内容简介

大功率广播电视多频道合成技术在国内得到广泛的应用与发展。本书基本概念简洁，没有复杂的理论推导，结合现代计算机仿真技术和大量工程实例，讲述大功率射频无源器件的基础知识，包括基本器件、定向耦合器、滤波器、谐振腔的温度补偿、阻抗变换与匹配、功率分配与合成及发射天线等。

作者简介

　　居继龙，1996-2003年在瑞典TERACOM Components AB 做研发工作 2004-2014年在中国传媒大学任教授并指导硕士和博士研究生

目录

第1章
基础知识
1．1 引言 / 2
1．2 射频网络与网络参数 / 5
1．2．1 射频网络等效 / 5
1．2．2 网络参数矩阵 / 6
1．2．3 射频网络特性 / 8
1．2．4 基本射频网络和网络参数 / 10
1．3 射频网络级联和网络参数转换 / 12
1．4 对称射频网络的奇偶模分析方法 / 14
1．5 功率与热量 / 18
1．6 传输线 / 19
1．6．1 同轴线 / 21
1．6．2 矩形波导 / 27
1．7 谐振腔 / 30
1．7．1 同轴腔 / 31
1．7．2 矩形腔 / 35
1．7．3 圆柱腔 / 36
1．8 软件设计工具 / 38
1．9 小结 / 39
1．10 参考文献 / 39
第2章
基本器件
2．1 概述 / 42
2．2 同轴线 / 42
2．3 电缆接头 / 44
2．4 转接器 / 47
2．4．1 同轴―同轴转接器 / 47
2．4．2 同轴―波导转接器 / 48
2．5 弯头 / 49
2．6 连接组件 / 50
2．7 耦合装置 / 52
2．7．1 探针耦合 / 52
2．7．2 小环耦合 / 53
2．7．3 窗口耦合 / 55
2．7．4 组合耦合 / 55
2．8 接地装置 / 55
2．9 速调管输出窗口 / 57
2．10 小结 / 59
2．11 参考文献 / 59
第3章
定向耦合器
3．1 概述 / 62
3．2 性能指标和分析方法 / 63
3．3 波导耦合器 / 67
3．4 分支线耦合器 / 68
3．5 同轴线耦合器 / 72
3．6 平行线耦合器 / 75
3．7 多节平行线耦合器 / 79
3．8 耦合器的级联 / 83
3．9 小结 / 84
3．10 参考文献 / 85
第4章
滤波器
4．1 滤波器设计的一般理论 / 88
4．1．1 谐振腔等效电路 / 89
4．1．2 谐振腔等效电路的一般解 / 91
4．1．3 耦合电容矩阵 / 94
4．1．4 耦合极性 / 98
4．2 带通滤波器 / 100
4．2．1 同轴型带通滤波器 / 101
4．2．2 波导腔带通滤波器 / 103
4．2．3 扫频带通滤波器 / 108
4．3 几种宽带滤波器 / 110
4．3．1 低通和高通滤波器 / 110
4．3．2 带阻滤波器 / 112
4．3．3 交指型滤波器 / 114
4．4 滤波器的调试 / 116
4．5 小结 / 118
4．6 参考文献 / 118
第5章
谐振腔的温度补偿
5．1 谐振腔的温度特性 / 121
5．2 微扰理论 / 124
5．3 温度补偿技术 / 126
5．4 小结 / 134
5．6 参考文献 / 135
第6章
阻抗变换与匹配
6．1 Smith圆图 / 137
6．2 ? /4阶梯阻抗变换器 / 141
6．3 短阶梯阻抗变换器 / 145
6．4 交指型阻抗变换器 / 149
6．5 阻抗调配器 / 151
6．6 大功率吸收负载 / 154
6．7 小结 / 159
6．8 参考文献 / 159
第7章
功率分配和合成
7．1 功率分配 / 161
7．1．1 λ/4阶梯变换功率分配器 / 161
7．1．2 Wilkinson 功率分配器 / 166
7．1．3 分支耦合型功率分配器 / 170
7．1．4 耦合线型功率分配器 / 170
7．2 功率合成器 / 172
7．2．1 延时线型多工器 / 172
7．2．2 星型多工器 / 173
7．2．3 桥式多工器 / 177
7．2．4 定向滤波器多工器 / 178
7．2．5 多工器的选择 / 179
7．3 开关切换系统 / 182
7．3．1 同轴开关切换 / 182
7．3．2 U型线切换 / 183
7．3．3 热切换 / 184
7．4 小结 / 185
7．5 参考文献 / 186
第8章
发射天线
8．1 概述 / 189
8．1．1 天线的作用 / 189
8．1．2 天线的分类 / 190
8．1．3 线天线的求解方法 / 191
8．2 电波传播 / 192
8．2．1 电波传播的形式与特点 / 192
8．2．2 视线距离和路径损耗 / 193
8．2．3 多径传播 / 194
8．3 线天线的参数 / 194
8．4 带反射板的半波对称振子天线 / 199
8．4．1 天线阵方向图 / 199
8．4．2 频率及辐射特性 / 201
8．4．3 自阻抗与互阻抗 / 203
8．4．4 振子形状和馈电方式 / 206
8．5 双极化天线 / 207
8．6 天线系统的设计与安装 / 209
8．7 小结 / 211
8．8 参考文献 / 212

前言/序言

电磁波频谱的射频/微波频段（30KHz～300GHz）有自身的特点，能够以地面波、直射波和天波的方式实现信号的长距离传送，是地面电视广播、无线通信和卫星传输等领域主要占用的频段。随着这些领域新技术的不断出现，每个应用项目都需要越来越多的频谱资源，而总的频谱资源是有限的，所以如何分配并管理使用好这些有限的频谱资源显得非常重要。射频无源器件，如传输线、耦合器、滤波器、合成器及天线等是无线广播和通信技术中的关键器件，在5G网络和粒子加速器末级电磁能量交换中亦占有重要位置。

Matthaei，Young及Jones在20世纪60年代出版过一本关于微波滤波器、阻抗匹配网络和耦合结构的专著，是一部射频工作者常用的经典参考书籍。书中的基础理论目前仍然适用，但一些设计方法已经得到了简化和更新。2000年，Ian Hunter 出版了一本有关微波滤波器的理论与设计一书，书中对设计微波滤波器所牵连的理论和方法进行系统的阐述, 并以设计实例验证理论的正确性。2001年，Jia-Sheng Hong 和 M. J. Lancaster出版了一本关于微带滤波器在射频/微波领域的应用一书，并在2011年修订再版，书中讨论了新型微带滤波器的设计技术和小型化方法。其中，关于网路分析、传输线和滤波器的设计理论不仅适用于微带滤波器，也适用于其他形式滤波器的设计。

笔者根据多年在射频/微波技术领域的研究与实践出版此书。书中涉及的射频结构以同轴传输线、带状线、同轴谐振腔及波导谐振腔为主，频率范围从几十兆赫兹到几千兆赫兹，功率等级从几十瓦到几百千瓦。

根据技术指标进行器件选型和设计是一种综合方法，是以电路理论为基础，结合传输线理论，由原型电路经过变换得到所需器件的网络参数，最后进行射频/微波实现。这是目前大部分有关微波器件书籍中都要介绍的综合理论。本书的特点是利用综合方法取得的设计成果，在充分理解基本电路、基本器件的基础上，选择相关网络结构，建立数学模型，运用计算机仿真技术的优势，通过调整参数，实现满足技术指标的射频结构或提出改进和提高的办法。本书实用性强，没有过多的理论推导，更多的是介绍设计、仿真方法，讨论射频结构的实现。

根据不同精度要求，采用不同的近似方法，建立不同的数学模型，从而得到不同的仿真速度，精度高，模型复杂，仿真速度慢，在实际应用时，往往只需要预测一种可能的趋势，可以用简易方法，如用集中参数代替分布参数，即可快速给出结果。也可以在大系统中进行“粗”“细”结合，将简单结构和已知结果的结构用网络参数表示，对于局部关键部位，采用精细仿真得到相应子网络的参数矩阵，最后合并网络，得到系统参数。

本书内容包含基础知识、基本器件、定向耦合器、滤波器、谐振腔的温度补偿、阻抗变换与匹配、功率分配与合成及发射天线共8章，同时给出许多工程设计实例。

目前，大功率广播电视多频道合成技术在国内得到广泛的应用与发展，笔者希望本书对从事相关领域的研究人员和工程技术人员有参考和帮助作用，也可以供射频/微波技术专业的学生学习与参考。

笔者感谢罗一鸣教授在专业方面给予的指导；感谢TERACOM Components AB给予的研究与实践机会；感谢中国传媒大学提供的研究与教学平台；感谢北京飞卡科技有限公司提供的部分图片和测试结果；感谢从事微波滤波器和天线理论与设计的研究人员，他们提供了大量有价值的参考文献。

笔者感谢中国传媒大学通信工程系主任逯贵祯教授在百忙之中抽出时间审阅书稿并提出宝贵意见；感谢理工学部部长刘剑波教授、车晴教授及李增瑞教授对本书出版的大力支持。

感谢家人和同事给予的理解、支持和帮助。

谨以此书纪念导师李孝勖教授和任朗教授。

居继龙