微波毫米波系統(tǒng)工程

第1章 概述

1.1 微波及其頻譜

1.1.1 微波技術(shù)發(fā)展的歷史

1.1.2 微波的主要特性

1.1.3 微波應(yīng)用系統(tǒng)

1.1.4 微波系統(tǒng)工程的發(fā)展方向

1.1.5 微波技術(shù)的基本概念

1.1.6 微波網(wǎng)絡(luò)概念

1.1.7 微波系統(tǒng)工程中的dB量綱

1.2 微波空間傳播

1.2.1 在自由空間的傳播

1.2.2 微波的主要傳播方式與傳播衰減因子

1.3 毫米波及其應(yīng)用

1.4 微波系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

1.5 本書章節(jié)安排

參考文獻

第2章 微波接收機

2.1 微波接收機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1.1 超外差接收機

2.1.2 零差拍接收機

2.1.3 零中頻接收機

2.1.4 低中頻接收機

2.1.5 數(shù)字中頻接收機

2.2 微波超外差接收機的頻率分析

2.2.1 微波幅度非線性系統(tǒng)分析

2.2.2 微波接收機中的頻率變化分析

2.2.3 微波接收機的干擾信號分析

2.3 微波接收機前端技術(shù)指標

2.3.1 接收機噪聲

2.3.2 接收靈敏度

2.3.3 線性動態(tài)范圍

2.4 微波接收機前端設(shè)計與電路分析

2.4.1　LNA的作用和意義

2.4.2 前置濾波電路的作用和意義

2.4.3　IF濾波電路

2.4.4　IF放大器的作用和意義

參考文獻

第3章 微波發(fā)射機

3.1 概論

3.2 微波發(fā)射機功率源

3.2.1 微波電子管功率源

3.2.2 微波固態(tài)功率器件

3.2.3 微波電子管和固態(tài)功率器件的對比

3.3 微波通信系統(tǒng)發(fā)射機常用拓撲結(jié)構(gòu)

3.3.1 外差式發(fā)射機

3.3.2 正交調(diào)制直接上變頻發(fā)射機

3.3.3 通信系統(tǒng)發(fā)射機的參數(shù)

3.4 雷達電子管發(fā)射機

3.4.1 雷達電子管發(fā)射機的原理結(jié)構(gòu)

3.4.2 雷達發(fā)射機系統(tǒng)參數(shù)

3.4.3 脈沖雷達電子管發(fā)射機設(shè)計

3.5 雷達固態(tài)發(fā)射機

3.5.1 固態(tài)發(fā)射機的現(xiàn)狀與未來挑戰(zhàn)

3.5.2 毫米波Ka波段發(fā)射機設(shè)計舉例

3.6 發(fā)射機的冷卻系統(tǒng)和系統(tǒng)監(jiān)控

3.6.1 雷達發(fā)射機的熱源

……

第4章 微波通信系統(tǒng)

第5章 雷達系統(tǒng)

第6章 常用微波無源電路

第7章 微波固態(tài)有源電路

第8章 微波集成電路設(shè)計與工藝

第9章 微波固態(tài)頻率源

第10章 電磁輻射與天線

《微波毫米波系統(tǒng)工程》比較系統(tǒng)和深入地介紹了微波毫米波系統(tǒng)工程的基本理論和分析方法，內(nèi)容主要包括微波發(fā)射機、微波接收機、微波通信系統(tǒng)、微波雷達系統(tǒng)、微波無源和有源電路、微波集成電路、微波天線等。全書以微波毫米波系統(tǒng)為主線，采用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能分析論述與對組成部件特性分析論述相結(jié)合的方法，闡明相關(guān)基本概念、性能、工程設(shè)計及應(yīng)用，并給出定量的數(shù)學(xué)分析和應(yīng)用舉例。各章之間貫通連接，互為呼應(yīng)，構(gòu)成完整的體系，比較全面地搭建了微波毫米波系統(tǒng)與微波技術(shù)相關(guān)聯(lián)的知識體系。

《微波毫米波系統(tǒng)工程》適合作為高等院校無線電專業(yè)本科生的教材，也可供從事微波毫米波工程技術(shù)的專業(yè)技術(shù)人員閱讀和參考。

本課題以光子信息處理器件——新型光纖光柵為基礎(chǔ)，將微波與光波結(jié)合，研究將光纖光柵用于微波、毫米波的信號處理，研制用于超寬帶無線移動通信的微波橫向濾波器、有源濾波器，以及用于相控陣天線的波束形成器等關(guān)鍵信號處理器件，對其作深入的理論與實驗研究。本課題對于微波波毫米波光子學(xué)的發(fā)展有重要的學(xué)術(shù)價值，并具有廣闊的應(yīng)用前景。

1）極寬的帶寬

通常認為毫米波頻率范圍為26.5～300GHz，帶寬高達273.5GHz。超過從直流到微波全部帶寬的10倍。即使考慮大氣吸收，在大氣中傳播時只能使用四個主要窗口，但這四個窗口的總帶寬也可達135GHz，為微波以下各波段帶寬之和的5倍。這在頻率資源緊張的情況下無疑極具吸引力。

2）波束窄

在相同天線尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一個12cm的天線，在9.4GHz時波束寬度為18度，而94GHz時波速寬度僅1.8度。因此能分辨相距更近的小目標或更為清晰地觀察目標的細節(jié)。

3）探測能力強

可以利用寬帶廣譜能力來抑制多徑效應(yīng)和雜亂回波。有大量頻率可供使用，有效的消除相互干擾。在目標徑向速度下可以獲得較大的多譜勒頻移，從而提高對低速運動物體或振動物體的探測和識別能力。

4）安全保密好

毫米波通信的這個優(yōu)點來自兩個方面：a）由于毫米波在大氣中傳播受氧、水氣和降雨的吸收衰減很大，點對點的直通距離很短，超過這個距離信號就會變得十分微弱，這就增加了敵方進行竊聽和干擾的難度。b）毫米波的波束很窄，且副瓣低，這又進一步降低了其被截獲的概率。

5）傳輸質(zhì)量高

由于頻段高毫米波通信基本上沒有什么干擾源，電磁頻譜極為干凈，因此，毫米波信道非常穩(wěn)定可靠，其誤碼率可長時間保持在10-12量級，可與光纜的傳輸質(zhì)量相媲美。

6）全天候通信

毫米波對降雨、沙塵、煙霧和等離子的穿透能力卻要比大氣激光和紅外強得多。這就使得毫米波通信具有較好的全天候通信能力，保證持續(xù)可靠工作。

7）元件尺寸小

和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系統(tǒng)更容易小型化。

當前的毫米波通信系統(tǒng)主要包括地球上的點對點通信和通過衛(wèi)星的通信或廣播系統(tǒng)。地球上的點對點毫米波通信一般用于對保密要求較高的接力通信中。毫米波本身就具有很強的隱蔽性和抗干擾性，同時由于毫米波在大氣中的衰減和使用小口徑天線就可以獲得極窄的波束和很小的旁瓣，所以對毫米波通信的截獲和干擾變得非常困難。

毫米波通信毫米波地面通信

毫米波地面通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)應(yīng)用是接力（中繼）通信。毫米波傳播的大量試驗表明，利用多跳的毫米波接力（中繼）通信是可行的。為了減少風險，首先從毫米波頻段的低端和厘米波頻段的高端入手。在開發(fā)高頻段大容量通信系統(tǒng)的同時，更高頻段的中、低容量短程毫米波通信設(shè)備也相繼出臺。

到20世紀90年代，迎來了全球信息化的浪潮。因特網(wǎng)迅猛發(fā)展，交互多媒體業(yè)務(wù)、寬帶視頻業(yè)務(wù)以及專用網(wǎng)絡(luò)和無線電通信的業(yè)務(wù)量的急劇增長，迫切需要提高傳輸速率、傳輸帶寬和傳輸質(zhì)量。用戶對寬帶接入的需求日益強烈，推動了各種寬帶接入網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的研發(fā)，利用毫米波的無線寬帶接入技術(shù)應(yīng)運而生。

毫米波通信毫米波衛(wèi)星通信

由于豐富的頻率資源，在衛(wèi)星通信中毫米波通信得到了迅速發(fā)展。例如，在星際通信時一般使用5mm（60GHz）波段，因為在此頻率處大氣損耗極大，地面無法對星際通信內(nèi)容進行偵聽。而在星際由于大氣極為稀薄，不會造成信號的衰落。美國的“戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)略和中繼衛(wèi)星系統(tǒng)”就是一個例子。該系統(tǒng)由五顆衛(wèi)星組成，上行頻率為44GHz，下行頻率為20GHz，帶寬為2GHz，星際通信頻率為60GHz。

與其他通信方式相比，衛(wèi)星通信的主要優(yōu)點是：a）通信距離遠，建站成本與通信距離無關(guān)。b）以廣播方式工作，便于實現(xiàn)多址連接。c）通信容量大，能傳送的業(yè)務(wù)類型多。d）可以自發(fā)、自收、監(jiān)測等。20世紀70～80年代，衛(wèi)星通信大多是利用對地靜止軌道（又稱同步軌道）進行的。到20世紀90年代以后，利用中、低軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)紛至沓來。但是在大容量通信服務(wù)方面，利用對地靜止軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)仍然是唱主角的。據(jù)統(tǒng)計，20世紀90年代的10年間，發(fā)射送入同步軌道上的通信衛(wèi)星多達200顆，其中C波段的最多，Ku波段的次之。由此帶來的衛(wèi)星通信頻譜擁擠問題也日益突出，向更高頻段推進已成為必然趨勢。

實際上早在20世紀70年代初，就已經(jīng)開始了毫米波衛(wèi)星通信的實驗研究。此領(lǐng)域大部分開發(fā)工作在美國、前蘇聯(lián)和日本進行。到20世紀80年代末至90年代，除了推出繼續(xù)用于范圍更廣、內(nèi)容更多的毫米波頻段實驗衛(wèi)星外，開始出現(xiàn)了實用化的Ka波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)。需要指出的是，其中許多衛(wèi)星采用了一系列先進的技術(shù)，包括多波束天線、星上交換、星上處理和高速傳輸?shù)取?/p>