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2017-02-24 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書以作者近年來在射頻微波平面電路領(lǐng)域的研究成果為主線,詳細(xì)論述了廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代無線系統(tǒng)中的新型高性能、小型化射頻/微波電路與器件。在簡(jiǎn)單介紹了現(xiàn)代無線系統(tǒng)基本原理、組成結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代平面電路發(fā)展現(xiàn)狀和平面?zhèn)鬏斁€基本結(jié)構(gòu)與理論之后,作者重點(diǎn)討論和介紹了各種新型射頻微波電路。本書主要涉及到平面低通、帶通和帶阻多模諧振器與濾波器,基于新型微帶/共面波導(dǎo)和微帶/槽線等綜合傳輸線結(jié)構(gòu)的高性能小型化雙金屬平面濾波器,以及平面功分器與功率放大器等內(nèi)容。這些內(nèi)容大部分是作者科研工作的總結(jié)和進(jìn)一步完善,因此,不僅有一定的理論深度,而且也具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
前言/序言
本書主要介紹和討論基于單層介質(zhì)基片的新型低成本小型化和高性能射頻與微波平面電路。其中,單層基片的單面/共面和雙面電路是本書討論的重點(diǎn)內(nèi)容,并提前在此做一個(gè)約定:如果沒有特別說明,本書所指的電路都是基于單層介質(zhì)基片,因此,本書研究?jī)?nèi)容主要涉及單面和雙面電路。
在電路理論中,我們知道理想的電阻是個(gè)恒定值,與頻率等參數(shù)無關(guān)。電路的阻抗和導(dǎo)納等特性僅與集總元件LC的頻率特性相關(guān)。但是,到了射頻和微波頻段,情況變得完全不同了。嚴(yán)格來講,任何電路都與頻率相關(guān),也就是說,電路特性具有頻率相關(guān)性。射頻(RF,Radio Frequency),即無線電頻率,通常的頻率范圍是30MHz~4GHz。而微波頻段通常所指的頻率范圍是300MHz~300GHz,包括了毫米波頻段。因此,射頻與微波的低頻段之間有一定的重疊,這也成為了行業(yè)內(nèi)的慣用分類方法。本書涉及的內(nèi)容主要集中在射頻的高端(300MHz~3GHz)至微波的中低頻端(40GHz以下)之間的范圍內(nèi)。為了能夠比較全面地表述本書的研究?jī)?nèi)容,用“射頻微波”兩個(gè)頻率范圍來界定是比較準(zhǔn)確和科學(xué)的。
截至目前,國(guó)內(nèi)外介紹射頻和微波電路理論及應(yīng)用的專著及教材有很多,它們各有側(cè)重點(diǎn)且各有特色。本書是作者站在國(guó)內(nèi)外同行的肩膀上并結(jié)合自身的科研與教學(xué)實(shí)踐提煉出來的,既有繼承又有發(fā)展,更有一定的創(chuàng)新。通常,由微帶、CPW以及槽線等傳輸線構(gòu)成的平面電路因其小尺寸、低成本以及易集成等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛應(yīng)用。但是,隨著現(xiàn)代無線通信及雷達(dá)等電子系統(tǒng)的快速發(fā)展,這些傳統(tǒng)的平面電路已經(jīng)面臨很大的問題:性能指標(biāo)難以進(jìn)一步提升,體積和重量難以進(jìn)一步減小,電路的集成度也難以進(jìn)一步提高。因此,新型高性能平面電路的研究受到了廣大科研工作者的重視。其中,多線多路徑的平面耦合、微帶- CPW、微帶-槽線、微帶-DGS等混合耦合結(jié)構(gòu)得到了廣泛研究,并取得了一定的成果。本書很大一部分內(nèi)容正是基于這些新型復(fù)合結(jié)構(gòu)展開的。
本書體系結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容安排如下:第1章,簡(jiǎn)單介紹現(xiàn)代無線系統(tǒng)與技術(shù)以及各種新型傳輸線構(gòu)成的現(xiàn)代平面電路;第2章,主要介紹了各種平面?zhèn)鬏斁€的基本結(jié)構(gòu)和理論,涉及單面單導(dǎo)體傳輸線、多導(dǎo)體耦合傳輸線以及雙面復(fù)合傳輸線等新型結(jié)構(gòu)。這些傳輸線及其設(shè)計(jì)方程或等效電路模型,為后續(xù)章節(jié)深入討論各種高性能的平面電路奠定了理論基礎(chǔ);第3章,重點(diǎn)介紹多模諧振器和濾波器,涉及多模諧振的基本概念、產(chǎn)生機(jī)理及其小型化多模諧振器濾波器應(yīng)用;第4章,主要介紹雙金屬平面濾波電路,包括微帶-CPW低通濾波器以及超寬帶濾波器、微帶/槽線雜散抑制帶通濾波器、帶阻濾波器以及超寬帶濾波器等內(nèi)容;第5章,主要討論了微帶功分器和功率放大器,涉及X波段微帶八路功分器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及X波段三級(jí)級(jí)聯(lián)功率放大器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);第6章,主要是對(duì)平面?zhèn)鬏斁€及其電路實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié),并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。
本書以作者近年來以平面?zhèn)鬏斁€的研究工作為基礎(chǔ),主要介紹和討論了單層介質(zhì)基片的單面和雙面?zhèn)鬏斁€基本理論及其在射頻微波平面電路中的應(yīng)用等有關(guān)內(nèi)容。由于新型電路層出不窮、日新月異,要想完全覆蓋所有的技術(shù)和電路是不可能的。本書的目的意在向廣大讀者和同行介紹這類技術(shù)和方法,只能是拋磚引玉,有興趣的讀者可以深入研究。由于書中內(nèi)容大多涉及作者近年來開展的研究,因此對(duì)其中理論問題的介紹能給出思路及方法的細(xì)節(jié),對(duì)射頻微波電路與器件的研制也能給出其設(shè)計(jì)過程、具體結(jié)果、技術(shù)指標(biāo)及實(shí)物照片等。這樣安排全書內(nèi)容,其目的是為了方便廣大讀者和技術(shù)同行在工程應(yīng)用或開展進(jìn)一步研究時(shí)參考。另外,本專著注重新型實(shí)用電路技術(shù)的引入與討論,以拓展讀者的學(xué)術(shù)視野。
本書論述的平面?zhèn)鬏斁€電路涉及很多PCB加工、制作與實(shí)際測(cè)量等大量煩瑣的內(nèi)容,這些工作大部分是在成都賽英科技有限責(zé)任公司相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員的支持和幫助下完成的。因此,作者特別感謝成都賽英科技有限責(zé)任公司董事長(zhǎng)、法人、原電子科技大學(xué)電路與系統(tǒng)學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人、學(xué)科組組長(zhǎng)張玉興教授。同時(shí),一并感謝成都賽英科技有限責(zé)任公司的王偉、譚琪、姚宗誠(chéng)、吳義華、趙宏飛等技術(shù)同行和專家對(duì)作者教學(xué)和科研工作的一貫支持和幫助。
由于目前市面上關(guān)于新型平面?zhèn)鬏斁€(特別是雙面復(fù)合傳輸線)在射頻微波電路應(yīng)用方面的專著還比較少,因此,本專著的出版也是對(duì)該領(lǐng)域理論和技術(shù)方面的又一補(bǔ)充,并希望它能對(duì)平面?zhèn)鬏斁€的深入研究及應(yīng)用起到“拋磚引玉”的作用。本專著的主要內(nèi)容是作者最近幾年來的最新研究成果,以獨(dú)特視角和研究方法對(duì)平面?zhèn)鬏斁€在射頻/微波電路領(lǐng)域的應(yīng)用展開討論。其中,部分研究項(xiàng)目受到中國(guó)博士后基金和總裝預(yù)研基金等機(jī)構(gòu)的支持,在此一并表示感謝。另外,書中引用了一些相關(guān)著作、文獻(xiàn)和圖片,在此也對(duì)其原作者表示誠(chéng)摯的謝意。限于成書時(shí)間以及作者的研究水平,書中不妥之處敬請(qǐng)廣大讀者和同行批評(píng)與斧正。
作者
電子科技大學(xué)
2016年9月
作者簡(jiǎn)介
陳會(huì),男,博士(后),副教授。2014年1月至2015年1月以訪問學(xué)者的身份在英國(guó)利茲大學(xué)進(jìn)行為期1年的學(xué)術(shù)訪問與交流;2012年3月,博士后研究出站;2008年12月,獲電子科技大學(xué)電路與系統(tǒng)專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位。先后在徐州工程集團(tuán)、四川大學(xué)從事產(chǎn)品研發(fā)和教學(xué)科研,并于2009年1月留校就職于電子科技大學(xué)。目前主要研究方向與興趣:現(xiàn)代無線系統(tǒng)與射頻/微波前端電路、高速PCB的信號(hào)完整性以及信息安全與賽博空間控制技術(shù)等。
目錄
第1章 現(xiàn)代無線系統(tǒng)與平面電路 1
1.1 引言 2
1.2 現(xiàn)代無線系統(tǒng)與技術(shù)概述 3
1.2.1 GSM系統(tǒng)與原理 3
1.2.2 脈沖雷達(dá)系統(tǒng)與工作機(jī)理 5
1.3 現(xiàn)代平面電路概述 6
1.3.1 基于微帶-共面波導(dǎo)雙面結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器 7
1.3.2 基于微帶-槽線雙面結(jié)構(gòu)的微波濾波器 11
1.3.3 基于微帶-DGS雙面結(jié)構(gòu)的雙模發(fā)射機(jī) 12
1.3.4 基于微帶-槽線的雙面功分器 14
1.3.5 SIW雙面?zhèn)鬏斁€與電路 15
1.3.6 雙面平行傳輸線與電路 16
1.3.7 平衡(差分)傳輸線與電路 17
1.4 主要內(nèi)容及安排 18
參考文獻(xiàn) 19
第2章 平面?zhèn)鬏斁€基本結(jié)構(gòu)與理論 23
2.1 單面?zhèn)鬏斁€結(jié)構(gòu) 24
2.1.1 單導(dǎo)體傳輸線 24
2.1.2 多導(dǎo)體傳輸線 30
2.2 雙面?zhèn)鬏斁€耦合結(jié)構(gòu) 34
2.2.1 微帶-CPW雙面耦合傳輸線 35
2.2.2 微帶-槽線雙面耦合傳輸線 35
2.2.3 寬邊耦合懸置微帶線 35
2.3 傳輸線耦合理論 37
2.3.1 微帶對(duì)稱雙導(dǎo)體耦合理論 37
2.3.2 微帶不對(duì)稱雙導(dǎo)體耦合理論 38
2.3.3 微帶對(duì)稱三線耦合理論 45
2.3.4 DGS通用電路模型 50
2.3.5 DMS的建模與分析 56
2.4 小結(jié) 60
參考文獻(xiàn) 60
第3章 多模諧振器與濾波電路 64
3.1 引言 65
3.2 多模諧振器理論 66
3.2.1 簡(jiǎn)并雙模諧振理論 67
3.2.2 非簡(jiǎn)并雙模諧振理論 71
3.2.3 多模諧振器理論 74
3.3 低損寬帶高選擇性的雙模帶通濾波器 77
3.3.1 三角形貼片諧振器的電磁場(chǎng)理論 77
3.3.2 正交開路支節(jié)加載的直角三角形雙模貼片諧振器 80
3.3.3 修正的缺微雙帶隙諧振器 81
3.3.4 雙模諧振濾波器的仿真與測(cè)量 84
3.3.5 結(jié)論 84
3.4 低損耗耦合線三模超寬帶帶通濾波器 85
3.4.1 耦合線三模諧振器 85
3.4.2 超寬帶的三模諧振器濾波器 87
3.4.3 超寬帶濾波器的仿真與測(cè)量結(jié)果 88
3.4.4 結(jié)論 89
3.5 高選擇性三模三頻帶通濾波器 89
3.5.1 引言 89
3.5.2 三模諧振器 90
3.5.3 基于三模諧振器的三頻濾波器 91
3.5.4 三頻濾波器的仿真與測(cè)量結(jié)果 92
3.5.5 結(jié)論 92
3.6 高選擇性橢圓函數(shù)響應(yīng)的四模四頻帶通濾波器 93
3.6.1 引言 93
3.6.2 微帶-槽線復(fù)合耦合的四模諧振器 93
3.6.3 基于四模諧振器的四頻帶通濾波器 97
3.6.4 四頻濾波器的仿真與測(cè)量結(jié)果 98
3.6.5 結(jié)論 99
3.7 諧波抑制的寬阻帶橢圓函數(shù)帶通濾波器 99
3.7.1 引言 99
3.7.2 雙模諧振器及其濾波器的分析與設(shè)計(jì) 100
3.7.3 雙模寬帶濾波器的仿真與測(cè)量 103
3.7.4 雙模濾波器的小型化設(shè)計(jì) 103
3.7.5 結(jié)論 105
3.8 多模帶阻濾波器 105
3.8.1 引言 106
3.8.2 單貼片雙模帶阻濾波器 106
3.8.3 雙貼片雙模帶阻濾波器 110
3.9 低通-帶通雙模雙頻濾波器 110
3.9.1 引言 111
3.9.2 基本概念 111
3.9.3 附加傳輸零點(diǎn)的LP-BPF 114
3.9.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 115
3.10 微帶-DGS雙模高通濾波器 116
3.10.1 引言 116
3.10.2 DGS雙模諧振器 117
3.10.3 雙模高通濾波器 119
3.10.4 結(jié)論 121
3.11 微帶-CPW雙模高通濾波器 121
3.11.1 非均勻CPW雙模諧振器 121
3.11.2 雙模高通濾波器 124
3.11.3 結(jié)論 126
3.12 小結(jié) 127
參考文獻(xiàn) 127
第4章 高性能雙金屬平面濾波電路 132
4.1 微帶-CPW低通濾波器 133
4.1.1 微帶-CPW槽線加載的SI-LPF 133
4.1.2 微帶-CPW高選擇性橢圓LPF 135
4.2 微帶-槽線雜散抑制帶通濾波器 147
4.3 微帶-槽線(超)寬帶濾波器 149
4.3.1 微帶-槽線WB濾波器 149
4.3.2 微帶-槽線UWB濾波器 152
4.4 微帶-CPW超寬帶濾波器 153
4.4.1 CPW-MMR超寬帶濾波器 154
4.4.2 微帶-CPW帶外抑制超寬帶濾波器 157
4.4.3 非均勻CPW帶外抑制UWB濾波器 167
4.5 雙面耦合帶阻濾波器 170
4.5.1 微帶-SGS帶阻濾波器 170
4.5.2 折疊微帶-CPW帶阻濾波器 174
4.6 基片集成波導(dǎo)濾波器 178
4.6.1 基片集成腔體 178
4.6.2 SIW濾波器 179
4.7 微帶-CPW雙頻寬帶濾波器 180
4.7.1 引言 180
4.7.2 雙頻寬帶濾波器的分析與設(shè)計(jì) 182
4.7.3 實(shí)驗(yàn)與分析 189
4.7.4 結(jié)論 190
4.8 極窄帶陷的超寬帶濾波器 191
4.9 微帶-開環(huán)槽雙頻濾波器 194
4.9.1 引言 195
4.9.2 雙頻段帶通濾波器的分析與設(shè)計(jì) 195
4.9.3 雙頻濾波器的仿真與測(cè)量結(jié)果 197
4.9.4 結(jié)論 198
4.10 小結(jié) 198
參考文獻(xiàn) 199
第5章 平面功分器與功率放大器 207
5.1 功分器/合成器概述 208
5.1.1 合成概念的演變 208
5.1.2 合成的基本原理 208
5.1.3 合成的網(wǎng)絡(luò)特性 209
5.2 微帶耦合線兩路和三路功分器 212
5.2.1 基于折疊耦合雙線結(jié)構(gòu)的“兩路”功分器 213
5.2.2 基于對(duì)稱三線耦合結(jié)構(gòu)的“三路”功分器 217
5.3 X波段微帶八路功分器 220
5.3.1 Wilkinson功分器的基本理論 220
5.3.2 微帶八路功分器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 221
5.4 X波段功率放大器 227
5.4.1 偏置電路概論 227
5.4.2 X波段功率放大器的設(shè)計(jì) 230
5.4.3 X波段功率放大器的實(shí)現(xiàn) 233
5.5 小結(jié) 236
參考文獻(xiàn) 236
第6章 結(jié)論與展望 239
參考文獻(xiàn) 242
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