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雷达馈线系统技术

作译者：张德斌,周志鹏,凌天庆等

出版时间：2024-12 千字数：692 版次：01-01 页数：520

开本：16开装帧： I S B N ：9787121493867

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纸质书定价：￥195.0

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第1章  概论	001
1.1  馈线的基本特性	002
1.1.1  作用	002
1.1.2  功能	002
1.2  技术特点	003
1.2.1  频率特性	003
1.2.2  性能指标要求	004
1.2.3  关键特性分析	004
1.3  设计基础	006
1.3.1  传输线基本理论	006
1.3.2  微波等效网络概念	008
1.3.3  微波CAD的应用	009
1.4  馈电方式	010
1.4.1  强迫馈电	010
1.4.2  空间馈电	011
1.4.3  不同平台的雷达馈线	011
1.5  馈线发展趋势	014
1.5.1  频带更宽、频率更高	014
1.5.2  一体化设计制造	015
1.5.3  高集成度有源阵面中的馈线	016
1.5.4  新型元器件对馈线水平的推动	017
本章参考文献	018
第2章  传输线	019
2.1  概述	020
2.2  同轴线及同轴电缆	020
2.2.1  同轴线中TEM模的特性参数	021
2.2.2  同轴线中的高次模	021
2.2.3  同轴线尺寸的选择	022
2.2.4  同轴电缆	024
2.2.5  射频同轴连接器	025
2.3  带状线	026
2.4  微带线	027
2.5  耦合带状线和耦合微带线	029
2.6  矩形波导	032
2.6.1  矩形波导中的电磁场和模式分布	032
2.6.2  矩形波导的特性参数	034
2.6.3  矩形波导结构、材料和尺寸的选择	035
2.7  圆波导	037
2.7.1  圆波导中的电磁场和模式分布	037
2.7.2  圆波导的特性参数	038
2.7.3  圆波导尺寸的选择	040
2.7.4  圆波导中三个常用模式	040
2.8  槽线	041
2.9  共面波导	042
2.10  脊形波导	043
本章参考文献	044
第3章  微波网络基础	046
3.1  概述	047
3.2  常用网络矩阵	048
3.2.1  定义、相互关系	048
3.2.2  几种基本电路单元的网络矩阵	050
3.3  微波网络的一些特性	051
3.3.1  微波无耗网络	051
3.3.2  微波无耗可逆网络	052
3.4  微波网络的互连组合	055
3.4.1  矩阵计算式	055
3.4.2  单参量计算式	056
3.5  n端口网络的工作特性参量	057
3.5.1  二端口网络的工作特性参量	058
3.5.2  n端口网络的工作特性参量	059
3.6  长馈线系统总反射系数的计算	062
3.6.1  单通道馈电网络总反射系数的计算	062
3.6.2  多通道馈电网络总反射系数的计算	065
3.7  n端口S参数测量中外接失配误差的修正方法	067
3.7.1  视在S参数修正方法	068
3.7.2  ?-R参数R修正方法	069
3.7.3  数值验证	069
本章参考文献	070
第4章  雷达常用微波无源器件	071
4.1  概述	072
4.2  定向耦合器	072
4.2.1  平面电路定向耦合器	073
4.2.2  圆内导体定向耦合器	080
4.2.3  波导定向耦合器	080
4.3  电桥	086
4.3.1  环形电桥	086
4.3.2  分支线电桥	088
4.3.3  波导电桥	090
4.4  单T、双T	092
4.4.1  同轴单T、双T	092
4.4.2  波导单T、双T	095
4.5  功分器与功分网络	098
4.5.1  威尔金森功分器	098
4.5.2  渐变线功分器	100
4.5.3  径向功分器	102
4.5.4  常规功分网络	104
4.6  衰减器	105
4.6.1  吸收式衰减器	106
4.6.2  截止式衰减器	107
4.7  微波幅度均衡器	107
4.7.1  集总式幅度均衡器	108
4.7.2  分布式幅度均衡器	109
4.7.3  宽带微波幅度均衡器	114
4.8  密封窗	114
本章参考文献	117
第5章  电控微波元器件与T/R组件	120
5.1  PIN开关	121
5.1.1  开关基本单元与设计方法	121
5.1.2  PIN管芯的安装与影响	124
5.2  电控移相器	125
5.2.1  开关线式数字移相器	126
5.2.2  反射式数字移相器	127
5.2.3  加载线式移相器	128
5.2.4  高低通网络式数控移相器	130
5.3  电控衰减器	132
5.3.1  双管匹配衰减器	133
5.3.2  三级混合型衰减器	133
5.3.3  吸收型阵列式衰减器	135
5.3.4  场效应管电调衰减器	136
5.4  限幅器	137
5.4.1  设计方法	137
5.4.2  典型器件	139
5.5  变极化开关电路	140
5.6  实时延迟线	141
5.6.1  延迟线的作用及其与移相器的区别	141
5.6.2  微波延迟线的实现方法	141
5.7  T/R组件	144
5.7.1  T/R组件的应用	145
5.7.2  T/R组件组成与设计	146
5.7.3  T/R组件的工艺与制造	147
5.7.4  典型设计案例	148
5.7.5  T/R组件的发展与新技术	150
本章参考文献	156

第6章  雷达系统新型微波特种元器件	158
6.1  射频MEMS技术及其器件	159
6.1.1  概述	159
6.1.2  不可控RF MEMS	160
6.1.3  可控RF MEMS	162
6.1.4  RF MEMS组件	166
6.1.5  RF MEMS的应用	169
6.2  频谱和谐波滤波器	172
6.2.1  频谱和谐波滤波器简介	172
6.2.2  频谱滤波器	172
6.2.3  谐波反射滤波器	175
6.2.4  谐波吸收滤波器	180
6.3  复合左右手（CRLH）传输线及其器件	186
6.3.1  CRLH传输线的实现	186
6.3.2  CRLH传输线的器件及应用	187
6.3.3  未来展望及有待改进之处	196
本章参考文献	197
第7章  雷达系统中的微波旋转关节	200
7.1  微波旋转关节的分类与要求	201
7.2  微波旋转关节传输线变换部分的设计	205
7.2.1  同轴线TEM模到矩形波导TE10模变换的设计	205
7.2.2  同轴线TE01模到矩形波导TE10模变换的设计	206
7.2.3  圆波导TE01模到矩形波导TE10模变换的设计	207
7.2.4  同轴线TEM模到TEM模传输线变换的设计	207
7.2.5  其他传输线变换的设计	208
7.3  微波旋转关节微波信号耦合传输线部分的设计	209
7.3.1  微波旋转关节微波信号电容耦合传输线部分的设计	209
7.3.2  微波旋转关节微波信号扼流槽耦合传输线部分的设计	210
7.4  单通道微波旋转关节	214
7.4.1  单通道同轴型微波旋转关节	214
7.4.2  单通道波导型微波旋转关节	220
7.5  双通道微波旋转关节	227
7.5.1  双通道同轴型微波旋转关节	227
7.5.2  双通道波导型微波旋转关节	228
7.6  多通道微波旋转关节	230
本章参考文献	233
第8章  天馈系统中的微波铁氧体器件	235
8.1  微波铁氧体材料和铁氧体器件基础	236
8.2  环形器/隔离器	238
8.2.1  结环形器	239
8.2.2  波导差相移环形器	255
8.3  移相器	257
8.3.1  矩形波导非互易移相器	259
8.3.2  Reggia-Spencer移相器	265
8.3.3  互易圆极化移相器	267
8.3.4  双模移相器	273
8.3.5  旋转场移相器	280
8.4  其他铁氧体器件	286
8.4.1  铁氧体开关	286
8.4.2  铁氧体调制器	289
8.4.3  铁氧体变极化器	292
本章参考文献	297
第9章  面天线雷达中的微波馈线	300
9.1  波导裂缝电桥	301
9.1.1  定义、参数	301
9.1.2  计算公式	302
9.1.3  主要参数的计算方法	304
9.2  正交模耦合器	306
9.2.1  正交模耦合器的作用和种类	306
9.2.2  正交模耦合器的工程计算	306
9.3  波导移相器	309
9.3.1  介质片移相器	310
9.3.2  螺钉移相器	314
9.4  变极化电路	316
9.4.1  可变极化电路	316
9.4.2  固定极化电路	317
9.4.3  方波导移相器	317
9.5  双T介绍	318
9.5.1  E面单T	318
9.5.2  H面单T	319
9.5.3  双T	320
9.6  微波和差网络	321
9.6.1  微波和差网络性能对测角波束的影响	322
9.6.2  典型和差器	323
9.6.3  四扬声器形式的微波和差网络	324
9.6.4  五扬声器方式中的馈线网络	325
9.7  高功率设计技术	326
9.7.1  高功率设计技术的由来	326
9.7.2  矩形波导传输线的功率容量	326
本章参考文献	329
第10章  阵列天线雷达的微波馈线网络	331
10.1  单波束天线微波馈线网络	332
10.1.1  并馈网络	332
10.1.2  串馈网络	333
10.1.3  串并馈混合网络	335
10.2  多波束天线微波馈线网络	335
10.2.1  分配合成式多波束网络	336
10.2.2  Blass矩阵	336
10.2.3  Butler矩阵[1,2]	337
10.3  单脉冲天线微波馈线网络	340
10.3.1  馈电方式	340
10.3.2  兼顾比相、比幅单脉冲的馈线	343
10.3.3  有源相控阵中的馈线技术	345
10.4  阵列天线单脉冲馈电网络在和分布约束下的优化设计	346
10.4.1  问题的提出	346
10.4.2  部分独立台阶概念与优化模型	347
10.4.3  应用实例	350
10.5  相控阵雷达馈电网络的微波CAD及补偿技术	351
10.5.1  问题的提出	352
10.5.2  技术方法过程	352
10.5.3  效果验证	354
10.6  阵列天线的天、馈一体化研究与应用	354
10.6.1  问题的提出	355
10.6.2  理论分析	355
10.6.3  应用实例	357
10.7  多组单脉冲天线波束及其接收通道间幅相关系的交叉自测法	358
10.7.1  问题的提出	358
10.7.2  常规方法的数学原理	359
10.7.3  交叉自测法的数学原理	360
10.7.4  常规方法、交叉自测法与近场法的对比	361
本章参考文献	362
第11章  有源阵面微波系统监测的设计	364
11.1  概述	365
11.1.1  设计考虑	366
11.1.2  有源阵面微波监测的几种常规方案	367
11.2  典型有源相控阵天线系统的监测方案	375
11.2.1  典型有源相控阵天线系统模型	375
11.2.2  天线系统性能分析	378
11.2.3  天线阵面监测系统	381
11.3  监测系统误差	384
11.3.1  测量设备误差	385
11.3.2  相控阵天线和测量探头的相互位置引起的误差	386
11.3.3  相控阵天线接收通道信号泄漏引起的误差	389
11.3.4  换相测量法	390
11.4  监测和校准方法	391
11.5  实施结果	392
本章参考文献	395
第12章  毫米波雷达的微波馈线系统	398
12.1  概述	399
12.2  毫米波馈线技术	400
12.2.1  毫米波馈线系统的特点	404
12.2.2  毫米波馈线系统的应用实例	408
12.2.3  毫米波馈线系统设计原则	419
12.3  毫米波通用无源器件	419
12.3.1  毫米波微带、带状线器件应用实例	419
12.3.2  毫米波基片集成波导器件应用实例	423
12.3.3  毫米波微同轴器件应用实例	429
12.3.4  毫米波波导器件应用实例	436
本章参考文献	440
第13章  馈线系统中的综合母板	444
13.1  概述	445
13.2  综合母板的发展	445
13.2.1  机械压合式综合母板的设计及应用	447
13.2.2  热压式综合母板的设计及应用	450
13.2.3  集成芯片式综合母板的设计及应用	452
13.2.4  综合母板的发展趋势	454
13.3  综合母板的设计原则	456
13.3.1  综合母板中微波网络的设计原则	457
13.3.2  综合母板中波控网络的设计原则	459
13.3.3  综合母板中电源网络的设计原则	463
13.3.4  综合母板中数模混合电路的设计原则	464
13.4  综合母板的信号完整性分析	465
13.4.1  波控信号完整性分析	465
13.4.2  电源完整性分析	468
13.5  综合母板的电磁兼容设计	478
13.5.1  电磁兼容常用术语	478
13.5.2  综合母板电磁兼容设计原则	478
13.5.3  综合母板电磁兼容仿真案例	479
本章参考文献	481
第14章  馈线系统中的延迟线组件设计	483
14.1  概述	484
14.2  延迟线组件的特性	484
14.2.1  应用需求	484
14.2.2  延迟线原理	485
14.2.3  延迟线组件的应用	487
14.3  延迟线组件的设计	488
14.3.1  延时基本单元的设计	488
14.3.2  延时段的实现	490
14.3.3  典型设计案例	493
14.4  延迟线组件的发展	495
14.4.1  发现趋势	495
14.4.2  延迟线组件小型化研究	495
14.4.3  微同轴延时的应用发展	497
14.5  其他类型延迟线	501
本章参考文献	502

总  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，总结第二次世界大战期间的经验，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力，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70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国际先进行列。总结和回顾这些成果，为我国今后雷达事业的发展做点贡献是我长期以来的一个心愿。在电子工业出版社的鼓励下，我和张光义院士倡导并担任主编，在中国电子科技集团有限公司的领导下，组织编写了这套“雷达技术丛书”（以下简称“丛书”）。它是我国雷达领域专家、学者长期从事雷达科研的经验总结和实践创新成果的展现，反映了我国雷达事业发展的进步，特别是近20年雷达工程和实践创新的成果，以及业界经实践检验过的新技术内容和取得的最新成就，具有较好的系统性、新颖性和实用性。
“丛书”的作者大多来自科研一线，是我国雷达领域的著名专家或学术带头人，“丛书”总结和记录了他们几十年来的工程实践，挖掘、传承了雷达领域专家们的宝贵经验，并融进新技术内容。
“丛书”内容共分3个部分：第一部分主要介绍雷达基本原理、目标特性和环境，第二部分介绍雷达各组成部分的原理和设计技术，第三部分按重要功能和用途对典型雷达系统做深入浅出的介绍。“丛书”编委会负责对各册的结构和总体内容进行审定，使各册内容之间既具有较好的衔接性，又保持各册内容的独立性和完整性。“丛书”各册作者不同，写作风格各异，但其内容的科学性和完整性是不容置疑的，读者可按需要选择其中的一册或数册阅读。希望此次出版的“丛书”能对从事雷达研究、设计和制造的工程技术人员，雷达部队的干部、战士以及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！ 
本次“丛书”的出版意义重大，它是我国雷达界知识传承的系统工程，得到了业界各位专家和领导的大力支持，得到参与作者的鼎力相助，得到中国电子科技集团有限公司和有关单位、中国航天科工集团有限公司有关单位、西安电子科技大学、哈尔滨工业大学等各参与单位领导的大力支持，得到电子工业出版社领导和参与编辑们的积极推动，借此机会，一并表示衷心的感谢！


王小谟
中国工程院院士
2012年度国家最高科学技术奖获得者



前  言

雷达馈线是雷达的重要组成部分之一，其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、元器件与电路组成，不仅有微波无源电路与网络，还包括有源天线阵面中的收发组件等。后来波控信号电路及电源信号电路也与微波电路一起集成设计形成阵面综合网络。
不同的雷达阵面对应不同的馈线系统，研制工作复杂，频率跨度甚广，频率覆盖从短波到太赫兹频段，涉及射频、微波、毫米波技术，因微波频段用得多，故常称为微波馈线。
本书为“雷达技术丛书”的一个分册，主要面向从事雷达馈线、微波元器件与电路及雷达阵面综合网络的设计师、相关专业的本科生、研究生及雷达使用人员，需要读者具有一定电磁场理论与微波技术基础知识。本书着重介绍雷达馈线、综合网络设计技术，给出了相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，提供了相关公式、图表、模型及分析设计软件界面，便于读者入门和发展，尽量反映出雷达馈线技术新进展，结合技术的最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，我们尽量补充了馈线设计技术的新概念、新进展，对已经应用的和将会应用的新技术作了较为全面的介绍，将微波理论技术与馈线工程实际相结合，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，本书还融进了作者们近十多年来的科研成果，内容有实践依托和先进性。由于本书内容涉及面广，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，本书只给出结论，介绍其思路和使用方法，而简化其详细推导过程，在每章最后都列出相关参考文献，便于读者引申查证、追踪发展。
本书共14章，编写遵循从基础理论到元器件、系统的过程，融入了作者们的经验体会。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、馈电和发展趋势等；第2章主要介绍雷达所需的微波传输线；第3章介绍微波网络基础，涵盖了对雷达馈线网络的测试、修正与评估内容；第4章介绍雷达常用的微波无源元器件的设计；第5章介绍电控微波无源元器件的设计、T/R组件的设计思路及微系统技术的发展；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，重点介绍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章介绍雷达系统中的微波旋转关节；第8章介绍天馈系统中的微波铁氧体器件；第9章和第10章分别介绍了面天线、阵列天线雷达中微波的馈线系统；第1l章介绍有源阵面微波系统监测的设计思路和应用举例；第12章介绍毫米波雷达的微波馈线系统；第13章介绍馈线系统中的综合母板设计；第14章介绍馈线系统中的延迟线组件设计。
本书是在前人和作者们多年实践经验基础上编写成的，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、第12章、第13章由凌天庆等撰写；第5章由陈立翔、盛世威等撰写；第6章由张德斌、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；第9章由卫健等撰写；第11章由周志鹏撰写；第14章由王琦撰写。全书第二版由周志鹏、凌天庆拟定编写提纲，凌天庆统编全稿。
在本书编写过程中，有许多科技工作者都提供了宝贵的意见。馈线专家杨乃恒研究员仔细审阅了全部书稿，提出许多修改意见。中国电子科技集团公司第14研究所的领导们给予了大力支持；刘宪兰编辑对本书进行了编校把关；还有许多科技工作者也提供了不少帮助，在此表示诚挚的谢意。
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。随着雷达阵面对馈线技术要求的不断提高，馈线技术也在不断进步。馈线与天线、电源、控制、通信传输线一体化集成设计已经取得了不少成果，馈线系统的多功能化、集成化、芯片化已成为趋势。由于许多馈线新技术正在研发过程中，无法详细介绍。作者水平有限，书中难免存在疏漏，甚至错误，恳请读者批评指正。

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