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通信系统微波滤波器——基础、设计与应用（第二版）

作译者：王松林

出版时间：2024-03 千字数：1126 版次：01-01 页数：704

开本：16开装帧： I S B N ：9787121470967

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纸质书定价：￥199.0

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第1章射频滤波器——无线通信网络系统概论
1.1通信系统模型
1.1.1通信系统的组成
1.2无线频谱及其应用
1.2.1微波频率下的无线传播
1.2.2作为自然资源的无线频谱
1.3信息论的概念
1.4通信信道与链路预算
1.4.1通信链路中的信号功率
1.4.2发射天线与接收天线
1.5通信系统中的噪声
1.5.1邻近同极化信道干扰
1.5.2邻近交叉极化信道干扰
1.5.3多路径干扰
1.5.4热噪声
1.5.5级联网络中的噪声
1.5.6互调噪声
1.5.7非理想信道的失真
1.5.8射频链路设计
1.6通信系统中的调制和解调方案
1.6.1幅度调制
1.6.2基带信号的组成
1.6.3角调制信号
1.6.4频率调制系统和幅度调制系统的对比
1.7数字传输
1.7.1抽样
1.7.2量化
1.7.3脉冲编码调制系统
1.7.4脉冲编码调制系统的量化噪声
1.7.5二进制传输中的误码率
1.7.6数字调制和解调方案
1.7.7高级调制方案
1.7.8服务质量和信噪比
1.8卫星系统的通信信道
1.8.1接收部分
1.8.2信道器部分
1.8.3高功率放大器
1.8.4发射机部分的架构
1.9蜂窝系统中的射频滤波器
1.10超宽带无线通信
1.11系统需求对射频滤波器指标的影响
1.11.1频率规划
1.11.2干扰环境
1.11.3调制方案
1.11.4高功率放大器特性
1.11.5通信链路中射频滤波器的位置
1.11.6工作环境
1.11.7微波滤波器技术的限制
1.12卫星和蜂窝通信对滤波器技术的影响
1.13小结
1.14原著参考文献
附录1A互调失真小结
第2章电路理论基础——近似法
2.1线性系统
2.1.1线性的概念
2.2系统的分类
2.2.1时变系统和时不变系统
2.2.2集总参数系统和分布参数系统
2.2.3即时系统和动态系统
2.2.4模拟系统和数字系统
2.3电路理论的历史演化
2.3.1电路元件
2.4线性系统在时域中的网络方程
2.5频域指数驱动函数的线性系统网络方程
2.5.1复频率变量
2.5.2传输函数
2.5.3连续指数的信号表示
2.5.4电路网络的传输函数
2.6线性系统对正弦激励的稳态响应
2.7电路理论近似法
2.8小结
2.9原著参考文献
第3章无耗低通原型滤波器函数特性
3.1理想滤波器
3.1.1无失真传输
3.1.2二端口网络的最大传输功率
3.2双终端无耗低通原型滤波器网络的多项式函数特性
3.2.1反射系数和传输系数
3.2.2传输函数和特征多项式的归一化
3.3理想低通原型网络的特征多项式
3.4低通原型滤波器的特性
3.4.1幅度响应
3.4.2相位响应
3.4.3相位线性度
3.5不同响应波形的特征多项式
3.5.1全极点原型滤波器函数
3.5.2包含有限传输零点的原型滤波器函数
3.6经典原型滤波器
3.6.1最大平坦滤波器
3.6.2切比雪夫滤波器
3.6.3椭圆函数滤波器
3.6.4奇数阶椭圆函数滤波器
3.6.5偶数阶椭圆函数滤波器
3.6.6包含传输零点和最大平坦通带的滤波器
3.6.7线性相位滤波器
3.6.8最大平坦滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆函数(B类)滤波器的比较
3.7通用设计表
3.8低通原型滤波器的电路结构
3.8.1原型网络的变换
3.8.2变换后的滤波器频率响应
3.9滤波器的损耗影响
3.9.1损耗因子δ与品质因数Q0的关系
3.10不对称响应滤波器
3.10.1正函数
3.11小结
3.12原著参考文献
附录3A通用设计表
第4章特征多项式的计算机辅助综合
4.1对称低通原型滤波器网络的目标函数和约束条件
4.2目标函数的解析梯度
4.2.1无约束目标函数的梯度
4.2.2不等式约束条件的梯度
4.2.3等式约束条件的梯度
4.3经典滤波器的优化准则
4.3.1切比雪夫滤波器
4.3.2反切比雪夫滤波器
4.3.3椭圆函数滤波器
4.4新型滤波器函数的生成
4.4.1等波纹通带和等波纹阻带
4.4.2非等波纹阻带和等波纹通带
4.5不对称滤波器
4.5.1切比雪夫通带的不对称滤波器
4.5.2任意响应的不对称滤波器
4.6线性相位滤波器
4.7滤波器函数的关键频率
4.8小结
4.9原著参考文献
附录4A一个特殊的八阶滤波器的关键频率
第5章多端口微波网络的分析
5.1二端口网络的矩阵表示法
5.1.1阻抗矩阵[Z]和导纳矩阵[Y]
5.1.2[ABCD]矩阵
5.1.3[S]矩阵
5.1.4传输矩阵[T]
5.1.5二端口网络的分析
5.2两个网络的级联
5.3多端口网络
5.4多端口网络的分析
5.5小结
5.6原著参考文献
第6章广义切比雪夫滤波器函数的综合
6.1二端口网络传输参数S21(s)和反射参数S11(s)的多项式形式
6.1.1ε和εR的关系
6.1.2[ABCD]传输矩阵多项式与S参数的关系
6.2确定分母多项式E(s)的交替极点方法
6.3广义切比雪夫滤波器函数多项式的综合方法
6.3.1多项式的综合
6.3.2递归技术
6.3.3对称与不对称滤波器函数的多项式形式
6.3.4广义切比雪夫原型带内反射最大值和带外传输最大值的位置求解
6.4预失真滤波器特性
6.4.1预失真滤波器网络综合
6.5双通带滤波器变换
6.6小结
6.7原著参考文献
附录6A多端口网络复终端阻抗
第7章电路网络综合方法
7.1电路综合方法
7.1.1三阶网络的[ABCD]矩阵构造
7.1.2网络综合
7.2耦合谐振微波带通滤波器的低通原型电路
7.2.1变换器电路的[ABCD]多项式综合
7.2.2单终端滤波器原型的[ABCD]多项式综合
7.3梯形网络的综合
7.3.1并联耦合变换器的提取过程
7.3.2并联导纳变换的提取过程
7.3.3原型网络的主要元件汇总
7.4(4-2)不对称滤波器网络综合示例
7.4.1谐振器节点变换
7.4.2变换器归一化
7.5小结
7.6原著参考文献
第8章滤波器网络的耦合矩阵综合
8.1耦合矩阵
8.1.1低通和带通原型
8.1.2一般N×N耦合矩阵形式的电路分析
8.1.3低通原型电路的耦合矩阵构成
8.1.4耦合矩阵形式的网络分析
8.1.5直接分析
8.2耦合矩阵的直接综合
8.2.1N×N耦合矩阵的直接综合
8.3耦合矩阵的简化
8.3.1相似变换和矩阵元素消元
8.4N+2耦合矩阵的综合
8.4.1横向耦合矩阵的综合
8.4.2N+2横向耦合矩阵到规范折叠形矩阵的简化
8.4.3实用范例
8.4.4复终端网络N+2耦合矩阵综合 
8.5奇偶模耦合矩阵综合方法：折叠形栅格拓扑
8.5.1直耦合
8.5.2对角交叉耦合
8.5.3奇数阶网络中的等分中心谐振节点
8.5.4对称栅格网络的奇偶模电路
8.5.5传输多项式和反射多项式的奇偶模导纳多项式设计
8.5.6对称栅格网络耦合矩阵的综合
8.6小结
8.7原著参考文献
第9章折叠耦合矩阵的拓扑重构
9.1双模滤波器的对称实现
9.1.1六阶滤波器
9.1.2八阶滤波器
9.1.3十阶滤波器
9.1.4十二阶滤波器
9.2对称响应的不对称实现
9.3Pfitzenmaier结构
9.4级联四角元件——八阶及以上级联的两个四角元件
9.5并联二端口网络
9.5.1偶模和奇模耦合子矩阵
9.6闭端形结构
9.6.1闭端形结构的扩展形式
9.6.2灵敏度分析
9.7小结
9.8原著参考文献
第10章提取极点和三角元件的综合与应用
10.1提取极点滤波器的综合
10.1.1提取极点元件的综合
10.1.2提取极点综合示例
10.1.3提取极点滤波器网络的分析
10.1.4直接耦合提取极点滤波器
10.2带阻滤波器的提取极点综合方法
10.2.1直接耦合带阻滤波器
10.3三角元件
10.3.1三角元件的电路综合方法
10.3.2级联三角元件——耦合矩阵方法
10.3.3基于三角元件的高级电路综合方法
10.4盒形和扩展盒形拓扑
10.4.1盒形拓扑
10.4.2扩展盒形拓扑
10.5小结
10.6原著参考文献
第11章微波谐振器
11.1微波谐振器结构
11.2谐振频率计算
11.2.1常规传输线谐振器的谐振频率
11.2.2计算谐振频率的横向谐振法
11.2.3任意外形谐振器的谐振频率
11.3谐振器的无载Q值
11.3.1常规谐振器的无载Q值
11.3.2任意外形谐振器的无载Q值
11.4有载和无载Q值的测量
11.4.1使用反射系数的极化显示模式测量无载Q值
11.4.2使用反射系数的线性显示模式测量无载Q值
11.5小结
11.6原著参考文献
第12章波导与同轴低通滤波器
12.1公比线元件
12.2低通原型传输多项式
12.2.1第二类切比雪夫多项式
12.2.2Achieser-Zolotarev函数
12.3分布阶梯阻抗低通滤波器的综合实现
12.3.1ω平面到θ平面的传输函数S21的映射
12.3.2阶梯阻抗低通原型电路的综合
12.3.3实现
12.4短阶梯变换器
12.5混合集总/分布参数低通滤波器的综合与实现
12.5.1传输和反射多项式的构成
12.5.2皱折低通原型滤波器电路的综合
12.5.3应用
12.6小结
12.7原著参考文献
第13章单模和双模波导滤波器
13.1滤波器综合过程
13.2滤波器函数设计
13.2.1幅度优化
13.2.2抑制优化
13.2.3群延迟优化
13.3微波滤波器网络的实现与分析
13.4双模滤波器
13.4.1虚拟负耦合
13.5耦合极性修正
13.6典型耦合矩阵拓扑的双模实现
13.6.1折叠形拓扑
13.6.2Pfitzenmaier拓扑
13.6.3传递形拓扑
13.6.4级联四角元件
13.6.5扩展盒形拓扑
13.7提取极点滤波器
13.7.1极点腔和互连短截线
13.7.2滤波器主谐振腔与极点腔之间的相移线段
13.7.3相邻极点腔之间的相移线段
13.8全感性双模滤波器
13.8.1等效电路综合
13.9小结
13.10原著参考文献
第14章耦合谐振滤波器的结构与设计
14.1切比雪夫带通滤波器的电路模型
14.2谐振器间耦合计算
14.2.1电壁与磁壁的对称性应用
14.2.2利用S参数计算谐振器间耦合
14.3输入耦合和输出耦合的计算
14.3.1频域法
14.3.2群延迟法
14.4耦合矩阵模型的介质谐振滤波器设计实例
14.4.1介质谐振器腔体结构的计算
14.4.2谐振器间耦合膜片尺寸的计算
14.4.3输入耦合和输出耦合的计算
14.5阻抗变换器模型的波导膜片滤波器设计实例
14.6导纳变换器模型的微带滤波器设计实例
14.7小结
14.8原著参考文献
第15章微波滤波器高级电磁设计方法
15.1电磁综合方法
15.2电磁优化方法
15.2.1电磁仿真器优化法
15.2.2半电磁仿真器优化法
15.2.3自适应频率采样电磁仿真优化法
15.2.4电磁神经网络模型优化法
15.2.5电磁优化的多维柯西法
15.2.6电磁优化的模糊逻辑法
15.3高级电磁设计方法
15.3.1空间映射法
15.3.2修正粗糙模型法
15.3.3滤波器设计的广义修正粗糙模型法
15.4小结
15.5原著参考文献
第16章介质谐振滤波器
16.1介质谐振器的谐振频率计算
16.2介质谐振器的精确分析
16.2.1介质谐振器的模式图
16.3介质谐振滤波器的结构
16.4介质谐振滤波器设计中的考虑
16.4.1滤波器可达到的Q值
16.4.2介质谐振滤波器的谐波性能
16.4.3温度漂移
16.4.4功率容量
16.5其他介质谐振器结构
16.6低温介质谐振滤波器
16.7混合介质/超导滤波器
16.8介质谐振器的小型化
16.8.1常规圆柱介质谐振器制成的四模介质谐振器
16.8.2半切介质谐振器制成的双模介质谐振器
16.9小结
16.10原著参考文献
第17章全通相位与群延迟均衡器网络
17.1全通网络的特性
17.2集总元件的全通网络
17.2.1终端接纯阻性负载的对称栅格网络
17.2.2网络实现
17.3微波全通网络
17.4全通网络的物理实现
17.4.1传输型均衡器
17.4.2反射型全通网络
17.5反射型全通网络的综合
17.6实际窄带反射型全通网络
17.6.1C类波导全通均衡器网络
17.6.2D类波导全通均衡器网络
17.6.3窄带TEM传输线电抗网络
17.6.4多耦合腔体电抗网络
17.7全通网络的优化准则
17.8全通网络的损耗
17.9均衡器的折中设计
17.10小结
17.11原著参考文献
第18章多工器理论与设计
18.1概述
18.2多工器的构造
18.2.1混合电桥耦合结构
18.2.2环形器耦合结构
18.2.3定向滤波器结构
18.2.4多枝节耦合结构
18.3射频信道器(多工器)
18.3.1混合电桥分支网络多工器
18.3.2环形器耦合多工器
18.3.3路径失真
18.4射频合路器
18.4.1环形器耦合多工器
18.4.2混合电桥耦合滤波模块多工器
18.4.3定向滤波合路器
18.4.4星形接头多工器和多枝节多工器
18.5收发双工器
18.5.1收发双工滤波器的内部电压
18.6小结
18.7原著参考文献
第19章微波滤波器计算机辅助诊断与调试
19.1基于耦合谐振滤波器的逐阶调试
19.1.1调试步骤
19.2基于电路模型参数提取的计算机辅助调试
19.3基于输入反射系数零极点的计算机辅助调试
19.4基于时域的调试
19.4.1谐振器频率的时域调试
19.4.2谐振器间耦合的时域调试
19.4.3“黄金”滤波器的时域响应
19.5基于模糊逻辑技术的调试
19.5.1模糊逻辑系统描述
19.5.2建立模糊逻辑系统的步骤
19.5.3对比布尔逻辑和模糊逻辑
19.5.4滤波器调试中的模糊逻辑应用
19.6滤波器自动调试系统
19.7小结
19.8原著参考文献
第20章微波滤波器网络的高功率因素
20.1概述
20.2无线系统中的高功率要求
20.3高功率放大器
20.4气体放电
20.4.1基本理论
20.4.2空气击穿
20.4.3波导和同轴传输线的功率等级
20.4.4降额系数
20.4.5功率的热耗散影响
20.5二次电子倍增击穿
20.5.1真空条件
20.5.2材料的表面条件
20.5.3施加的射频信号，以及器件的频率与间隙的乘积
20.5.4载波数与调制方式
20.5.5双边的理论分析、仿真和预测
20.5.6二次电子倍增击穿电平
20.5.7二次电子倍增的检测与预防
20.5.8二次电子倍增的设计裕量
20.6高功率带通滤波器
20.6.1带通滤波器的热耗散
20.6.2带通滤波器的电压击穿
20.6.3原型滤波器网络
20.6.4集总到分布变换
20.6.5原型网络的谐振器电压
20.6.6有限元仿真与验证实例
20.6.7多工器中的高电压
20.6.8二次电子倍增击穿的计算方法汇总
20.7高功率器件的无源互调因素
20.7.1无源互调的测量
20.7.2无源互调的控制准则
20.8小结
20.9致谢
20.10原著参考文献
第21章多通带滤波器
21.1概述
21.2方法1：多通带滤波器实现——带内插入传输零点的宽带滤波器应用
21.3方法2：多通带滤波器实现——多模谐振器的应用
21.3.1梳状多模谐振器的应用
21.3.2波导多模谐振器的应用
21.3.3介质多模谐振器的应用
21.4方法3：多通带滤波器实现——单通带滤波器的并联应用
21.5方法4：多通带滤波器实现——陷波器与宽带滤波器的级联应用
21.6双工器和多工器应用中的双通带滤波器
21.7多通带滤波器的综合
21.7.1概述
21.7.2多通带原型函数的设计
21.7.3制约条件
21.7.4耦合矩阵综合
21.7.5包含零频率传输零点的双通带滤波器
21.7.6综合多通带滤波器的电抗变换法
21.8小结
21.9原著参考文献
第22章可调滤波器
22.1概述
22.2实现高Q值可调三维滤波器的主要挑战
22.2.1在宽调谐范围内保持恒定的带宽和合理的回波损耗
22.2.2在宽调谐范围内保持恒定的高Q值
22.2.3三维滤波器中调谐元件的集成
22.2.4线性度和高功率容量
22.3可调梳状滤波器
22.3.1绝对带宽恒定的可调梳状滤波器
22.3.2MEMS可调梳状滤波器
22.4可调介质谐振滤波器
22.4.1机械或压电驱动的可调介质谐振滤波器
22.4.2MEMS可调介质谐振滤波器
22.5可调波导滤波器
22.6带宽可调滤波器
22.7小结
22.8原著参考文献
第23章实际因素与设计实例
23.1通信系统中的滤波器指标的系统因素
23.1.1等效线性频率偏移
23.1.2同步与不同步调谐滤波器
23.1.3射频信道滤波器的参数折中
23.2滤波器的综合方法和拓扑
23.3多工器
23.4高功率因素
23.5滤波器设计中的公差与灵敏度分析
23.5.1制造公差分析
23.5.2介质加载腔的灵敏度分析
23.5.3滤波器设计中调谐螺丝引起的恶化
23.6小结
23.7致谢
23.8原著参考文献
附录23A热膨胀系数
附录A阻抗变换器和导纳变换器

译者序
微波滤波器是各种微波通信系统中的关键器件。其作用是允许传输所需频段的信号，抑制或反射不需要的信号。现如今，各通信系统的工作频段越来越拥挤，频段之间的间隔也越来越窄，这些因素极大地驱动了微波滤波器的创新与应用。随着5G应用中基站的布局越来越密集，需要大量的高功率微波滤波器和多工器，这使得各种新兴技术的应用（如多通带、可调、可集成与小型化），以及更高效、快速地解决仿真与工程问题，都成为行业的迫切需要。因此，对于大多数从事通信或微波领域的高校和企业来说，滤波器技术人才的培养已成为目前亟待解决的问题。
Microwave Filters for Communication Systems: Fundamentals，Design and Applications，Second Edition的出版，给整个滤波器行业，甚至整个微波通信行业带来了新的技术学习热潮。这本微波滤波器经典著作，在微波业界堪称里程碑之作。早在2003年，为了学习滤波器综合设计方法，我认真研读了三位作者之一Cameron博士发表的所有文献。为了解决自己在理解文献时遇到的问题，我有幸与Cameron博士建立了邮件联系。后来，这些文献的内容由他汇总到了本书中。当时国内缺乏最关键的综合设计软件，对于滤波器的设计，大家都处在摸索阶段，大公司也只是借鉴国外设计，或者凭借经验值来指导工程应用。而正是基于对文献内容的理解及好友的建议，微波家园论坛于2006年正式推出。之后，这个交流平台逐渐吸引了众多业界和学术界同仁的关注，大家在这里开展了许多关于微波滤波器综合和仿真工程应用的技术讨论，互相促进和提高。也正是由于这种热烈氛围，微波家园论坛得到了电子工业出版社编辑的关注，我有幸牵头翻译了本书第一版并认真审校了全书。
本书第一版出版之后，得到了业内技术人员的好评，尤其是专业人员利用本书主要核心内容编写的各种综合软件的发布，促进了国内滤波器设计及工程应用的迅速发展。三位作者经过多年的积淀，将工程应用心得汇集整理，对第一版内容进行了大幅修订补充，并新增了微波滤波器的许多新型应用。本书以电路网络理论为基础，逐一介绍了各类复杂滤波器耦合矩阵的综合技术及工程应用，实现了理论与实践的完美结合。作者根据多年的研究经验，结合现代微波滤波器技术发展，创新地提出了许多新的方法与手段。这是针对高性能微波滤波器最完善的一本指导教材和设计工具书，读者只要掌握基本的数学理论、电路知识和仿真工具，通过对书中实际案例的认真学习，就能够快速掌握滤波器设计方法，解决较复杂的滤波器工程问题。许多学生在离开校园步入通信与微波行业时，还不具备基本的滤波器设计知识，在大学本科阶段学习本书前10章的滤波器基础知识是非常有必要的。
第二版的翻译及所有章节的审校工作都由我完成。对于一些勘误和不容易理解的地方，我已与作者反复沟通与确认，力求奉献给读者一部易懂好学的教材。某些表中的数据已根据现今技术水平进行了更新。值得一提的是，在第6章的讨论过程中，作者对附录6A做了大幅修改，并补充了新内容，这些在中译本中已进行了更新。另需注意的是，中译本的一些章节中的矩阵数据与原著存在差异，这是译者在相同的输入条件下，利用MATLAB编程实现的综合数据，已验证数据的真实性。读者如果想参考原著的矩阵数据，则可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）注册后免费下载。这里，我要感谢西安电子科技大学滤波器领域的研究团队对本书的支持，还要特别感谢参与本书第一版初译的各位同行的付出，以及电子工业出版社编辑为本书高质量出版的不懈努力。
限于本人的能力水平，对于译本出现的遗漏或翻译不妥之处，恳请广大读者给予批评指正。为了方便大家的交流，微波家园论坛开辟了针对本书的讨论专区，期望大家能总结本书的不足及错误，共同在微波滤波器的理论研究和工程实践方面不断学习与提高。同时，关于本书中部分章节中的计算实例，可以在这个讨论专区的相关主题下查找下载。

前言
与第一版相比，本书新增了三章，其中关于多通带滤波器和可调滤波器的两章主要反映了无线系统的新兴市场需求，还有一章介绍了实际应用中微波滤波器和多工器网络设计与实现。我们全面检查和改进了第一版的内容，并在第1章、第6章、第8章、第16章和第20章新增了一些小节。
本书由一个简单的通信系统模型开始，阐述了以下问题： 
1.在无线通信系统中，可用带宽是否存在限制？
2.在可用带宽内，信息传输的限制是什么？
3.在通信系统中，对成本敏感的参数有哪些？
本书针对通信系统中不同部分对滤波器网络的功能需求，对上述问题进行了分析，以便读者对不同的系统参数有所了解。接下来，书中讨论了用于产生对称和不对称频率响应的广义低通原型滤波器函数的计算机辅助设计技术。通过引入一个假想的不随频率变化的电抗元件，得到了低通原型滤波器设计的基本公式。在实际带通和带阻滤波器中，不随频率变化的电抗元件表征谐振电路的频率偏移。不含不随频率变化的电抗元件的经典滤波器函数，将产生对称的频率响应。根据滤波器函数的基本公式推导出的综合方法，可用于实现滤波器网络的等效集总参数模型。再利用接下来的综合步骤，将滤波器的电路模型转化为等效的微波结构。一般来说，运用众多现有的电路模型参数，可以近似实现微波滤波器的物理结构参数。为了得到更精确的物理尺寸，本书还论述了运用基于现代电磁技术的方法和工具，以任意精度确定滤波器尺寸的方法, 并通过设计任意带宽和信道间隔的多工器网络, 使相关理论得以展示。其余一些章节主要讨论了计算机辅助调试和滤波器设计中的高功率因素。本书的目的是使读者全面了解滤波器的要求和设计，并且对该领域中陆续出现的一些高级方法有足够的认识。本书通篇强调了在滤波器设计中的基本理论和实际影响因素。全书特色如下： 
1.在滤波器设计中，系统的影响因素。
2.包含不随频率变化的电抗元件的滤波器函数的基本公式和综合方法。
3.在大部分拓扑结构中，包含对称或不对称频率响应的广义低通原型滤波器的综合方法。
4.应用电磁方法，优化设计微波滤波器的物理结构尺寸。
5.各种多工器结构的设计方法和折中方案。
6.滤波器辅助调试技术。
7.在地面和太空应用中，滤波器的高功率影响因素。
本书共23章，具体内容分述如下。
第1章主要回顾了通信系统，特别是通信系统中的信道与其他部分之间的关系。本章的主要目的是给读者提供足够的背景知识，以便于理解滤波器在通信系统中的关键作用和要求。
本书对数字传输、信道部分、频率划分和微波滤波器技术的局限性等内容进行了完善。为了反映无线业务爆炸式增长对额外频段的需求，针对蜂窝系统应用的射频滤波器指标也进行了完善，并新增了关于超宽带无线通信的一节。对第1章的小结部分也进行了修订，以反映这些变化。
第2章主要介绍通信理论和一些电路理论，重点强调在电路网络分析中大家熟知的频率分析方法。
第3章论述了经典最大平坦、切比雪夫、椭圆函数等低通原型滤波器的特征多项式的综合方法。本章对不随频率变化的电抗元件进行了论述，并通过运用它们产生不对称的频率响应，得出了一些结论。其中传输函数多项式包含复系数（在一些限制条件下），这与我们熟悉的有理实系数特征多项式有明显区别，从而为分析大部分低通原型域中的基本函数形式的滤波器，如最小相位和非最小相位滤波器、对称或不对称频率响应的滤波器提供了基础。
第4章介绍了运用计算机辅助优化技术综合任意幅度响应的低通原型滤波器特征函数的方法。该方法的关键是确保优化过程的有效收敛，这主要是通过确立目标函数的解析梯度和建立与理想幅度响应的直接对应关系来实现的。该方法也适用于对称或不对称频率响应的最小相位滤波器和非最小相位滤波器。为了说明该方法的灵活性和有效性，本章给出了一些非常规滤波器的设计示例。
第5章回顾了一些在多端口微波网络分析中用到的基本概念。由于任意滤波器或多工器能够被分成若干二端口、三端口或N端口的级联形式，因此这些概念对于滤波器设计人员来说非常重要。接下来介绍了微波网络的5种矩阵表示形式，分别为[Z]，[Y]，[ABCD]，[S]和[T]矩阵。这些矩阵都是可以相互转化的，即任意一个矩阵的元件可以用其他的矩阵元件表示。熟悉这些矩阵的概念对于理解本书的内容来说是极为重要的。
第6章开篇复习了与滤波器网络设计相关的一些重要散射参数之间的关系。接着讨论了广义切比雪夫函数及其在产生传输多项式和反射多项式中的应用，这些多项式可以用来综合含有任意传输零点的等波纹滤波器。本章最后主要讨论了预失真和双通带滤波器函数。
本章新增内容之一是求解广义切比雪夫原型滤波器带内反射最大值和带外传输最大值的位置；另外新增一节描述了特征多项式、S参数、短路导纳和[ABCD]传输矩阵参数之间的关系。本章还新增了一个附录，讨论二端口S参数的扩展分析和复终端多端口网络的综合。
第7章介绍了基于[ABCD]矩阵的滤波器综合方法。综合步骤分为两步。首先确定无耗的集总元件电容、电感和不随频率变化的电抗元件的值，然后确定导纳变换器的值。应用这些变换器，可使微波谐振器通过相互耦合的方式来实现原型电路。运用这种方法综合出的对称和不对称频率响应的低通原型滤波器，其拓扑不仅是梯形的，还含有交叉耦合。这一方法还可以推广到单终端滤波器的综合。本章介绍的综合方法是一种普适的技术，广泛应用于集总低通原型滤波器网络的综合。
第8章介绍了带通滤波器综合的N×N耦合矩阵的概念。通过加入不随频率变化的电抗元件，修正后的综合方法也可用于综合不对称的滤波器响应。然后，通过从N×N耦合矩阵中分离出纯阻性和纯电抗性元素，可将该设计过程拓展到N+2型耦合矩阵。N+2型耦合矩阵除了包含源与第一个谐振器耦合、负载与最后一个谐振器耦合的情形，还包含源和负载与其他所有谐振器的耦合，以及源和负载直接耦合的情形。这种方法可用来综合全规范型滤波器，并且简化了到其他拓扑结构的相似变换过程。以上综合过程产生的基本耦合矩阵，其所有耦合都位于限定位置。接下来，本章讨论了包含最小耦合路径的拓扑结构，即全规范型拓扑，可以通过矩阵的相似变换来实现。这种变换保证了矩阵的特征值和特征向量在变换过程中保持不变，因此变换前后的滤波器响应也将保持不变。这种综合方法具有两大优势： （1）能够得到包含所有可能耦合的基本耦合矩阵，从而在针对耦合矩阵的后续变换中能够得到不同的滤波器拓扑结构；（2）耦合矩阵代表了实际带通滤波器的结构。因此，利用已知实际带通滤波器的参数，如Q值、色散特性和灵敏度等参数，就能对实际滤波器性能做出更准确的判断，得出优化滤波器性能的方向。
本章新增了两节，其中一节讨论N+2型复终端网络耦合矩阵综合，另一节讨论奇偶模耦合矩阵综合，即折叠梯形阵列。
第9章提出了一种相似变换的方法，该方法适用于双模滤波器网络的大部分拓扑结构。应用双模滤波器可实现在一个谐振器中产生两个正交极化的简并模。其中，谐振器可以是腔体的、介质盘片的或平面结构的，这使得滤波器的体积可以显著减小。除了轴向形和折叠形结构，比较适用的结构还有级联四角元件和闭端形拓扑结构。本章末尾给出了一些例子，并讨论了不同双模滤波器结构的灵敏度。
第10章介绍了两种新型电路单元： 提取极点和三角元件。这些单元可以用来实现一个传输零点，在滤波器网络中还可以级联其他的电路元件。这些单元的应用拓宽了拓扑结构的范围。最后，本章论述了盒形及其衍生拓扑（扩展盒形）的综合方法，并举例说明了其复杂的综合过程。
第11章介绍了确定微波谐振器的谐振频率和无载Q值的理论和实验方法。谐振器是带通滤波器的基本组成单元。在微波频段，谐振器形状各异且包含许多结构形式。本章介绍了两种用来计算任意形状谐振器的谐振频率的方法： 本征模分析和S参数分析。本章通过一些示例，采用基于电磁技术的商用软件，如HFSS来说明这两种方法的具体实现过程。另外，本章还分别介绍了在矢量网络分析仪的极化显示模式下，以及在标量网络分析仪的线性显示模式下，有载Q值和无载Q值的详细测量步骤。
第12章论述了在微波频段实现低通滤波器的综合方法。低通滤波器的典型带宽要求为吉赫量级，使得集总元件模型不再适用于微波频段内原型滤波器的构建，需要用到分布元件模型。本章论述了公比线元件及利用其实现的分布低通原型滤波器，接下来讨论了适合构造实际低通滤波器的特征多项式，以及生成这些多项式的方法，最后论述了阶梯阻抗和集总/分布元件低通滤波器的综合方法。
第13章讨论了双模滤波器的设计理论及实际应用，其中包括工作于主模和高次模的双模谐振器的应用。本章给出了许多示例来说明双模滤波器的设计过程，其中包括轴向形滤波器、规范型滤波器、扩展盒形滤波器、提取极点滤波器，以及全电感耦合滤波器。本章还介绍了同时优化双模线性相位滤波器的幅度和群延迟的步骤。本章所述实例运用了第3章至第11章中的分析和综合方法。
第14章讨论了电磁仿真工具在微波滤波器设计中的应用，并展示了如何运用该工具以任意精度综合出与滤波器电路模型对应的微波滤波器的物理尺寸。首先从滤波器的最佳电路模型开始计算物理尺寸。运用商业电磁仿真软件，可以更准确地计算得到输入/输出耦合，以及谐振器间耦合。如果使用K或J变换器模型，则可以作为一种从耦合矩阵[M]的元件值确定滤波器物理尺寸的直接方法。本章还列出了介质谐振器、波导滤波器和微带滤波器的一些数值算例。为了使结构更简单，最有效的方法是在不相邻谐振器之间引入负耦合。本章展示了电磁仿真工具在微波滤波器的物理实现上的巨大优势。
第15章介绍了一些基于电磁技术的微波滤波器设计方法。最直接的方法就是应用具有优化功能的电磁仿真工具来优化一个滤波器的物理尺寸，使其得到一个理想响应。这在调试阶段是非常有效的，其中调试是通过优化工具而不是技术人员来完成的。这一方法的出发点是运用第14章介绍的技术得到滤波器的具体尺寸。如果不采取任何简化措施，直接优化将非常耗时。但是，运用一些优化策略，包括自适应频率采样、神经网络和多维柯西法，可以显著减少优化时间。本章详细介绍了如何应用两种基于电磁的高级设计方法： 空间映射方法和粗糙模型方法。这些方法的应用极大地减少了计算时间。本章末尾给出了用空间映射方法和粗糙模型方法确定滤波器尺寸的例子。
第16章介绍了各种结构的介质谐振器及滤波器的设计方法。商用软件如HFSS和CST都可以用来计算任意形状介质谐振器的谐振频率、场分布和Q值。应用这些工具，可以获得介质谐振器的前4个模式的场分布图。本章也论述了同轴谐振器的谐振频率和无载Q值的计算，同时也介绍了Q值、寄生响应、温漂和高功率等设计中的一些影响因素。本章末尾详细介绍了低温介质谐振滤波器的设计和折中方案。介质谐振滤波器广泛应用于无线和卫星通信中，且介质材料特性的持续改善预示着这一技术将会有更广阔的应用空间。
本章新增一节讨论介质谐振器小型化的概念，给出了利用常规圆柱型介质谐振器实现四模谐振器的实例，并演示了如何将一个半切介质谐振器应用于双模滤波器。
第17章讨论了均衡器全通网络的分析和综合方法。滤波器外接全通均衡器网络，可以提高滤波器的相位和群延迟特性。本章末尾还讨论了线性相位滤波器与外接均衡器的滤波器之间的折中方案。
第18章讨论了广泛应用的多工器网络的设计和折中方案。本章开篇讨论了各种不同的多工网络的折中方案，包括环形器耦合、混合电桥耦合和多枝节耦合等多工器，其中用到了单模或双模滤波器，或基于定向滤波器的多工器。接下来，本章详细论述了各种多工器设计中应该注意的一些因素，并针对目前最复杂的微波网络，即多枝节耦合多工器的设计方法和优化策略进行了深入讨论，进而运用数值算例和图形说明了该设计方法。本章末尾简要论述了蜂窝通信应用中双工器的高功率容量问题。
第19章主要讨论了微波滤波器的计算机辅助调试方法。从理论上讲，一个微波滤波器的物理结构能够通过电磁方法以任意精度来诠释。然而在实际应用中，电磁仿真工具可能非常耗时，对于高阶的滤波器或多工器的仿真无法实施。另外，由于加工的误差和材料特性的变化，实际微波滤波器的响应与理想设计可能存在差异。以上这些问题，在对滤波器性能要求极高的无线和卫星通信系统中，表现得尤为突出。因此，滤波器调试被认为是产品生产过程中不可或缺的一个关键步骤。本章讨论了如下调试方法并介绍了每种方法的优势： 
1.针对耦合滤波器的逐阶调试；
2.基于电路模型参数提取的计算机辅助调试；
3.应用输入反射系数零极点的计算机辅助调试；
4.时域调试；
5.模糊逻辑调试。
第20章概述了在地面和太空应用中，微波滤波器和多工器设计时所面临的高功率容量问题。另外，基于经典理论，本章还介绍了在单载波作用下的位于简单并行平板结构的双表面发生的二次电子倍增击穿效应和气体放电现象，重点强调了严重降低高功率设备性能的一些恶化因素。
本章深入探讨了二次电子倍增现象。在大多数实际应用中，高功率设备必须工作于多载波环境，其外形与简单的并行平板导体之间没有对应关系。在针对二次电子倍增和气体放电的简单分析过程中，通过新引入的数值方法，可以更精确地分析具有非均匀场的复杂结构单表面和双表面的二次电子倍增效应。尽管此方法更复杂且计算量更集中，但是当具有复杂外形结构的高功率设备工作于不同的调制方式下，处理不同数量的载波时，运用这种方法进行实际分析更接近于理论值。新增内容还介绍了针对射频击穿效应的常用测量装置，彰显了在多载波工作环境下使用峰值功率法，以及20间隙渡越规则这一业界公认方法来预测电子倍增放电的有效性。
本章还给出了设计高功率设备时无源互调最小化的指导方针。
新增的第21章通过对若干双通带和三通带滤波器设计实例的介绍和讨论，概述了各种多通带滤波器设计方法。本章重点关注利用同轴、波导和介质谐振器实现的高Q值多通带滤波器，同时也介绍了多通带滤波器综合的详细过程。本章还介绍了如何使用双通带滤波器来实现双工器和多工器的小型化。
新增的第22章概述了可调滤波器技术，指出实现高Q值可调滤波器主要面临以下挑战： 
1.在整个宽的调谐范围内保持恒定带宽和合适的回波损耗；
2.在整个宽的调谐范围内保持恒定的高Q值；
3.调谐元件与滤波器结构的集成；
4.线性度和高功率容量。
本章介绍了一种仅使用谐振器调谐元件，在宽的调谐范围内实现恒定绝对带宽的方法，并对比分析了各种调谐元件［半导体、压电电机(piezomotor)、微机电系统、钛酸锶钡材料和相变材料］的不同应用。本章还展示了实现可调梳状、介质谐振器和波导滤波器的各种案例。在给出的滤波器例子中，重点关注微机电系统的应用。本章最后介绍了滤波器的中心频率和带宽皆可调的实现方法。
新增的第23章的目的是在微波滤波器和多工器网络的理论与具体实现之间建立对应关系。本章的关键部分出自本书的合著者： 西班牙瓦伦西亚理工大学的Vicente Boria教授和Santiago Cogollos教授。通过若干实例，本章强调了实际滤波器与多工器在设计和性能上的折中方法。该方法为通信系统中滤波器的分析与优化提供了最佳思路，并针对以下因素来指导滤波器的折中设计： 典型的工作环境（地面或太空）、技术的限制、加工的难度，以及滤波器拓扑的准分布参数模型的电路设计等。最后，本章运用电磁仿真工具来完成最终物理尺寸的计算。另外，本章还简要介绍了滤波器设计过程中基于电磁方法的公差和灵敏度分析。
附录A讨论阻抗变换器和导纳变换器，主要介绍了滤波器设计中变换器应用的简单公式。
本书不仅适合电子信息类高年级本科生和研究生学习，还适合微波技术从业人员阅读参考。本书编写时借鉴了许多经验，包括实际的工程经验、在大学授课和研讨会上做报告时获得的经验，以及在不同的会议中与工程师们交流时获得的经验等。本书反映了作者为了提高微波滤波器和多工器网络的技术水平所付出的毕生努力。

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