2.3波导定向耦合器
4.3电桥
4.3.1环形电桥
4.3.2分支线电桥
4.3.3波导电桥
4.4单T、双T
4.4.1同轴单T、双T
4.4.2波导单T、双T
4.5功率分配器与功率分配网络
4.5.1威尔金森功率分配器
4.5.2渐变线功率分配器
4.5.3径向功率分配器
4.5.4并馈功率分配网络
4.6衰减器
4.6.1吸收式衰减器
4.6.2截止式衰减器
4.7微波幅度均衡器
4.7.1集总式幅度均衡器
4.7.2分布式幅度均衡器
4.7.3宽带微波幅度均衡器
4.8密封窗
参考文献
第5章电控微波元器件与T/R组件
5.1PIN开关
5.1.1开关基本单元与设计方法
5.1.2PIN管芯的安装与影响
5.2电控移相器
5.2.1开关线式数字移相器
5.2.2反射式数字移相器
5.2.3加载线式移相器
5.2.4高低通网络式数控移相器
5.3电控衰减器
5.3.1双管匹配衰减器
5.3.2三级混合型衰减器
5.3.3吸收型阵列式衰减器
5.3.4场效应管电调衰减器
5.4限幅器
5.4.1设计方法
5.4.2典型器件
5.5变极化开关电路
5.6实时延迟线
5.6.1延迟线的作用及与移相器的区别
5.6.2微波延迟线的实现方法
5.7T/R组件
5.7.1T/R组件的应用
5.7.2T/R组件组成与设计
5.7.3T/R组件的工艺与制造
5.7.4典型设计案例
5.7.5T/R组件的发展与新技术
参考文献
第6章新型微波特种元器件
6.1射频MEMS技术及其器件
6.1.1概述
6.1.2不可控RF MEMS
6.1.3可控RF MEMS
6.1.4RF MEMS组件
6.1.5RF MEMS的应用
6.2频谱和谐波滤波器
6.2.1简介
6.2.2频谱滤波器
6.2.3谐波反射滤波器
6.2.4谐波吸收滤波器
6.3复合左右手（CRLH）传输线及其器件
6.3.1CRLH传输线的实现
6.3.2CRLH传输线的器件及应用
6.3.3展望及有待改进之处
参考文献
第7章雷达系统中微波旋转关节
7.1微波旋转关节分类与要求
7.1.1旋转关节的分类
7.1.2旋转关节的技术参数
7.2微波旋转关节设计基础
7.2.1微波旋转关节波型转换器
7.2.2微波旋转关节中的扼流结构
7.3单通道微波旋转关节设计
7.3.1单通道同轴型微波旋转关节
7.3.2单通道波导型微波旋转关节
7.4双通道微波旋转关节
7.4.1双通道同轴型微波旋转关节
7.4.2双通道波导型微波旋转关节
7.5多通道微波旋转关节
参考文献
第8章天馈系统中的微波铁氧体器件
8.1微波铁氧体材料和铁氧体器件基础
8.2环行器/隔离器
8.2.1结环行器
8.2.2波导差相移环行器
8.3移相器
8.3.1矩形波导非互易移相器
8.3.2ReggiaSpencer移相器
8.3.3互易圆极化移相器
8.3.4双模移相器
8.3.5旋转场移相器
8.4其他铁氧体器件
8.4.1铁氧体开关
8.4.2铁氧体调制器
8.4.3铁氧体变极化器
参考文献
第9章反射面天线雷达中的微波馈线
9.1概述
9.2微波和差网络
9.2.1微波和差网络性能对测角波束的影响
9.2.2典型和差器
9.2.3四喇叭形式的微波和差网络
9.2.4五喇叭形式的馈线和差网络
9.2.5五喇叭形式中的“先差后圆”和差网络
9.2.6差模自跟踪网络
9.3变极化网络
9.3.1圆极化变换器
9.3.2可变极化网络
9.3.3双发双收网络
9.4单脉冲雷达馈线系统的常用器件
9.4.1正交模耦合器
9.4.2波导移相器
9.5高功率设计技术
9.5.1高功率设计技术的由来
9.5.2矩形波导传输线的功率容量
第10章阵列天线雷达的微波馈线网络
10.1单波束天线微波馈线网络
10.1.1并馈网络
10.1.2串馈网络
10.1.3串并馈混合网络
10.2多波束天线微波馈线网络
10.2.1分配/合成式多波束网络
10.2.2Blass矩阵
10.2.3Butler矩阵
10.3单脉冲阵列天线微波馈线网络
10.3.1馈电方式
10.3.2兼顾比相、比幅单脉冲的馈线
10.3.3有源相控阵中的馈线设计准则
10.4单脉冲馈电网络在和分布约束下的优化设计
10.4.1传统测量方法
10.4.2部分独立台阶概念与优化模型
10.4.3应用实例
10.5相控阵馈电网络精度的阵面修正补偿技术
10.5.1问题的提出
10.5.2修正补偿方法
10.6阵列天线的天馈一体化研究与应用
10.6.1问题的提出
10.6.2理论分析
10.6.3实例验证
10.7相控阵天线大瞬时带宽、宽扫描角的延迟补偿技术
10.7.1相控阵天线对雷达信号瞬时带宽的限制
10.7.2瞬时信号带宽受天线孔径渡越时间的限制
10.7.3频带变化对波束指向的影响与所需移相器和延迟线的频率特性
参考文献
第11章有源阵面微波系统监测的设计
11.1概述
11.1.1设计考虑
11.1.2有源阵面微波监测的几种常规方案
11.2典型有源相控阵天线系统的监测方案
11.2.1典型有源相控阵天线系统模型
11.2.2天线系统性能分析
11.2.3天线阵面监测系统
11.3监测系统误差
11.3.1测量设备误差
11.3.2相控阵天线和测量喇叭的相互位置引起的误差
11.3.3相控阵天线接收通道泄漏引起的误差
11.3.4换相测量法
11.4监测和校准方法
11.5实施结果
参考文献

序

    雷达在第二次世界大战中得到迅速发展，为适应战争需要，交战各方研制出从米波到微波的各种雷达装备。战后美国麻省理工学院辐射实验室集合各方面的专家，总结二战期间的经验，于1950 年前后出版了雷达丛书共28 本，大幅度推动了雷达技术的发展。我刚参加工作时，就从这套书中得益不少。随着雷达技术的进步，28 本书的内容已趋陈旧。20 世纪后期，美国Skolnik 编写了雷达手册，
其版本和内容不断更新，在雷达界有着较大的影响，但它仍不及麻省理工学院辐射实验室众多专家撰写的28 本书的内容详尽。
    我国的雷达事业，经过几代人40 余年的努力，从无到有，从小到大，从弱到强，许多领域的技术已经进入了国际先进行列。总结这些成果，为我国今后的雷达事业发展做点贡献是我长期以来的一个心愿，在出版社的鼓励下，我和张光义院士倡导并担任主编，由中国电子科技集团公司负责组织编写了这套“雷达技术丛书”（以下简称“丛书”）。它是我国众多专家、学者长期从事雷达科研的经验总结，具有较好的系统性、新颖性和实用性。
    雷达技术发展之快，使得传统的雷达观念、体系结构不断更新，在20 世纪50 年代的接收、发射、天线、显示典型的分机基础上，又发展到现在的雷达数据处理和信号处理分系统。本“丛书”就是按此体系进行了分册。随着微电子技术的发展，数字化还在不断前移，天线收发已经并继续不断引入了数字处理内容，信号和数据处理的界限越来越模糊，雷达体系正从流程型向网络型转变，由于目前其技术都尚未成熟，本“丛书”只在现有的体系中把这些新的内容进行了分别叙述。
    “丛书”内容共分3 个部分16 分册：第一部分主要介绍雷达的目标特性和环境，第二部分介绍了雷达各组成部分的原理和设计，第三部分按典型应用雷达系统的分类对各雷达系统作了深入浅出的介绍。“丛书”各册著者不同，写作风格各异，但其内容的科学性和完整性是不容置疑的，通过对各分册结构和内容的审定，使各分册之间既具有较好的衔接性，又保持了各分册的独立性，读者可按需要读取其中一册或数册。希望此次出版的“丛书”能对从事雷达设计、制造的工程技术人员，雷达部队的干部、战士和高校电子工程专业及相关专业的师生有所帮助。
    “丛书”是从事雷达技术领域各项工作专家们集体智慧的结晶，是他们长期工作成果的总结与展示，专家们既要完成繁重的科研任务，又要在百忙中抽出时间保质保量地完成书稿，工作十分辛苦，在此，我谨代表“丛书”编委会向各分册作者和审稿专家表示深深的敬意！
    “丛书”的出版，得到了中国电子科技集团公司、电子科学研究院、南京电子技术研究所、华东电子工程研究所等各参与单位领导的大力支持，得到了电子工业出版社领导和参与编辑们的积极推动，得到了“丛书”编辑部各同志的热情帮助，借此机会，一并表示衷心的感谢！


                                 中国工程院院士  王小谟
                           中国电子科技集团公司科技委副主任
                                       2007 年10月


                          前 言

    雷达馈线经历了由简单到复杂的发展过程，已经成为雷达的重要组成部分之一。雷达馈线位于天线和收/发组件（T/R）等系统之间，主要功能是：微波信号传输、天线波束扫描与极化、阵列天线波束形成、能量分配合成等。雷达馈线由传输线、元器件与电路所组成，不仅有微波无源电路与网络，在有源天线阵面中还包含了收/发组件等。
    对于不同的雷达及天线，对应于不同的馈线系统，研制工作复杂，频率跨度甚广，频率覆盖短波到亚毫米波频段，涉及射频、微波、毫米波技术，因微波频段用得较多，故常称为微波馈线。馈线的功率跨度也很大，与雷达的电磁兼容密切相关。
    本书为“雷达技术丛书”的一个分册，主要面向从事雷达馈线及微波元器件与电路的设计师，相关专业的本科生、研究生以及雷达使用人员，需要读者具有一定电磁场理论与微波技术基础知识。因此，本书着重介绍雷达馈线设计技术，力求深入浅出，工程实用，给出有关器件与系统的组成原理、设计原则、方法和典型案例，以典型实例为取材背景，提供了有关公式、图表、模型及分析设计软件界面，便于读者入门和提高，尽量反映出雷达馈线技术新进展，结合技术先进性和工程实用性进行编著。
    本书偏重于工程设计，为避免与类似题材书籍重复，力求写出自己的特点，我们尽量补充了馈线设计技术新概念、新进展，对已经应用的和将会应用的新技术做了较为全面的介绍，把微波理论技术与馈线工程实际相结合，尽量系统地介绍了馈线技术在各种雷达中的设计应用。除了基础知识，本书还融进了作者十多年来的科研成果，尽量使本书内容有实践依托和先进性。由于本书融入多种专业书刊内容，而篇幅有限，故对能在参考资料中找到详细推导过程的计算公式，本书尽量给出结论，介绍思路和使用方法，而简略其详细推导过程，但在每章最后都列出有关参考文献，便于追踪查证。
    本书共分11 章，编写遵循从基础理论到元器件、系统的过程，融入了作者的经验体会。第1 章为概论，主要介绍馈线在雷达中的基本任务、技术特点、设计基础、馈电方式和发展趋势等；第2 章介绍传输线，介绍雷达所需的微波传输线；第3 章介绍微波网络基础，并涵盖了对雷达馈线网络的测试、修正与评估内容；第4 章介绍雷达馈线常用微波无源器件；第5 章介绍雷达馈线常用的电控微
波元器件的设计，其中还简练地介绍了T/R 组件的设计思路；第6 章介绍雷达系统新型特种元器件设计，包括近年来兴起的MEMS、左手媒介等器件，介绍滤波器时只讲了特殊的谐波滤波器设计，而略去了常规、成熟的滤波器；第7 章介绍雷达系统中常用的微波旋转关节设计；第8 章介绍雷达天馈系统中常用的微波铁氧体器件；第9 章和第10 章分别介绍面天线、阵列天线雷达中的馈线系统；第
11 章介绍有源阵面微波系统监测的设计思路、应用举例。
    本书是在前人和作者的多年实践经验基础上编写完成的，其中第1 章由张德斌、孙红兵撰写；第2 章由曾贵炜、张德斌撰写；第3 章、第10 章由张德斌撰写；第4 章由凌天庆、卫健和杨宁撰写；第5 章由陈立翔、白义广和张福琼撰写；第6 章由金玲、沈金泉、张德斌和崔文耀撰写；第7 章由周志鹏、张华林撰写；第8 章由朱兆麒撰写，陈清河研究员对该章的审核、定稿提供了宝贵的意见和建议；第9 章由卫健、刘星明和杨宁等撰写；第11 章由周志鹏撰写。在写作中还得到了罗会安、奚松涛、李迪、王海涛、李树良和李静等同事的大力帮助。全书由张德斌、周志鹏、朱兆麒拟定编写提纲，由张德斌统编定稿。
    本书编写过程中，有许多科技工作者都提供了宝贵的意见，馈线专家林守远、杨乃恒研究员仔细审阅了全部书稿，并提出许多宝贵的修改意见，中国电子科技集团公司第14 研究所张光义院士、罗群所长等领导给予了极大的关心和安排，电子工业出版社首席策划编辑刘宪兰给予了大力支持，电科院王小谟院士、编辑部主任邱荣钦、赵玉洁等一直关心写作，赵玉洁还进行了编辑审改，他们都为本书的编辑出版付出了辛勤的努力，在此一并表示诚挚的感谢。最后，作者衷心感谢中国电子科技集团公司、电子工业出版社和第14 研究所对本书出版的支持和帮助。
    雷达馈线的研制开发是一项复杂的系统工程，涉及新材料、新器件、新工艺、新检测技术，随着雷达总体对馈线技术要求的不断提高，馈线技术在不断进步。目前，在先进多功能有源雷达中数字化前移的冲击下，馈线面临提高自身能力以及将馈线与天线、电源、控制、通信传输线一体化集成设计的转型升级问题，不少研究应用正在进行之中，现在还不能将所有新技术都反映出来，敬请读
者谅解。由于作者的水平有限和经验不足，因此本书难免有缺点甚至错误，尽请读者批评指正。


                                                  作 者
                                                2010年6月

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