微波毫米波系統(tǒng)工程內(nèi)容簡(jiǎn)介

《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(jī)、微波接收機(jī)、微波通信系統(tǒng)、微波雷達(dá)系統(tǒng)、微波無(wú)源和有源電路、微波集成電路、微波天線等。全書(shū)以微波毫米波系統(tǒng)為主線，采用對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能分析論述與對(duì)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(jì)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(shí)體系。

《微波毫米波系統(tǒng)工程》適合作為高等院校無(wú)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。

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(shū)章節(jié)安排

參考文獻(xiàn)

第2章 微波接收機(jī)

2.1 微波接收機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1.1 超外差接收機(jī)

2.1.2 零差拍接收機(jī)

2.1.3 零中頻接收機(jī)

2.1.4 低中頻接收機(jī)

2.1.5 數(shù)字中頻接收機(jī)

2.2 微波超外差接收機(jī)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(jī)中的頻率變化分析

2.2.3 微波接收機(jī)的干擾信號(hào)分析

2.3 微波接收機(jī)前端技術(shù)指標(biāo)

2.3.1 接收機(jī)噪聲

2.3.2 接收靈敏度

2.3.3 線性動(dòng)態(tài)范圍

2.4 微波接收機(jī)前端設(shè)計(jì)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(xiàn)

第3章 微波發(fā)射機(jī)

3.1 概論

3.2 微波發(fā)射機(jī)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(duì)比

3.3 微波通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.3.1 外差式發(fā)射機(jī)

3.3.2 正交調(diào)制直接上變頻發(fā)射機(jī)

3.3.3 通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的參數(shù)

3.4 雷達(dá)電子管發(fā)射機(jī)

3.4.1 雷達(dá)電子管發(fā)射機(jī)的原理結(jié)構(gòu)

3.4.2 雷達(dá)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)參數(shù)

3.4.3 脈沖雷達(dá)電子管發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

3.5 雷達(dá)固態(tài)發(fā)射機(jī)

3.5.1 固態(tài)發(fā)射機(jī)的現(xiàn)狀與未來(lái)挑戰(zhàn)

3.5.2 毫米波Ka波段發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)舉例

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

3.6.1 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的熱源

……

第4章 微波通信系統(tǒng)

第5章 雷達(dá)系統(tǒng)

第6章 常用微波無(wú)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(jì)與工藝

第9章 微波固態(tài)頻率源

第10章 電磁輻射與天線

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(hào)處理，研制用于超寬帶無(wú)線移動(dòng)通信的微波橫向?yàn)V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(hào)處理器件，對(duì)其作深入的理論與實(shí)驗(yàn)研究。本課題對(duì)于微波波毫米波光子學(xué)的發(fā)展有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，并具有廣闊的應(yīng)用前景。

1）極寬的帶寬

通常認(rèn)為毫米波頻率范圍為26.5～300GHz，帶寬高達(dá)273.5GHz。超過(guò)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(shí)只能使用四個(gè)主要窗口，但這四個(gè)窗口的總帶寬也可達(dá)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(wú)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(gè)12cm的天線，在9.4GHz時(shí)波束寬度為18度，而94GHz時(shí)波速寬度僅1.8度。因此能分辨相距更近的小目標(biāo)或更為清晰地觀察目標(biāo)的細(xì)節(jié)。

3）探測(cè)能力強(qiáng)

可以利用寬帶廣譜能力來(lái)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(biāo)徑向速度下可以獲得較大的多譜勒頻移，從而提高對(duì)低速運(yùn)動(dòng)物體或振動(dòng)物體的探測(cè)和識(shí)別能力。

4）安全保密好

毫米波通信的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)來(lái)自兩個(gè)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直通距離很短，超過(guò)這個(gè)距離信號(hào)就會(huì)變得十分微弱，這就增加了敵方進(jìn)行竊聽(tīng)和干擾的難度。b）毫米波的波束很窄，且副瓣低，這又進(jìn)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(méi)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(zhǎng)時(shí)間保持在10-12量級(jí)，可與光纜的傳輸質(zhì)量相媲美。

6）全天候通信

毫米波對(duì)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(qiáng)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(dāng)前的毫米波通信系統(tǒng)主要包括地球上的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和通過(guò)衛(wèi)星的通信或廣播系統(tǒng)。地球上的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)毫米波通信一般用于對(duì)保密要求較高的接力通信中。毫米波本身就具有很強(qiáng)的隱蔽性和抗干擾性，同時(shí)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(duì)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(yàn)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(fēng)險(xiǎn)，首先從毫米波頻段的低端和厘米波頻段的高端入手。在開(kāi)發(fā)高頻段大容量通信系統(tǒng)的同時(shí)，更高頻段的中、低容量短程毫米波通信設(shè)備也相繼出臺(tái)。

到20世紀(jì)90年代，迎來(lái)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(wú)線電通信的業(yè)務(wù)量的急劇增長(zhǎng)，迫切需要提高傳輸速率、傳輸帶寬和傳輸質(zhì)量。用戶對(duì)寬帶接入的需求日益強(qiáng)烈，推動(dòng)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(wú)線寬帶接入技術(shù)應(yīng)運(yùn)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(shí)一般使用5mm（60GHz）波段，因?yàn)樵诖祟l率處大氣損耗極大，地面無(wú)法對(duì)星際通信內(nèi)容進(jìn)行偵聽(tīng)。而在星際由于大氣極為稀薄，不會(huì)造成信號(hào)的衰落。美國(guó)的“戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)略和中繼衛(wèi)星系統(tǒng)”就是一個(gè)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(diǎn)是：a）通信距離遠(yuǎn)，建站成本與通信距離無(wú)關(guān)。b）以廣播方式工作，便于實(shí)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(cè)等。20世紀(jì)70～80年代，衛(wèi)星通信大多是利用對(duì)地靜止軌道（又稱同步軌道）進(jìn)行的。到20世紀(jì)90年代以后，利用中、低軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)紛至沓來(lái)。但是在大容量通信服務(wù)方面，利用對(duì)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(jì)，20世紀(jì)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(dá)200顆，其中C波段的最多，Ku波段的次之。由此帶來(lái)的衛(wèi)星通信頻譜擁擠問(wèn)題也日益突出，向更高頻段推進(jìn)已成為必然趨勢(shì)。

實(shí)際上早在20世紀(jì)70年代初，就已經(jīng)開(kāi)始了毫米波衛(wèi)星通信的實(shí)驗(yàn)研究。此領(lǐng)域大部分開(kāi)發(fā)工作在美國(guó)、前蘇聯(lián)和日本進(jìn)行。到20世紀(jì)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(shí)驗(yàn)衛(wèi)星外，開(kāi)始出現(xiàn)了實(shí)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(jìn)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>