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第1章 射频滤波器——无线通信网络系统概论1

1.1通信系统模型1

1. 1. 1通信系统的组成2

1.2无线频谱及其应用4

1.2.1微波频率下的无线传播4

1.2.2作为自然资源的无线频谱5

1.3信息论的概念6

1.4通信信道与链路预算8

1.4. 1通信链路中的信号功率8

1.4.2发射天线与接收天线8

1.5通信系统中的噪声11

1.5. 1邻近同极化信道干扰12

1.5.2邻近交叉极化信道干扰12

1.5.3多路径干扰12

1.5.4热噪声13

1.5.5级联网络中的噪声17

1.5.6互调噪声19

1.5.7非理想信道的失真20

1.5.8射频链路设计22

1.6通信系统中的调制和解调方案24

1. 6. 1幅度调制24

16.2基带信号的组成25

1.6.3角调制信号26

1.6.4频率调制系统和幅度调制系统的对比28

1.7数字传输29

1.7.1抽样30

1.7.2量化30

1.7.3脉冲编码调制系统30

1.7.4脉冲编码调制系统的量化噪声31

1.7.5二进制传输中的误码率31

1.7.6数字调制和解调方案33

1.7.7高级调制方案34

1.7.8服务质量和信噪比37

1.8卫星系统的通信信道37

1.8.1接收部分39

1.8.2信道器部分40

1.8.3高功率放大器41

1.8.4发射机部分的架构43

1.9蜂窝系统中的射频滤波器46

1.10系统需求对射频滤波器指标的影响47

1.11卫星和蜂窝通信对滤波器技术的影响49

1.12小结50

1.13参考文献50

附录1A互调失真小结51

第2章 电路理论基础——近似法52

2.1线性系统52

2. 1. 1线性的概念52

2.2系统的分类53

2.2.1时变系统和时不变系统53

2.2.2集总参数系统和分布参数系统53

2.2.3即时系统和动态系统53

2.2.4模拟系统和数字系统53

2.3电路理论的历史演化53

2.3.1电路元件54

2.4线性系统在时域中的网络方程54

2.5频域指数驱动函数的线性系统网络方程55

2.5.1复频率变量56

2.5.2传输函数57

2.5.3连续指数的信号表示57

2.5.4电路网络的传输函数58

2.6线性系统对正弦激励的稳态响应58

2.7电路理论近似法59

2.8小结60

2.9参考文献60

第3章 无耗低通原型滤波器函数特性61

3.1理想滤波器61

3.1.1无失真传输61

3.1.2二端口网络的最大传输功率62

3.2双终端无耗低通原型滤波器网络的多项式函数特性62

3.2.1反射和传输系数63

3.2.2特征多项式的归一化65

3.3理想低通原型网络的特征多项式65

3.4低通原型的特性66

3.4.1幅度响应66

3.4.2相位响应67

3.4.3相位的线性度68

3.5不同响应波形的特征多项式68

3.5.1全极点原型滤波器函数68

3.5.2包含有限传输零点的原型滤波器函数69

3.6经典原型滤波器69

3.6.1最大平坦滤波器69

3.6. 2切比雪夫滤波器70

3.6. 3椭圆函数滤波器71

3.6.4奇数阶椭圆函数滤波器73

3.6.5偶数阶椭圆函数滤波器74

3.6.6包含传输零点和最大平坦通带的滤波器75

3.6.7线性相位滤波器75

3.6.8最大平坦、切比雪夫和椭圆函数滤波器的比较76

3.7通用设计表（UDC）76

3.7.1波纹因子77

3.8低通原型电路结构78

3.8.1原型网络的变换79

3.8.2变换后的滤波器频率响应80

3.9滤波器的损耗影响81

3.9.1损耗因子δ与品质因数Q0的关系82

3.9.2低通和高通滤波器的等效δ83

3.9.3带通和带阻滤波器的等效δ84

3.10不对称响应滤波器85

3.10.1正函数85

3.11小结88

3.12参考文献88

附录3A通用设计表89

第4章 特征多项式的计算机辅助综合94

4.1对称低通原型滤波器网络的目标函数和约束条件94

4.2目标函数的解析梯度95

4.2.1无约束目标函数的梯度96

4.2.2不等式约束条件的梯度97

4.2.3等式约束条件的梯度97

4.3经典滤波器的优化准则98

4.3.1切比雪夫函数滤波器98

4.3.2反切比雪夫滤波器98

4.3.3椭圆函数滤波器99

4.4新型滤波器函数的生成99

4.4.1等波纹通带和阻带99

4.4.2非等波纹阻带和等波纹通带100

4.5不对称滤波器100

4.5.1切比雪夫通带的不对称滤波器101

4.5.2任意响应的不对称滤波器102

4.6线性相位滤波器103

4.7滤波器函数的关键频率104

4.8小结104

4.9参考文献104

附录4A一个特殊的八阶滤波器的关键频率105

第5章 多端口微波网络的分析106

5.1二端口网络的矩阵表示法106

5.1.1阻抗矩阵［Z］和导纳矩阵［Y］106

5.1. 2 ［ ABCD］矩阵107

5.1.3散射矩阵［S］109

5.1. 4传输矩阵［T］112

5.1. 5二端口网络的分析115

5.2两个网络的级联116

5.3多端口网络122

5.4多端口网络的分析123

5.5小结127

5.6参考文献127

第6章 广义切比雪夫滤波器函数的综合128

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128

6.1.1 ε和εR的关系133

6.2确定分母多项式E（s）的交替极点方法133

6.3广义切比雪夫滤波器函数多项式的综合方法135

6.3.1多项式的综合136

6.3.2递归技术139

6.3.3对称与不对称滤波器函数的多项式形式142

6.4预失真滤波器特性143

6.4.1预失真滤波器网络综合146

6.5双通带滤波器变换149

6.6小结151

6.7参考文献151

第7章 电路网络综合方法152

7.1电路综合方法153

7.1.1三阶网络的［ABCD］矩阵构造154

7.1.2网络综合154

7.2耦合谐振微波带通滤波器的低通原型电路157

7.2.1变换器电路的［ABCD］多项式综合158

7.2.2单终端滤波器原型的［ABCD］多项式综合162

7.3梯形网络的综合164

7.4 （4-2）不对称滤波器网络综合实例170

7.5小结175

7.6参考文献176

第8章 滤波器网络的耦合矩阵综合177

8.1耦合矩阵177

8.1. 1低通和带通原型178

8.1.2一般NxN耦合矩阵形式的电路分析179

8.1.3低通原型电路的耦合矩阵构成181

8.1.4耦合矩阵形式的网络分析183

8.1.5直接分析184

8.2耦合矩阵的直接综合185

8.2.1 NxN耦合矩阵的直接综合186

8.3耦合矩阵的简化187

8.3.1相似变换和矩阵元素消元188

8.4 N+2耦合矩阵的综合193

8.4.1横向耦合矩阵的综合193

8.4.2 N+2横向耦合矩阵到规范折叠形矩阵的简化197

8.4.3实用范例198

8.5小结201

8.6参考文献201

第9章 折叠耦合矩阵的拓扑重构203

9.1双模滤波器的对称实现203

9.1.1六阶滤波器205

9.1.2八阶滤波器205

9.1.3十阶滤波器206

9.1.4十二阶滤波器206

9.2对称响应的不对称实现207

9.3 Ptzenmaier结构208

9.4级联四角元件——八阶及以上级联的两个四角元件210

9.5并联二端口网络212

9.5. 1偶模和奇模耦合子矩阵214

9.6闭端形拓扑结构215

9.6.1闭端形拓扑的扩展形式218

9.6.2灵敏度分析221

9.7小结222

9.8参考文献222

第10章 提取极点和三角元件的综合与应用223

10.1提取极点滤波器的综合223

10.1.1提取极点元件的综合223

10.1.2提取极点综合实例226

10.1.3提取极点滤波器网络的分析229

10.1.4直接耦合提取极点滤波器229

10.2带阻滤波器的提取极点综合方法234

10.2.1直接耦合带阻滤波器235

10.3三角元件239

10.3.1三角元件的电路综合方法239

10.3.2级联三角元件——耦合矩阵方法243

10.3.3基于三角元件的高级电路综合方法248

10.4盒形和扩展盒形结构253

10.4. 1盒形拓扑结构253

10.4.2扩展盒形拓扑结构256

10.5小结259

10.6参考文献260

第11章 微波谐振器261

11.1微波谐振器结构261

11.2谐振频率计算263

11.2.1常规传输线谐振器的谐振频率263

11.2.2计算谐振频率的横向谐振方法264

11.2.3任意外形谐振器的谐振频率265

11.3谐振器的无载Q值267

11.3.1常规谐振器的无载Q值268

11.3.2任意外形谐振器的无载Q值270

11.4有载和无载Q值的测量270

11.5小结275

11.6参考文献275

第12章 波导与同轴低通滤波器277

12.1公比线元件277

12.2低通原型传输多项式278

12.2.1第二类切比雪夫多项式278

12.2.2 Achieser-Zolotarev函数280

12.3分布阶梯阻抗低通滤波器的综合实现282

12.3.1ω平面到θ平面的传输函数S21的映射282

12.3.2阶梯阻抗低通原型电路的综合284

12.3.3实现286

12.4短阶变换器289

12.5混合集总/分布参数低通滤波器的综合与实现291

12.5.1传输和反射多项式的构成291

12.5.2皱折低通原型电路综合293

12. 5.3应用295

12.6小结301

12.7参考文献301

第13章 单模和双模波导滤波器303

13.1滤波器综合过程303

13.2滤波器函数设计304

13.2. 1幅度优化304

13.2.2抑制优化304

13.2.3群时延优化306

13.3微波滤波器网络的实现与分析309

13.4双模滤波器314

13.4. 1虚拟负耦合314

13.5耦合符号修正315

13.6典型耦合矩阵拓扑的双模实现316

13.6.1折叠形拓扑317

13.6.2 Pfitzenmaier拓扑318

13.6.3传递形拓扑318

13.6.4级联四角元件319

13.6.5扩展盒形拓扑319

13.7相位直接耦合提取极点滤波器321

13.8全感性双模滤波器322

13.8.1等效电路综合323

13.9小结324

13.10参考文献325

第14章 耦合谐振滤波器的结构与设计326

14.1切比雪夫带通滤波器的电路模型327

14.2谐振器间耦合计算331

14.2.1电壁与磁壁的对称性应用331

14.2.2利用S参数计算谐振器间耦合332

14.3输入/输出耦合计算333

14.3.1频域法333

14.3.2群时延法334

14.4耦合矩阵模型的介质谐振滤波器设计实例334

14.4.1介质谐振器腔体结构计算336

14.4.2谐振器间耦合膜片尺寸计算336

14.4.3输入/输出耦合的计算338

14.5阻抗变换器模型的波导膜片滤波器设计实例339

14. 6 J导纳变换器模型的微带滤波器设计实例341

14.7小结345

14.8参考文献346

第15章 微波滤波器高级电磁设计方法347

15.1电磁综合方法347

15.2电磁优化方法347

15.2.1电磁仿真器优化法348

15.2.2半电磁仿真器优化法349

15.2.3自适应频率采样电磁仿真优化法350

15.2.4电磁神经网络模型优化法351

15.2.5电磁多维柯西优化法354

15.2.6电磁模糊逻辑优化法355

15.3高级电磁设计方法355

15.3.1空间映射法355

15.3.2修正粗糙模型法362

15.3.3滤波器设计的广义修正粗糙模型法365

15.4小结368

15.5参考文献369

第16章 介质谐振滤波器371

16.1介质谐振器的谐振频率计算371

16.2介质谐振器的精确分析374

16.2.1介质谐振器的模式图374

16.3介质谐振滤波器的结构376

16.4介质谐振滤波器设计中的考虑377

16.4.1滤波器可达到的Q值377

16.4.2介质谐振滤波器的谐波性能378

16. 4.3温度漂移379

16. 4.4功率容量379

16.5其他介质谐振器结构379

16.6低温介质谐振滤波器381

16.7混合介质/超导滤波器382

16.8小结384

16.9参考文献384

第17章 全通相位与群时延均衡器网络386

17.1全通网络的特性386

17.2集总元件的全通网络387

17.2.1纯阻性终端负载的对称栅格网络388

17. 2.2网络实现389

17.3微波全通网络391

17.4全通网络的物理实现394

17.4.1传输型均衡器394

17.4.2反射型全通网络394

17.5反射型全通网络的综合395

17.6实际窄带反射型全通网络397

17. 6.1 C类波导结构全通均衡器397

17. 6. 2 D类波导结构全通均衡器398

17.6.3窄带TEM电抗网络398

17.7全通网络的优化准则399

17.8损耗的影响401

17.8.1集总参数一阶全通均衡器的损耗401

17.8.2集总参数二阶全通均衡器的损耗402

17.8.3分布参数全通网络的损耗影响402

17.9均衡器的折中设计403

17.10小结403

17.11参考文献404

第18章 多工器理论与设计405

18.1背景405

18.2多工器构造406

18. 2.1混合电桥耦合法406

18. 2.2环形器耦合法407

18.2.3定向滤波法407

18.2.4多枝节耦合法408

18.3射频信道器（多工器）409

18.3.1混合电桥分支网络409

18.3.2环形器耦合多工器410

18.3.3路径失真411

18.4射频合路器413

18.4.1环形器耦合多工器414

18.4.2混合电桥耦合滤波合路模块多工器414

18.4.3定向滤波合路器417

18.4. 4多枝节多工器417

18.5收发双工器428

18.5.1收发双工滤波器的内部电压430

18.6小结432

18.7参考文献433

第19章 微波滤波器计算机辅助诊断与调试435

19.1耦合谐振滤波器的逐阶调试435

19.2基于电路模型参数提取的计算机辅助调试440

19.3基于输入反射系数极点和零点的计算机辅助调试443

19.4时域调试445

19.4.1谐振器频率的时域调试446

19.4.2谐振器间耦合的时域调试447

19.4.3“黄金”滤波器的时域响应448

19.5基于模糊逻辑技术的滤波器调试方法448

19.5.1模糊逻辑系统描述449

19.5.2建立模糊逻辑系统的步骤450

19.5.3布尔逻辑和模糊逻辑的比较452

19.5.4滤波器调试中的模糊逻辑应用454

19.6滤波器自动调试装置456

19.7小结457

19.8参考文献457

第20章 微波滤波器网络的高功率因素460

20.1背景460

20.2无线系统中的高功率要求460

20. 3高功率放大器461

20. 4高功率击穿现象461

20.4.1气体击穿现象462

20.4.2平均自由路径462

20.4.3扩散462

20.4.4吸附效应463

20.4.5空气击穿电场强度463

20.4. 6临界气压464

20.4.7波导和同轴传输线的功率等级464

20.4.8降额系数465

20.4.9功率等级的热耗散影响465

20.5高功率带通滤波器466

20.5.1带通滤波器的热耗限制467

20.5.2带通滤波器的电压击穿限制467

20.5.3滤波器原型网络468

20.5.4集总到分布变换468

20.5.5原型网络的谐振器电压469

20.5.6有限元法仿真与验证实例469

20.5.7多工器中的高电压471

20.6二次电子倍增击穿471

20.6.1真空环境条件471

20.6.2施加的射频电压471

20.6.3 f x d乘积472

20.6.4材料的表面条件473

20.6.5二次电子倍增的检测与预防473

20.6.6二次电子倍增的设计余量473

20.6.7二次电子倍增击穿电平475

20.7高功率器件的无源互调因素476

20.7.1无源互调的测量477

20.7.2无源互调的控制准则478

20.8小结479

20.9参考文献479

附录A物理常数481

附录B金属导电率482

附录C材料的介电常数和损耗角正切483

附录D矩形波导定义484

索引485