本课题以光子信息处理器件——新型光纤光栅为基础，将微波与光波结合，研究将光纤光栅用于微波、毫米波的信号处理，研制用于超宽带无线移动通信的微波横向滤波器、有源滤波器，以及用于相控阵天线的波束形成器等关键信号处理器件，对其作深入的理论与实验研究。本课题对于微波波毫米波光子学的发展有重要的学术价值，并具有广阔的应用前景。

《微波毫米波系统工程》比较系统和深入地介绍了微波毫米波系统工程的基本理论和分析方法，内容主要包括微波发射机、微波接收机、微波通信系统、微波雷达系统、微波无源和有源电路、微波集成电路、微波天线等。全书以微波毫米波系统为主线，采用对系统结构、性能分析论述与对组成部件特性分析论述相结合的方法，阐明相关基本概念、性能、工程设计及应用，并给出定量的数学分析和应用举例。各章之间贯通连接，互为呼应，构成完整的体系，比较全面地搭建了微波毫米波系统与微波技术相关联的知识体系。

《微波毫米波系统工程》适合作为高等院校无线电专业本科生的教材，也可供从事微波毫米波工程技术的专业技术人员阅读和参考。

第1章 概述

1.1 微波及其频谱

1.1.1 微波技术发展的历史

1.1.2 微波的主要特性

1.1.3 微波应用系统

1.1.4 微波系统工程的发展方向

1.1.5 微波技术的基本概念

1.1.6 微波网络概念

1.1.7 微波系统工程中的dB量纲

1.2 微波空间传播

1.2.1 在自由空间的传播

1.2.2 微波的主要传播方式与传播衰减因子

1.3 毫米波及其应用

1.4 微波系统的基础结构

1.5 本书章节安排

参考文献

第2章 微波接收机

2.1 微波接收机的系统结构

2.1.1 超外差接收机

2.1.2 零差拍接收机

2.1.3 零中频接收机

2.1.4 低中频接收机

2.1.5 数字中频接收机

2.2 微波超外差接收机的频率分析

2.2.1 微波幅度非线性系统分析

2.2.2 微波接收机中的频率变化分析

2.2.3 微波接收机的干扰信号分析

2.3 微波接收机前端技术指标

2.3.1 接收机噪声

2.3.2 接收灵敏度

2.3.3 线性动态范围

2.4 微波接收机前端设计与电路分析

2.4.1　LNA的作用和意义

2.4.2 前置滤波电路的作用和意义

2.4.3　IF滤波电路

2.4.4　IF放大器的作用和意义

参考文献

第3章 微波发射机

3.1 概论

3.2 微波发射机功率源

3.2.1 微波电子管功率源

3.2.2 微波固态功率器件

3.2.3 微波电子管和固态功率器件的对比

3.3 微波通信系统发射机常用拓扑结构

3.3.1 外差式发射机

3.3.2 正交调制直接上变频发射机

3.3.3 通信系统发射机的参数

3.4 雷达电子管发射机

3.4.1 雷达电子管发射机的原理结构

3.4.2 雷达发射机系统参数

3.4.3 脉冲雷达电子管发射机设计

3.5 雷达固态发射机

3.5.1 固态发射机的现状与未来挑战

3.5.2 毫米波Ka波段发射机设计举例

3.6 发射机的冷却系统和系统监控

3.6.1 雷达发射机的热源

……

第4章 微波通信系统

第5章 雷达系统

第6章 常用微波无源电路

第7章 微波固态有源电路

第8章 微波集成电路设计与工艺

第9章 微波固态频率源

第10章 电磁辐射与天线

随着微波集成电路的不断发展，微波电路在电路结构、几何形状、材料性质、电磁环境等方面都变得日益复杂，如何准确而有效地对微波电路展开分析变得极其重要。起初人们利用Maxwell方程及其边界条件来分析电路，然而由于Maxwell方程包含了空间坐标函数的矢量场量的矢量微分或积分运算，数学计算的难度很大，对于一些复杂的电路结构甚至无法直接求解。计算机的出现和发展，开创了电磁场计算的新时代。20世纪60年代，几种适应于在计算机上进行大型计算的电磁场数值计算方法陆续出现。1968年，Harrington的《计算电磁场的矩量法》(Field Computation by Moment Method)的出版宣告计算电磁学的创立。常用的数值方法有基于积分方程的矩量法(Method of Moment，MOM)及其快速算法(如快速多极子)，基于微分方程的有限元法(Finite Element Method，FEM)和时域有限差分法(Finite Difference Time Domain Method，FDTD)等。

微波平面电路微波平面电路及其研究现状

微波电路开始于20世纪40年代应用的立体微波电路，是一种把有源和无源器件集成在同一块半导体基片上的微波电路，它由波导传输线、波导元件、谐振腔和微波电子管等组成的，广泛用于各种电路及技术中。随着微波固态器件的发展以及分布型传输线的出现，20世纪60年代初，出现了微波平面电路，它是由微带线、共面波导、槽线、集总元件、微波固态器件等无源微波器件和有源微波元件利用扩散、外延、沉积、蚀刻等各种加工制造技术，制作在一块半导体基片上的微波混合集成电路(Hybrid Microwave Integrated Circuit，HMIC)，属于第二代微波电路。与传统的第一代微波电路相比较，第二代微波电路具有体积小、重量轻、避免复杂的机械加工、易与波导器件集成等优点，可以适应当时迅速发展起来的小型微波固体器件；又由于其性能好、可靠性强、使用方便等优点，因此被用于各种微波整机。从20世纪80年代开始，国际上微波电路技术已经从传统的波导及同轴线元器件和系统转移到采用微波平面电路。除了某些大功率和高极化纯度的场合，微波平面电路已经几乎取代了各种常规形式的微波电路，是当前微波领域的主要研究对象。

在微波平面电路的技术发展历程中，砷化镓(GaAs)是使用最广泛的基片材料。然而随着频率的提高，具有周期结构的新型人工材料如频率选择表面、左手媒质、光子带隙材料为提高微波电路的性能提供了新的手段，同时也对分析和设计提出了新的要求。频率选择表面由于具有带阻或带通特性，在微波与毫米波领域应用范围越来越广，是微波工程领域的前沿问题之一。

微波平面电路波概念迭代法原理

波概念迭代法是一种结合了传输线理论与傅里叶模式变换的快速算法。这种方法根据所研究的电路结构确定分界面，然后根据电路表面的切向电场和电流密度引入波的概念，通过对电路表面进行剖分网格来建立电路模型，利用空域散射算子表示空域波之间的关系，利用谱域反射算子描述谱域波之间的关系，由于该方法概念清晰、模型建立简单、计算效率高，因此得到了很快的发展。

引入的空域波在电路表面发生散射，其关系由空域散射算子表示，空域散射算子可以表示为矩阵的形式，其矩阵元素与电路表面剖分的网格单元一一对应。下面讨论空域散射算子的建立过程。将电路表面均匀剖分成小矩形网格，根据其不同结构，可以将整个电路表面区域划分为金属(Metal)、介质(Dielectric)、源(Source)区域以及其它区域(图5所示)，各个子区域拥有不同的边界条件，然后根据波概念方程及各个子区域的边界条件得到空域波在对应区域的散射关系，从而得到空域散射算子。

微波平面电路波概念迭代法分析微带贴片天线

微带天线是一种典型的微波平面电路，和常用的微波天线相比，它具有如下优点：体积小，重量轻，低剖面，制造简单，成本低，可以和集成电路兼容等；电器上的特点是能得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方向在平面的法线方向，易于和微带电路集成，易于实现线极化或圆极化。相同结构的微带天线可以组成微带天线阵，以获得更高的增益和更大的带宽。已研制成了各种类型平面结构的印制天线，如微带贴片天线、带线缝隙天线、背腔印制天线以及印制偶极子天线。微带贴片天线在一块厚度远小于波长的介质基片上，一面附着金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法做出一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴线探针对贴片馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板的缝隙向外辐射。常用辐射贴片的形状有矩形、圆形、多角形、扇形、H形等，也可以是窄长条形的薄片振子(偶极子)。微带贴片天线已广泛应用于军事、移动通信、航空航天、卫星通信等领域。

波概念迭代法在分析微带天线时，只对天线的不连续性表面剖分网格，微带线馈电或同轴探针激励处的区域定义为源区域，贴片所在区域为金属区域，其他为介质区域，根据各自区域的边界条件建立空域散射算子，表征空域波之间的关系；电路表面之外的区域利用传输线理论等效，电路模型建立简单；利用空域波在分界面的散射和谱域波在上下区域的反射关系展开迭代运算，避免了基函数的选取和大矩阵的求逆，简化了运算；空域和谱域波之间的交互采用傅里叶模式变换实现，提高了计算速度。可以看出波概念迭代法特别适合于分析微波平面电路。