微波电路及设计的基础知识3
微波电路的工艺原理及应用
微波电路的工艺原理及应用1. 引言微波电路是在微波频段进行信号传输、处理和控制的电路系统。
它在通信、雷达、无线电测量以及其他应用中发挥着重要作用。
本文将介绍微波电路的工艺原理及其在各个领域的应用。
2. 微波电路的工艺原理微波电路的工艺原理主要包括材料、设计和制造过程，下面将分别进行讲解。
2.1 材料微波电路的工艺中需要使用一些特殊的材料，以满足高频高速传输的需求。
常用的材料包括： - 陶瓷基片：具有优良的绝缘性能和稳定的电性能，能够实现高频传输。
- 金属化膜：用于制作导线、电极等电路元件。
- 衬底材料：提供电路支撑和封装的基础。
2.2 设计微波电路的设计需要考虑信号的传输、耦合和抗干扰等因素。
设计时需要充分理解电路元件参数和信号传输特性，应用电磁场理论和微波传输线理论进行设计优化。
常用的设计工具有： - 微波仿真软件：用于仿真电路的工作性能，验证设计方案的可行性。
- 条线和微带线：用于传输微波信号，具有低损耗和可靠性。
2.3 制造过程制造微波电路时，需要采用一些特殊的工艺步骤，以保证电路的性能和稳定性。
- 掩膜光刻技术：用于制作电路的导线、电极等元件。
- 焊接技术：将电路元件进行连接，保证信号的传输和耦合。
- 薄膜沉积技术：用于制作微波电路的金属化膜，提高电路的导电性能。
3. 微波电路的应用微波电路在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍其在通信、雷达和无线电测量中的应用。
3.1 通信在通信领域，微波电路被广泛应用于无线传输和网络设备中。
它可以实现高速数据传输、信号放大和滤波等功能。
常见的应用包括： - 宽带通信系统：通过微波电路实现高速数据传输，提供稳定的通信连接。
- 无线基站：微波电路用于信号的放大和滤波，提高信号的传输质量和可靠性。
3.2 雷达雷达技术中的微波电路用于发射和接收雷达信号，提供距离、速度和方向等信息。
在雷达系统中，微波电路的应用包括： - 天线：微波电路用于天线的匹配和信号的传输。
微波电路及其PCB技术设计知识
微波电路及其PCB技术设计知识微波电路及其PCB技术设计知识随着科技的不断发展，微波技术在通信、雷达、航空航天等领域中逐渐得到广泛应用。
微波电路是微波技术的核心，而微波电路的设计和制作依靠着PCB技术。
本文将从微波电路的基本概念和PCB技术的基本流程入手，介绍微波电路及其PCB 技术的设计知识。
一、微波电路的基本概念微波电路是指在微波频段（1~300GHz）内工作的电路，通常包括射频电路、微波电路和毫米波电路。
微波电路与一般的低频电路相比，有着不同的特点和要求。
微波电路的特点主要有以下几个方面：1.工作频率高，信号波长短。
微波波长在厘米至毫米级别，与低频电路相比要短得多。
因此在微波电路的设计中，需要特别注意电路的尺寸和传输线的特性阻抗等参数。
2.信号传输损耗大。
由于传输线的损耗、元器件的损耗、导体的损耗等原因，微波电路的传输损耗要比低频电路大得多。
因此，在设计微波电路时需要充分考虑信号传输损耗和信噪比问题。
3.信号噪声低。
微波电路的信噪比要求高，因为在微波频段内，信号与噪声的比例要比低频电路低得多。
因此，在设计微波电路时需要考虑降低噪声的影响，提高信号的质量和可靠性。
4.稳定性要求高。
微波电路的稳定性要求比低频电路高，因为微波电路中的元器件往往是高精度、高质量的，其参数变化容易引起整个电路的性能变化甚至发生故障。
二、PCB技术的基本流程PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）技术是目前电子制造领域中使用最广泛的电路板制造技术之一。
在微波电路的制造过程中，PCB技术也占据着至关重要的地位。
下面简要介绍PCB技术的基本流程，以便更好地理解微波电路和PCB技术的设计。
1.设计。
首先需要进行PCB设计，即绘制电路原理图、布局图和走线图。
PCB设计软件有Altium Designer、Cadence Allegro等。
2.制板。
根据设计好的电路图纸，将其转化为PCB板图，然后使用制板机进行制板。
《微波电路》课件
随着信息技术的不断发展，微 波电路的工作频率和传输带宽
也在不断增大。
集成化、小型化
随着微电子技术的发展，微波 电路的集成化程度越来越高， 体积越来越小。
多功能化
微波电路正向着多功能化的方 向发展，如同时处理多种信号 、实现多种功能等。
低成本、低功耗
随着市场竞争的加剧，低成本 、低功耗的微波电路成为研究
测试技术
微波电路的测试包括信号源测试、接 收机测试和系统测试等。信号源测试 主要是测试信号源的频率、功率和调 制等特性；接收机测试主要是测试接 收机的灵敏度、动态范围和抗干扰能 力等特性；系统测试主要是将微波电 路与其他系统进行集成测试，验证整 个系统的性能和功能。
05
微波电路的典型应用案例
微波通信系统中的微波电路
微波电路与生物医学工程 的融合
生物医学工程中的无损检测、生物传感器等 技术需要利用微波电路进行信号传输和处理 ，这种交叉融合有助于推动两个领域的共同
发展。
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系统误差
系统误差是由测量系统的硬件设备、线路损耗、连接器失 配等因素引起的误差。这些误差可以通过校准和修正来减 小。
方法误差
方法误差是由测量方法本身引起的误差，如信号源的频率 稳定度、测量接收机的动态范围等。这些误差可以通过选 择合适的测量方法和条件来减小。
微波电路的调试与测试技术
调试与测试的重要性
新型微波半导体材料
新型微波半导体材料如宽禁带半导体材料（如硅碳化物和氮 化镓）具有高电子迁移率和化学稳定性，为微波电路的发展 提供了新的可能性。
新型微波器件在微波电路中的应用
新型微波电子器件
随着微电子技术的不断发展，新型微波 电子器件如微波晶体管、微波集成电路 等不断涌现，这些器件具有体积小、重 量轻、可靠性高等优点，在雷达、通信 、导航等领域得到广泛应用。
微波专业理论基础知识
长途
误码秒 ES
本地
严重误码秒 SES
残余误码 率
RBER
误码秒 ES
严重误码 秒
SES
残余误码率 RBER
2.2×10-6
1.1×10-7
4.125×10-6 1.1×10-7
1.1×10-8 1.1×10-8
2.4×10-5 4.5×10-5
1.2×10-6 1.2×10-7 1.2×10-6 1.2×10-7
＞55~160 ＞160~3500
6000~20000 15000~30000
8.8×10-6 待定
1.1×10-7 1.0×10-7
1.1×10-8 5.5×10-9
9.6×10-5 待定
1.2×10-6 1.2×10-7 1.2×10-6 6.0×10-8
23
衰落概率指标分配: 数字微波传输信道是以高误码率作为设计指标的，所
Pfd +sd
=
Pfd I sd
=
Pmf I fd ⋅ Isd
30
•
【例1】现有一数字微波通信系统，某中继段
d=50km，处在C型端面，f=5GHz，自由空间收信电平
Pr0 = -43.6dBm，接收机实际门限电平Pr门= 74.8dBm(BER≤10-3),实际门限载噪比（C实/N固） =23.1dB，系统采用6：1波道备份和二重空间分集接收
=0.3×10（-3）+ 0 .4×10（-3） =0 .7×10（-3）
33
（3）求 6：1 波道备份后的衰落概率
若波道间隔 Δf =40MHz，工作频率 f=5000MHz，
Mfc=31.2dB，取 G= 0.4，先利用公司式计算 6：1 波道备份后的等效频率间隔：
精选微波技术基础知识
1、第三章、微波集成传输线常用集成传输线的种类和主要特点2、第四章介质波导和光波导
1、传播条件和波型2、特性阻抗3、波长，相速4、功率容量5、衰减
了解
微波集成传输线
微波集成传输线的最大特点是 平面化
五种重要的传输线：带状线（Stripline）微带线（Microstrip line）槽线（Slotline）鳍线（Finline）共面线（Coplanar line）
式中
微波集成传输线－带状线
带状线—优缺点和应用
1、改变线宽一个参数就改变电路参数（特性阻抗）。2、在馈线、功分器，耦合器，滤波器，混频器，开关的设计中，体积小，重量轻，大批量生产的重复性好。3、立体电路的设计，适用于多层微波电路，LTCC等，辐射小。4、封闭的电路，调试难。5、电路需要同轴或波导馈入，引入不连续性，需要在设计时补偿。6、在多层电路设计中，存在不同节点常数的介质之间的连接，介质与金属导体的连接，分析方法非常复杂，尤其对3D电路，尚缺少各种不连续性的模型和相关设计公式，采用全波分析法或者准静态场分析。
毫米波鳍线混频器
介质波导和光波导
当毫米波波段→亚毫米波段→太赫兹波段时普通的微带线将出现一系列新问题1）高次模的出现使微带的设计和使用复杂2）金属波导的单模工作条件限制了其横向尺寸不能超过大约一个波长的范围。这在厘米波段和毫米波低频段不成问题。但到毫米波高频段，单模波导的尺寸就显得太小，不仅制造工艺困难，而且随着工作频率的提高，功率容量越来越小，壁上损耗越来越大，衰减大到不能容忍的地步。因此，对毫米波段的高端及来说，封闭的金属波导已不再适用。于是，适合于毫米波高频段、亚毫米波的传输线 —— 介质波导等非封闭式的传输线（或称开波导）便应运而生
微波集成传输线－微带线
微波电路基本原理与设计方法
微波电路基本原理与设计方法微波电路是指工作频率在1 GHz至300 GHz范围内的电路。
由于微波信号的特殊性质，微波电路的设计与普通射频电路有较大的区别。
本文将介绍微波电路的基本原理和设计方法。
一、微波电路的基本原理微波电路的基本原理包括微波信号传输特性、微波谐振现象以及微波传输线特性等。
1. 微波信号传输特性微波信号在传输过程中会产生传播损耗、反射损耗和衰减损耗等。
了解微波信号传输特性对于微波电路的设计至关重要。
2. 微波谐振现象微波电路中常常使用谐振器来实现对特定频率微波信号的选择性放大或滤波。
因此，了解微波谐振现象对于微波电路的设计和优化至关重要。
3. 微波传输线特性微波传输线是微波电路中的重要组成部分，其特性包括传输线的阻抗特性、传播常数特性等。
了解微波传输线特性可以帮助我们设计出更加优秀的微波电路。
二、微波电路的设计方法微波电路的设计方法通常包括仿真分析、参数优化和实验验证等步骤。
1. 仿真分析仿真分析是微波电路设计的重要环节之一。
通过使用专业的微波电路仿真软件，可以对设计方案进行仿真分析，从而评估其性能和可行性。
常用的微波电路仿真软件包括ADS、CST等。
2. 参数优化通过对仿真得到的电路参数进行优化，可以得到更佳的性能。
参数优化方法有很多种，可以使用遗传算法、粒子群算法等进行优化。
3. 实验验证在完成仿真分析和参数优化后，需要进行实验验证。
通过在实际硬件中实现设计方案，并利用专业的测量仪器对其进行测试，从而验证设计方案的性能和可行性。
总结：微波电路的基本原理和设计方法是微波电路领域的重要内容。
了解微波电路的基本原理，可以更好地进行微波电路的设计和优化。
同时，合理运用仿真分析、参数优化和实验验证等方法，可以设计出性能优秀的微波电路。
在今后的微波电路设计中，我们应该继续深入学习和探索微波电路的基础知识，不断提高自己的微波电路设计能力。
微波电路
1.归一化负载阻抗
ZL zL
2.在Smith圆图中确定zL位置
3.找出反射系数
zL 0
4. 2旋 d转 获 得0 in ( d ) 0 d
5.记录归一化输入阻抗
zin d
6.转换到实际阻抗
zindZind
2.Smith圆图
［例1］已知阻抗Z50j50,，Z 0求5 导0纳Y
i
Z
1 2
0
r
半径 ±
2
1
1/2 0
缩小为点(1,0)
直线，对应纯电阻
r ￪，半径￬
圆心都在r=1直线上 都在（1，0）点与实轴相切
2.Smith圆图
映射图形表示法-Smith圆图
2.Smith圆图
Smith圆图
2.Smith圆图
普通负载的阻抗变换分析
确定电路阻抗响应，以预言RF/MW系统的性能。
过程：
半径 1 2/3
1/2
1/3
0
r
单位圆
缩小为点(1,0)
r ￪，半径￬
都与（1，0）相切
圆心都在正实轴上
电抗圆
r12i 1x2
12 x
第二式为归一化电抗的轨迹方程，
当x等于常数时，其轨迹为一簇圆弧；（||1）
圆心坐标： 1 , 1 x
半径： 1 x
x
0
0.5
1
2
圆心 (1, ±) (1, ±2) (1, ±1) (1, ±2) (1,0)
ZinZinZ 038 .5j74
2.Smith圆图
求例距3 特负性载阻0.2抗4λZ处0 输5，入0负阻载抗阻。抗
角映射原理为基础的图解方法，即Smith圆图。Smith圆图能 够在一个图中简单直观地显示传输线阻抗及反射系数。
微波集成电路学习资料3：微波混合集成电路
3.1概述
3.1概述
混合集成电路应用:
毫米波T/R组件
低噪放 混频器
倍频器
3.1概述
本章将从工程设计角度出发，主要介绍 如下内容： • 1．微带电路设计的相关问题。 • 2．基本微带元件。 • 3．部分重要的固态电路。
3.2微带集成电路中的不连续性
3.2.1 概述
当微带电路产生不连续性时，将带来如下影响： ➢第一，不连续性区域将发生能量的存储； ➢第二，产生反射波； ➢第三，场通过连续性区域后重新沿均匀线传输 时，与进入不连续性区域之前有所不同，时延 效应将产生相位上的变化，而不连续处存在的 损耗将产生信号幅度上的变化。
或并联谐振回路。
3.2.8微带线实现集总元件
L C
L C
3.2.8微带线实现集总元件
➢如果是一个串联谐振和一个接地的并联 谐振相互级联，其响应又如何？
d
CL LR
. . . CR
LL. . .
3.2.8微带线实现集总元件
直接的直角拐角会产生较大反射。为了减小反射，把拐角 的外部切成 斜角，利用两次反射的相互抵销达到匹配。斜 角边长是使两次反射 “抵消”的关键。
微带匹配拐角（a）50欧姆；（b）任意宽度
3.2.5微带线拐角
3.2.5微带线拐角
3.2.6微带线T接头
• 微带T 型接头在微带电路中应用广泛，如分支 线电桥等。
求偶模电容Ce
3.2.4微带间隙
二、两条微带反对称馈电，这时候，C12等于两 个串联，中心点等效为接地。
求奇模电容Co
C1
1 2
Ce
11 C12 2 Co 4 Ce
3.2.5微带线拐角
在拐角地区如同有一个并联电容，路径的 加长如同是两段短传输线或是两个电感。
微波技术与微波电路设计
微波技术与微波电路设计微波技术是一门涉及电磁波在微波频段（300MHz至300GHz）的传输、控制和应用的学科。
随着现代通信、雷达、卫星通信和无线网络技术的发展，对微波技术及其应用的需求也越来越高。
而微波电路设计则是微波技术中的重要组成部分，通过设计和优化微波电路，可以实现信号的传输、放大、滤波和调制等功能。
一、微波技术的基本原理微波技术是基于电磁波的传播和辐射原理，其频段介于无线电波和红外线之间。
微波技术具有高频段、宽带、大容量、高可靠性等特点，使其在通信、雷达、航空航天等领域得到广泛应用。
微波技术的基本原理包括：1. 微波的传输特性：微波在传输过程中受到反射、折射和散射等影响，需要通过各种器件和结构来实现微波信号的传输和控制。
2. 微波的辐射特性：微波通过天线进行辐射，根据辐射方向和形式的不同，可以实现点对点通信或广播传输。
二、微波电路设计的基本原则微波电路设计的目标是在保证信号质量的前提下，实现信号的放大、滤波、调制等功能。
微波电路设计需要遵循以下基本原则：1. 高频特性分析：微波电路的高频特性与低频电路有所不同，需要使用稳定的高频参量进行分析和设计。
2. 传输线理论：微波传输线是微波电路设计中常用的元件，需要了解传输线的阻抗匹配、衰减和延迟等特性。
3. 电磁场分布和功率传输：微波电路存在较强的电磁场，设计时需要考虑电磁场的分布和功率传输的效率。
三、微波电路设计的组成和技术微波电路设计主要包括以下几个方面的技术：1. 微带线技术：微带线是微波电路设计中常用的传输线结构，具有简单、便捷和灵活的特点。
通过设计微带线的宽度、厚度和介质参数，可以实现不同的阻抗匹配和传输特性。
2. 微波滤波器设计：微波滤波器是微波电路中重要的功能元件，用于对信号进行滤波和选择。
常用的微波滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3. 微波放大器设计：微波放大器用于放大微波信号的幅度和功率。
常见的微波放大器包括双极性晶体管放大器、场效应晶体管放大器和集成微波放大器等。
微波工程基础
微波工程基础微波工程是一项非常重要的技术，它涉及到收发无线信号的应用。
微波技术在改善无线通信，传输电力和其他科学应用等方面都发挥着举足轻重的作用。
微波技术也用于制作一些先进的电子设备，如微波炉、雷达等。
微波工程基础是一门关于微波技术的学科，它涵盖了微波技术的全部内容，包括微波学论、微波线路技术、微波系统、微波电子器件以及微波测量和测试技术等等。
学习这门学科，可以帮助学生了解微波技术的概念，全面掌握各种微波应用的知识，提高灵活的分析和解决问题的能力，以及理解新技术的发展及其必要的技术支持。
微波技术的发展改变了我们的生活方式，伴随着它的发展，该技术也变得复杂而多样化。
为了更好地理解微波技术，学习者应该做好准备，首先要学习微波基础知识，以及基本的数学和物理知识。
微波工程基础知识包括微波电磁理论、微波电子学和微波线路原理等。
这些知识涉及到各种微波电路、微波元件和微波系统等，并且还有关于微波发射、接收、多径及其他效应等方面的知识。
微波电磁理论主要讲述了微波电磁场的产生原理、运行原理、特性以及如何使用它们。
微波电子学研究的是微波信号在电子设备中的传播和变化，它和微波电子器件有关。
微波线路原理研究的是将微波信号转换成有用的定向输出信号的方法，它也和微波电子器件有关。
微波工程基础还涉及到一些其他方面，如微波测量、测试和服务技术，它们也是学习微波工程的基础。
微波测量技术包括测量微波信号的功率、频率、回波损耗等，而微波测试技术则包括测量微波电子器件的性能以及安装定位系统的准确度等等。
服务技术则包括安装、维护和修理微波设备和系统等。
总之，微波工程基础是学习微波技术必备知识，其基础理论涵盖微波电磁、电子学、线路原理，以及微波测量、测试和服务技术等内容，所有这些知识都有助于我们理解微波技术及其应用，并能够有效地应用它们。
射频微波基础知识
射频微波基础知识射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。
每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。
有线电视系统就是采用射频传输方式的。
在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。
在电磁波频率低于100khz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波成为射频，英文缩写：RF一、射频和微波技术基础知识1、什么是射频?射频(RF)是指无线通信系统中使用的电磁频率范围。
它涵盖了广泛的频率范围，通常从3kHz(千赫)到300GHz(千兆赫)。
射频信号的特点是能够长距离传播并穿过障碍物，这使其成为各种通信应用的理想选择。
2、微波频率微波是射频频率的一个子集，频率范围为300MHz(兆赫)到300GHz。
虽然微波仍然是像射频一样的电磁波，但它们具有更短的波长，这在特定应用中提供了某些优势，例如高数据传输速率和精确成像能力。
二、射频和微波技术的应用1、无线通信射频和微波技术最突出的应用之一是在无线通信系统中。
从简单的无线电传输到复杂的蜂窝网络，射频技术使移动设备上的语音通话、短信、互联网浏览和视频流成为可能。
此外，Wi-Fi网络、蓝牙连接和其他无线协议依赖RF信号进行无缝数据交换。
2、卫星通信卫星通信严重依赖微波频率。
地球静止轨道或近地轨道卫星利用微波远距离传输电视信号、互联网数据和电话，确保在传统通信基础设施有限，或无法使用的偏远地区实现全球连接。
3、雷达系统微波雷达系统对各种应用至关重要，包括空中交通管制、天气监测和军事防御。
雷达使用微波脉冲来探测物体的存在、距离和速度，从而进行精确的跟踪和分析。
4、医疗应用射频和微波技术在医学领域有着重要的应用，例如磁共振成像(MRI)和微波消融。
微波电路设计与应用
微波电路设计与应用微波电路是一种用于处理高频信号的电路，广泛应用于通信、雷达、卫星传输等领域。
本文将介绍微波电路设计的基本原理和应用案例。
一、微波电路设计基础1. 微波信号特性微波信号是高频信号，其频率范围通常介于300MHz至300GHz之间。
与低频信号相比，微波信号具有短波长、高频率和高传输速率的特点。
2. 微波器件微波电路的基本组成是微波器件，其中常见的有微带线、异质结、谐振腔和射频开关等。
这些器件具有特殊的电学和磁学特性，可用于放大、滤波、调制和解调微波信号等功能。
3. S参数与传输线理论在微波电路设计中，常用S参数描述器件和网络的性能。
S参数是一种描述器件或网络中电磁波传播特性的方法，它包含了反射损耗和传输损耗等信息。
传输线理论是微波电路设计的重要基础，它描述了微波信号在导线中的传输过程。
二、微波电路设计流程1. 设计需求分析首先，需要明确设计的需求和目标，包括频率范围、增益要求、带宽等。
同时，还需要考虑实际应用环境和可行性，确保设计的可实现性。
2. 设计方案选择根据需求分析，选择合适的设计方案。
常见的微波电路设计方案包括微带线滤波器、宽带放大器、混频器等。
选择合适的方案需要考虑器件特性、尺寸约束和性能要求等因素。
3. 电路建模与仿真利用电磁仿真软件，对设计方案进行建模和仿真。
通过仿真可以分析电路的工作原理、性能参数和优化方案等。
同时，还可以评估电路的稳定性和抗干扰能力。
4. 参数优化与电路优化根据仿真结果，对电路参数进行优化。
优化可能涉及到电路元件的尺寸、材料选择和布局等方面。
通过参数优化，可提高电路的性能和稳定性。
5. 器件选型与电路实现根据电路设计需求，选择合适的微波器件。
在器件选型时，需要考虑参数匹配、功率容量和可靠性等因素。
选定器件后，可以进行电路原理图的绘制和PCB布局设计。
6. 电路测试与调试制作完电路后，需要进行测试与调试。
测试可包括S参数测试、频率响应测试和功率测试等。
微波技术基础课程学习知识要点
《微波技术基础》课程复习知识要点(2007版)第一章 “微波技术基础引论”知识要点廖承恩主编的《微波技术与基础》是国内较为经典的优秀教材之一，引论部分较为详细的介绍了微波的工作波段、特点及其应用，大部分应用背景取材于微波通讯占主导地位的上世纪80’s / 90’s 年代。
在科技迅猛发展的今天，建议同学们关注本网站相关联接给出的最新发展动态，真正做到学以致用，拓展自己的知识面，特别是看看微波在现代无线和移动通信、射频电路设计（含RFID ）、卫星定位、宇航技术、探测技术等方面的应用，不要局限于本书的描述。
(Microwaves have widespread use in classical communication technologies, from long-distance broadcasts to short-distance signals within a computer chip. Like all forms of light, microwaves, even those guided by the wires of an integrated circuit, consist of discrete photons ….. NATURE| Vol 449|20 September 2007)1本章的理论核心是在对导行波的分类的基础上推导了导行系统传播满足的微波的波段分类、特点与应用（TE 、TM 、TEM ）和基本求解方法，给出了导行系统、导行波、导波场满足的方程；（Halmholtz Eq 、横纵关系）、本征值---纵向场法、非本征值---标量位函数法（TEM ）。
{重点了解概念、回答实际问题，比如考虑一下如按如下的份类，RFID 涉及那些应用？全球定位系统GPS 呢？提高微波工作频率的好处及实现方法？}1．微波的定义 把波长从1米到1毫米范围内的电磁波称为微波。
微波波段对应的频率范围为: 3×108Hz ～3×1011Hz 。
微波理论知识点总结
微波理论知识点总结微波是指波长在1毫米至1米之间的电磁波，它具有许多独特的特性和应用。
微波理论是研究微波的产生、传播、接收和应用的相关理论。
在通信、雷达、无线电频谱、天文学和材料加工等方面都有着广泛的应用。
1. 微波的概念和特性微波是电磁波的一种，波长范围在1毫米至1米之间。
与可见光波长相近，但由于其波长较短，因此具有许多独特的特性。
例如，微波能够穿透云层、雾气和一些障碍物，因此在雷达和通信中有着重要的应用。
此外，微波不会像可见光那样受到大气的散射和吸收，因此可以在大气层中进行远距离的传播。
2. 微波的产生和接收微波可以通过多种方式产生，常见的方法包括使用微波发射器、微波天线和微波放大器等。
微波接收则通过微波接收天线和微波接收器进行。
微波天线的设计对于接收微波信号具有重要影响，通常设计成具有较高的方向性和增益。
3. 微波传播微波在空间中的传播受到地形、大气条件和电磁波干扰等因素的影响。
通常情况下，微波的传播距离受到频率和天线高度的影响，高频率的微波传播距离较短，而低频率的微波传播距离较远。
此外，微波还受到地形和大气层的影响，例如山脉、建筑物和大气湍流都会对微波的传播产生影响。
4. 微波器件和电路微波器件和电路是指在微波频段内工作的元器件和电路。
常见的微波器件包括微波天线、微波滤波器、微波耦合器、微波终端等。
微波电路主要由微波传输线、微波振荡器、微波放大器和微波混频器等组成，用于实现微波信号的处理、分析和放大。
5. 微波通信和雷达系统微波通信和雷达系统是微波技术的两个重要应用领域。
微波通信系统通过微波传输线、微波天线和微波接收器等设备实现无线通信。
雷达系统则利用微波的穿透能力和高精度进行目标探测、跟踪和识别，广泛应用于军事、航空、气象和海洋领域。
6. 微波在材料加工中的应用微波在材料加工中有着广泛的应用，例如微波加热、微波干燥和微波辐照等。
微波加热是利用微波能量对材料进行加热，通常应用于食品加工、化工和材料处理中。
微波电路及设计基础知识
微波电路及设计的基础知识1. 微波电路的基本常识 2. 微波网络及网络参数 3. Smith 圆图 4. 简单的匹配电路设计 5. 微波电路的计算机辅助设计技术及常用的 CAD 软件 6. 常用的微波部件及其主要技术指标 7. 微波信道分系统的设计,计算和指标分配 8. 测试及测试仪器 9. 应用电路举例微波电路及其设计1. 概述 所 谓 微 波 电 路 , 通 常 是 指 工 作 频 段 的 波 长 在 10m ～ 1cm( 即 30MHz～30GHz)之间的电路.此外,还有毫米波(30～300GHz)及亚 毫米波(150GHz～3000GHz)等. 实际上, 对于工作频率较高的电路, 人们也经常称为 "高频电路" 或"射频(RF)电路"等等. 由于微波电路的工作频率较高, 因此在材料, 结构, 电路的形式, 元器件以及设计方法等方面,与一般的低频电路和数字电路相比,有 很多不同之处和许多独特的地方. 作为一个独立的专业领域,微波电路技术无论是在理论上,还是 在材料,工艺,元器件,以及设计技术等方面,都已经发展得非常成 熟,并且应用领域越来越广泛. 另外,随着大规模集成电路技术的飞速发展,目前芯片的工作速 度已经超过了 1GHz.在这些高速电路的芯片,封装以及应用电路的 设计中,一些微波电路的设计技术也已得到了充分的应用.以往传统 的低频电路和数字电路,与微波电路之间的界限将越来越模糊,相互 间的借鉴和综合的技术应用也会越来越多. 2. 微波电路的基本常识 2.1 电路分类 2.1.1 按照传输线分类 微波电路可以按照传输线的性质分类,如:图 1 微带线图 2 带状线图 3 同轴线图 4 波导图 5 共面波导 2.1.2 按照工艺分类 微波混合集成电路:采用分离元件及分布参数电路混合集成. 微波集成电路(MIC) :采用管芯及陶瓷基片. 微波单片集成电路(MMIC) :采用半导体工艺的微波集成电路.图 6 微波混合集成电路示例图 7 微波集成电路(MIC)示例图 8 微波单片集成电路(MMIC)示例2.1.3 微波电路还可以按照有源电路和无源电路分类.其中,有源电 路包括放大器,振荡器等;无源电路包括分路器,耦合器,移相器, 开关,混频器和滤波器等. 2.2 常用的微波传输线电路元件和不连续性元件图 9 传输线段图 10 耦合线图 11 开路线图 12 短路线图 13 直角拐弯线图 14 阶梯线图 15 渐变线图 16 缝隙图 17 T 型结图 18 十字结其他还有一些如扇形线,Lange 耦合器,交指电容和螺旋电感 等等. 2.3 常用的微波元器件 这里主要介绍一些常用的贴装无源器件和微波半导体器件.图 19 片状叠层电容及单层电容图 20 片状叠层电感及线绕电感图 21 片状电阻图 22 贴装可调电容图 23 贴装电位器图 24 微波二极管(封装及芯片)图 25 微波三极管和场效应晶体管(封装及芯片)图 26 微波单片集成电路(MMIC) (封装及芯片)2.4 常用的微波介质基片我们经常使用的微波介质材料如表1所示。
电子科技中的射频技术与微波电路设计
电子科技中的射频技术与微波电路设计作为现代电子科技中的一个重要领域，射频技术与微波电路设计在许多领域中都扮演着重要的角色。
射频技术及微波电路设计涉及的广泛领域包括通信、雷达、卫星导航系统等，这些领域对于高频率射频电路的设计和制造的要求十分高。
在这篇文章中，我们将介绍射频技术与微波电路设计的基础知识、应用领域和未来发展趋势。
基础知识首先，让我们来了解一下射频技术与微波电路设计的基础知识。
所谓射频（Radio Frequency），是指高于一般电压、频率在3千赫到300吉赫之间的电磁波信号。
而微波（Microwave）则指频率高于1吉赫、波长约为1毫米至1米之间的电磁波信号。
射频技术与微波电路设计主要涉及到一些特定的电路元件和设备。
例如，射频功放器（RFPA）是射频电路中非常常用的设备，用于放大弱信号，使其达到能够被接收器处理和解码的程度。
微波电路设计中还包括一些被广泛应用的电路元件，如微带传输线、滤波器、方向耦合器（Directional Coupler）、功率分配器（Power Divider）等。
应用领域射频技术与微波电路设计的应用领域非常广泛，包括卫星通信、移动通信、雷达系统、医疗设备、无线网络等。
对于这些领域，高频率的射频技术和微波电路设计都是至关重要的，它们能够为这些设备提供稳定、高效的信号传输和处理能力。
其中，卫星通信是射频技术与微波电路设计的一个非常重要的应用领域。
卫星通信系统需要高频率、高精度的射频电路，以实现信号的传输和接收。
在这个领域中，微波电路设计和卫星通信系统的研究已经开始关注对天线和卫星通信系统中其他关键部件的研究和优化，以提高通信系统的性能和稳定性。
无线通信是另一个射频技术与微波电路设计的重要应用领域。
移动通信、蓝牙等无线通信技术中都需要高频率的射频电路和微波电路设计。
这些技术可以用于在不同设备之间传输数据、音频和视频信号。
未来发展趋势随着技术的不断进步，射频技术与微波电路设计领域也在不断发展。
微波技术基础知识
传输媒质为空气和介质的非均匀媒质，微带线的电磁场存 在纵向分量，不能传播纯TEM波。
但是，主模的纵向场分量远小于横向场分量。因此， 主模具有纯TEM相似的特性； 纯TEM的分析方法也对微带线适用。 ———准TEM近似法
D. D. Grieg and H. F. Englemann, “Microstrip—A New Transmission Technique for the Kilomegacycle Range,” Proc. IRE, Vol. 40, pp. 1644– 1650, Dec. 1952.
微波集成传输线－微带线
最后，抑制波导模和表面波，保证单模传输为
min
r (2W 0.8h) 4 r 1h
微带线设计中，金属屏蔽盒高度取H ≥（5 ~ 6）h， 接地板宽度取L≥（5 ~ 6）W
微波集成传输线－微带线
有效相对介电常数→准TEM波引入的
H. A. Wheeler, Transmission-line properties of parallel wide strips by a conformal mapping approximation, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 12:280–289 (May 1964).
五种重要的传输线：
指元器件、传输线导带等 在同一平面
带状线（Stripline）
注意耦合线结构
微带线（Microstrip line）
槽线（Slotline） 鳍线（Finline） 共面线（Coplanar line）
微波工程设计
2002-08
技术支撑组
GPDI无线通信设计部
２００２年度培训资料
第一章 微波工程设计基础知识
• 1、微波定义及微波传输常用频段的划分 ? 广义微波频段：300MHz～300GHz ? 常用微波频段：2 GHz～30GHz ? 2 GHz～10GHz频段：长距离（站距15公里以上）大容量（大于34Mb/s） 的微波传输 ? 10 GHz～30GHz频段：短距离(站距15公里以下)中小容量（34Mb/s以 下）的微波传输 ? 微波频段的划分ITU具有严格的规定
４４００－５０００ＭＨｚ频段 波道号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 频率（ＭＨｚ） ４４３０ ４４７０ ４５１０ ４５５０ ４５９０ ４６３０ ４６７０ 波道号 １＇ ２＇ ３＇ ４＇ ５＇ ６＇ ７＇
（ＩＴＵ－Ｒ ＲＥＣ．２８７）
５９２５－６４２５ＭＨｚ频段 波道号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ 频率（ＭＨｚ） ５９４５．２０ ５９７４．８５ ６００４．５０ ６０３４．１５ ６０６３．８０ ６０９３．４５ ６１２３．１０ ６１５２．７５ 波道号 １＇ ２＇ ３＇ ４＇ ５＇ ６＇ ７＇ ８＇
（ＩＴＵ－Ｒ ＲＥＣ．３８６ ＡＮＮＥＸ１）
频率（ＭＨｚ） ７５９６ ７６２４ ７６５２ ７６８０ ７７０８
频率（ＭＨｚ） ８０５９．０２ ８０８８．６７ ８１１８．３２ ８１４７．９７ ８１７７．６２ ８２０７．２７ ８２３６．９２ ８２６６．５７
１０７００－１１７００ＭＨｚ频段 （ＩＴＵ－Ｒ ＲＥＣ．３８７／３８９ （１／２）） 波道号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ 频率（ＭＨｚ） １０７１５ １０７５５ １０７９５ １０８３５ １０８７５ １０９１５ １０９５５ １０９９５ １１０３５ １１０７５ １１１１５ １１１５５ 波道号 １＇ ２＇ ３＇ ４＇ ５＇ ６＇ ７＇ ８＇ ９＇ １０＇ １１＇ １２＇ 频率（ＭＨｚ） １１２４５ １１２８５ １１３２５ １１３６５ １１４０５ １１４４５ １１４８５ １１５２５ １１５６５ １１６０５ １１６４５ １１６８５
微波基础知识..
•
微波通信系统框图
信 源
信 源 编 码
发信 基带 处理
调 制
上 变 频
功 率 放 大
滤 波
天 馈 系 统 传输媒介
同步系统
收 信
信 源 解 码
收信 基带 处理
解 调
下 变 频
低 噪 声 放 大
滤 波
天 馈 系 统
第一章、微波基础知识
微波无线通信系统组成 1. 收发信机
2. 调制解调单元
3. 天馈系统 4. 各种不同的配置（1+0/N+1,同频/异频）
第一章、微波基础知识
传输速率及容量：
Line Rate (Mb/s)
2.048 8.192 16.384 34.368 51.84 155.52 622.08 2488.32 Sub-STM-1 STM-1 STM-4 STM-16
0.8 f I 10Fd / 10 f *d f
式中：Δf/f-两个频率之差与中心频率的比值。 公式中其它参数的取值范围如下： 2GHz≤f≤11GHz; 30km≤d≤70km; Δf/f≤5 ％. 超出这个范围将导致误差。该公式仅仅对于I≥5有效。
第一章、微波基础知识
副瓣
半功率角
侧视图
第一章、微波基础知识
Байду номын сангаас
微波传播自由空间损耗
可见频率提高一倍或距离增加一倍，自由 空间损耗都将增加6dB
第一章、微波基础知识
第一章、微波基础知识
如收发两点T、R相距d,另一动点P，并PT＋PR=d+nλ/2(λ为工作 波长)，此动点在平面上轨迹为一椭圆。它以TR为轴旋转就构成 一椭球，这椭球的内部空间称为第n菲涅尔区（Fn）。P点（椭 球上的动点）至TR垂直线段PO为路径TR上O点的第一菲涅尔半 径。当d及λ一定时，在同一路径TR不同点上，Fn的大小是不同 的，以路径中点的Fn最大。当n＝1时为第一菲涅尔区和第一菲 涅尔半径F1
微波电路计算机辅助分析与设计
微波电路计算机辅助分析与设计课题名称准静态场法和谱域法分析计算标准微带线的特性目录一、概述 (1)1.小组作业课题 (1)2.背景介绍 (1)3.小组分工 (1)二、准静态场法分析微带线 (1)1. 原理 (1)2. 代码实现流程图 (3)三、谱域法分析微带线 (3)1. 原理 (3)2. 代码实现 (7)（1）计算流程图 (7)（2）参数 (8)（3）基函数计算 (8)（4）b矩阵的推导 (9)（5）G矩阵的推导 (9)（6）K矩阵的推导 (10)（7）kz的求解（基函数阶数为2时） (10)（8）实现细节 (11)四、ADS仿真 (12)1.LineCalc 组件工具 (12)2.Keff与频率变化关系 (13)五、结果对比与分析 (14)1.结果对比 (14)2.误差分析 (16)六、总结 (16)参考文献 (16)代码附录 (17)一、概述1.小组作业课题（1）安装并熟悉 ADS 软件，并使用ADS 主程序中的传输线及无源元件；（2）使用 ADS 中的LineCalc 组件工具，进行各类传输线的基本分析和设计；（3）自行编写程序，按照准静态场法和谱域法分析计算标准微带线或屏蔽微带线的特性，并与 ADS 软件的计算结果进行对比，总结 ADS 中的传输线所采用的设计计算方法。
2.背景介绍微带线以成本低、结构简单、易于集成等优点越来越多地在微波单片集成电路和毫米波集成电路中得到了广泛地应用。
由于在微带线中传播的混合模可以表示成TE 和TM 模的叠加，需要采用混合模的全波理论法对其进行严格的理论分析和计算。
[1]-[2]谱域法是计算微带线的色散特性最有效的方法之一，即使取电流分布的基函数阶数较少的情况下，也能够得到有效相对介电函数。
本报告中复现了Itoh 等人[3]用传统的谱域法计算微带线的色散特性。
3.小组分工二、准静态场法分析微带线1. 原理当频率较低时，电磁场的纵向分量很小，色散效应也较小，此时的场结构近似于TEM模，一般称它为准TEM模。
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5. 简单的匹配电路设计举例
晶体管放大器匹配电路设计示例
6.微波电路的计算机辅助设计技术及常用的CAD软件
自20世纪70年代以来，微波电路CAD技术已经取得了很大的进步。
一方面是各CAD软件厂商推出了很多通用和专用的微波电路CAD 软件产品，包括电原理图输入和微波电路的图形输入、电路的仿真和优化、容差分析、版图生成及输出、与测试仪器接口等功能，并有许许多多的电路模型库、元件库、半导体器件的线性模型库和非线性模型库等可供选择，应该可以说是功能强大、使用方便、应有尽有。
而另一方面，微波电路CAD软件也已被广泛应用于各种微波电路的设计，并成为微波工程师必须掌握的设计工具。
6.1 常用的微波电路CAD软件
微波电路的CAD软件大致可以分成下面几类：
①线性/非线性微波电路仿真软件；
② 2.5D平面电路电磁场仿真软件；
③ 3D电磁场仿真软件；
④系统仿真软件；
⑤专用电路的设计软件。
⑥排版软件
表2 主要的微波电路CAD软件简介
6.2 微波电路计算计辅助设计-简介
微波电路计算计辅助设计（CAD）技术是电子设计自动化（EDA）技术的一个分支，用于射频及微波电路的计算机仿真和优化设计。
6.2.1 微波电路CAD的特点及主要内容
与其它电子EDA技术相比，微波电路CAD软件具有以下几个特点：
①必须有精确的传输线模型和各种器件模型；
②有时必须采用电磁场仿真等数值仿真工具；
③一般都具有S参数分析的功能。
在微波电路CAD技术中，各种传输线及其不均匀区模型、元件之间的寄生耦合模型以及微波有源器件的非线性模型等，在技术上的难度都非常大。
微波电路CAD包括线性微波电路的S参数计算、直流分析、线性/非线性噪声分析、非线性电路的瞬态分析、非线性电路的谐波分析（功率压缩、交调和谐波特性等）、优化设计、容差分析、2.5D及3D 电磁场仿真、布线和版图设计等，甚至还可以包括微波器件的建模和参数提取以及计算机辅助测试。
6.2.2 常用的分析方法
线性电路：采用等效电路模型和S参数矩阵级联计算。
非线性电路：Spice、谐波平衡法、包络仿真法等。
电磁场仿真：常采用矩量法和有限元法等数值计算方法。
6.2.3 优化
给定电路的网络拓扑结构、各个元件的初始值，以及电路的设计指标的目标参数，CAD软件将自动改变各元件值，直到满足要求。
CAD软件通常都具有的，也是最常用的优化方法是随机优化和梯度法。
当然，一些软件还提供了其它的优化方法供选择。
6.2.4 设计步骤
微波电路CAD设计的步骤可大致总结如下：
①根据技术性能指标的要求，选择半导体器件。
②对于不需要半导体器件的微波无源电路，根据技术性能指
标的要求，选择网络拓扑结构。
③根据所选器件的具体参数，设计匹配电路的拓扑结构。
④确定（或计算）电路中各个元件的初始值。
⑤根据技术性能指标的要求，设臵优化目标（或参数）。
⑥根据经验或试验性地选择若干优化变量（或元件）。
⑦选择优化方法，并进行优化。
⑧进行容差分析。
⑨进行版图的设计并输出版图。
⑩进行性能指标的复核，进行版图的检查，并提出结构设计的要求。
6.2.5 几点经验和建议
①必须保证器件选择、匹配电路或网络拓扑设计的正确性。
②电路中各元件初始值的选择应尽量准确。
这将有利于优化
计算的快速收敛，并保证优化设计能够达到全局最优点，
而不是局部的极小（或极大）点。
③对于存在多个优化目标参数的一般情况，应根据实际的需
要，分出主次或考虑折衷，并进行加权。
④关于优化变量（或元件）的选择，一方面可以根据自己的
经验，另一方面也可以先选择其中几个进行试探。
特别是
当元件（或变量）较多时，一般不主张都选择为优化变量。
⑤对于优化方法的选择，通常是先随机法，后梯度法，这样
将有助于使设计达到全局最优。
⑥在电路设计的过程中，必须要考虑元件标称值的因素。
另
外对于分布参数电路，电路参数的取值必须要符合相应的
工艺要求。
6.3 设计举例
6.3.1 例1： 2GHz低噪声放大器的设计
频率范围:1.95～2.05GHz；
管子型号:AT-41411，为微波双极晶体管
CAD软件：ADS
图38 2GHz低噪声放大器电路
0.000
200.M 400.M 600.M 800.M 1.00G 1.20G 1.40G 1.60G 1.80G 2.00G 2.20G 2.40G 2.60G 2.80G 3.00G -20.0
-16.0 -12.0 -8.00 -4.00 0.000 4.00 8.00 12.0 16.0 20.0 freq, Hz
d B (S m a t r i x (2,1))
d B (S m a t r i x (1,2))0.000
200.M 400.M 600.M 800.M 1.00G 1.20G 1.40G 1.60G 1.80G 2.00G 2.20G 2.40G 2.60G 2.80G 3.00G -35.0
-30.0 -25.0 -20.0 -15.0 -10.0 -5.00
0.000 freq, Hz
d B (S m a t r i x (2,2))
d B (S m a t r i x (1,1))
0.00.2
0.40.60.8
1.0 1.2 1.4
1.6 1.8
2.0
2.2 2.4 2.6
2.8
3.0
0.0
0.40.81.21.62.02.4
2.8
3.23.6
4.0freq, GHz
N F 2
图38 2GHz 低噪声放大器仿真结果
6.3.2 例2： 5GHz 发夹式微带线带通滤波器的设计
CAD 软件： Momentum
图39 发夹式带通滤波器电路图
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
-60
-50-40-30-20-10
0freq, GHz
d B (S (2,1))
d B (S (1,1))
图40 发夹式带通滤波器仿真结果。