微波电路及设计的基础知识
《微波技术基础》课件
微波技术的应用领域
பைடு நூலகம்
通信
微波技术在无线通信领域发挥重要作用，包 括移动通信、卫星通信和无线局域网等。
医疗诊断
微波医疗设备可用于乳腺癌检测、皮肤病诊 断等，具有无创、高分辨率的特点。
雷达
微波雷达广泛应用于气象预测、航空导航、 智能交通等领域，实现目标探测与跟踪。
循环器
循环器是一种用于控制信号方向流动的微波器 件，常用于无线通信和雷达系统中。
微波电路的设计原则
1 匹配
保证信号的最大能量传输，减少反射损耗。
2 稳定性
设计电路时考虑温度、供电和尺寸等因素，保持稳定的工作性能。
3 带宽
设计宽带电路以满足不同频率范围的应用需求。
微波技术的未来发展趋势
未来，随着5G通信、物联网和人工智能等技术的快速发展，微波技术将在更 多领域展示出巨大潜力，为人类社会的进步和创新提供支撑。
工业加热
微波加热技术广泛应用于食品加工、材料烧 结等领域，具有快速、节能的特点。
常见的微波器件
波导
波导是一种用于传输和导向微波的金属管道， 常用于通信、雷达等高频电路中。
功分器
功分器用于将一个输入信号分成两个或多个输 出信号，常用于天线阵列和无线通信系统。
微波滤波器
微波滤波器用于选择性地传输或屏蔽特定频率 的信号，常用于通信和雷达系统中。
结论和要点
微波技术是一门重要的学科，应用广泛且前景广阔。深入了解微波技术的基 础知识对于我们掌握相关领域的应用和发展趋势至关重要。
微波技术基础
本PPT课件将带你深入了解微波技术的基础知识，包括微波技术的定义、物 理特性、应用领域、常见器件、电路设计原则以及未来发展趋势。
微波电路及设计的基础知识
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. 微波电路的电脑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：采用别离组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微波混合集成电路例如图7 微波集成电路〔MIC〕例如图8微波单片集成电路〔MMIC〕例如2.1.3 微波电路还可以按照有源电路和无源电路分类。
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：
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。
微波电路基本概念
微波电路基本概念微波电路是研究和应用微波技术的重要组成部分，其基本概念是理解微波电路原理和设计微波设备的基础。
本文将介绍微波电路的基本概念，包括微波频率范围、传输线、匹配网络、耦合器和功率分配器等。
一、微波频率范围微波频率范围一般指的是几个GHz到几百GHz之间的频率范围。
与常规的低频电路相比，微波电路在频率、尺寸以及特性上都有所不同。
微波电路的频率高，传输的信号具有高速率和大带宽，因此其特性分析和设计方法也有所不同。
二、传输线传输线是微波电路中常见的元件，用于在微波系统中传输信号。
常见的传输线类型包括同轴电缆、矩形波导和微带线。
传输线具有导频率特性、阻抗特性和波导模式等特点，其设计需要考虑阻抗匹配、功率传输以及信号衰减等因素。
三、匹配网络匹配网络是微波电路中用于实现阻抗匹配的关键元件。
在微波系统中，信号的传输需要保证阻抗的匹配，以减少反射和信号功率损失。
常见的匹配网络包括L型匹配器、T型匹配器和π型匹配器等，通过调整元件的参数来实现阻抗匹配。
四、耦合器耦合器是微波电路中用于将信号从一个部分传输到另一个部分的元件。
常见的耦合器包括负载耦合器、耦合隔离器和功率耦合器等。
耦合器的设计需要考虑耦合效率、插入损耗和功率传输等因素，以确保信号的有效传输。
五、功率分配器功率分配器是微波电路中用于将输入功率分配给不同输出端口的元件。
常见的功率分配器包括功分器和合分器等。
功率分配器的设计需要考虑功率均匀分配、射频损耗和相位平衡等因素，以确保各个输出端口的功率和相位稳定。
六、微波器件微波器件是用于产生、放大、调制、调制微波信号的器件。
常见的微波器件包括微带滤波器、微波放大器、微波发生器和微波调制器等。
这些器件通过调整电磁场的特性和信号的特性来实现对微波信号的处理，广泛应用于通信、雷达和卫星系统等领域。
总结微波电路基本概念涵盖了微波频率范围、传输线、匹配网络、耦合器和功率分配器等关键元件。
了解这些基本概念对于理解微波电路的工作原理和设计微波设备至关重要。
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。
电路中的微波技术与微波器件设计
电路中的微波技术与微波器件设计在现代电子技术的发展中，微波技术成为了重要的一环。
微波技术通常用于高频、高速传输和通信领域，因其具有高速、高效、高频等特点而备受关注。
本文将介绍电路中的微波技术以及微波器件的设计原理和方法。
一、微波技术概述微波技术是指在射频（Radio Frequency，RF）和毫米波（Millimeter Wave，MMW）频段内工作的一种电子技术。
其工作频率一般在300MHz到300GHz之间，相应的波长为1mm到1m。
相较于一般的电子技术，微波技术具有以下特点：1. 高频特性：微波技术的工作频率较高，具有较高的频带宽度和信号传输速度，适用于高速数据传输和通信应用。
2. 小尺寸特性：微波器件相比于常规电子器件更小巧，可以集成在微型电路中，便于系统的设计和布局。
3. 低损耗特性：微波信号在传输过程中，由于其高频特性，会引发较大的能量损耗，但相对于其他射频信号而言，微波信号的损耗较低。
二、微波器件的分类微波技术的应用需要相应的器件支持，微波器件作为微波技术的基础，具有重要的意义。
根据其用途和工作原理，微波器件可以分为以下几类：1. 微波放大器：微波放大器用于增加微波信号的幅度。
根据工作原理的不同，微波放大器可以分为二极管放大器、场效应管放大器、功率放大器等。
2. 微波混频器：微波混频器用于将两个不同频率的微波信号进行混合，在输出端产生其和频和差频信号。
广泛应用于通信系统和雷达等领域。
3. 微波继电器：微波继电器用于在微波电路中进行信号的切换和传输。
其具有低损耗、高隔离度等特点，常用于无线通信、微波测量等领域。
4. 微波滤波器：微波滤波器用于在微波电路中对特定频率范围进行滤波，以消除干扰和杂散信号。
常见的微波滤波器类型有低通、高通、带通和带阻滤波器等。
5. 微波天线：微波天线是将电路中的微波信号辐射到空间中或从空间中接收微波信号的装置。
根据其结构和应用，微波天线可分为微带天线、开槽天线、小型化天线等类型。
电路设计中的射频与微波电路技术
电路设计中的射频与微波电路技术随着科技的不断进步与发展，射频（Radio Frequency）与微波（Microwave）电路技术在电子领域中扮演着非常重要的角色。
射频与微波电路设计是一门高度专业化的技术，用于处理高频信号和微波信号的传输、接收和放大。
本文将介绍电路设计中的射频与微波电路技术，并探讨其在通信、雷达、卫星和无线电等领域的应用。
1. 射频与微波电路技术的基础概念射频与微波电路技术是电路设计中的一项重要分支，主要涉及到射频信号（3kHz-300GHz）以及微波信号（1GHz-300GHz）的处理。
这些信号常常具有较高的频率与较短的波长，因此对于电路的设计、布线和制造技术提出了更高的要求。
射频与微波电路技术的基础概念包括：- S参数：用于描述电路元件或系统的传输特性，如增益、损耗和反射等。
常见的S参数有S11表示反射系数，S21表示传输系数等。
- 工作频段：描述电路中工作的频率范围，通常表示为中心频率加减一个带宽，如2.4GHz ± 100MHz。
- 正交匹配：射频电路设计中常用的一种匹配技术，用于提高信号与噪声的传输效率。
2. 射频与微波电路技术在通信领域的应用射频与微波电路技术在通信领域中具有广泛的应用。
例如，在手机通信系统中，射频电路技术负责手机与基站之间的信号传输和接收。
通过设计高效的射频天线和功率放大器，可以实现更远距离的信号传输和更高的通信质量。
此外，射频与微波电路技术还应用于卫星通信系统、雷达系统和无线电系统等领域。
在卫星通信中，射频电路技术用于卫星与地面站之间的信号传输和接收；在雷达系统中，射频电路技术用于发射和接收雷达脉冲信号；在无线电系统中，射频电路技术负责无线电信号的传输、接收和放大。
3. 射频与微波电路技术的设计挑战射频与微波电路技术的设计面临诸多挑战。
由于高频信号的损耗较大，电路设计中需要尽量减小损耗，提高信号传输的效率。
此外，高频信号的传输还面临着信号干扰、匹配问题和功率耗散等方面的挑战。
微波电路基本原理与应用概述
微波电路基本原理与应用概述随着通信技术的快速发展，微波电路在电子设备和通信系统中得到了广泛的应用。
本文将对微波电路的基本原理和应用进行概述，并介绍一些相关的实际应用案例。
一、微波电路的基本原理微波电路是指工作频率在300MHz至300GHz之间的电路。
与传统的低频电路相比，微波电路具有许多独特的特性和原理。
1. 电磁波传输微波电路依赖于电磁波的传输和处理。
电磁波在微波频段内能够有效传输，并能够通过合适的天线进行接收和发射。
电磁波的传输特性决定了微波电路的工作原理和性能。
2. 高频特性微波电路的工作频率很高，因此需要考虑高频特性。
高频信号的传输会引起许多传输线效应，例如衰减、相位延迟和反射等。
微波电路设计需要考虑这些因素，以保证信号质量和稳定性。
3. 射频功率放大微波电路可以通过电子器件实现射频功率放大。
常用的射频功率放大器包括微波管、半导体器件和集成电路等。
这些器件能够将微弱的射频信号放大到足够的功率，以满足通信系统的需求。
二、微波电路的应用微波电路在通信、雷达、卫星通信、无线电视和医疗设备等领域中有广泛的应用。
以下是一些常见的微波电路应用案例。
1. 通信系统微波电路在通信系统中扮演着关键的角色。
微波电路可以用于信号的调制、解调、放大和滤波等处理。
同时，微波电路也用于无线通信连接的建立，如天线和收发器等。
2. 雷达系统雷达是一种通过发送和接收微波信号来探测和测量目标的系统。
微波电路被广泛应用于雷达系统的发射和接收模块中。
微波电路能够实现高频率的信号发射和接收，从而提高雷达系统的性能和灵敏度。
3. 卫星通信卫星通信是现代通信系统中不可或缺的部分。
微波电路在卫星通信中用于地面站和卫星之间的信号传输和处理。
微波电路能够实现高速数据传输和稳定信号接收，确保通信质量和可靠性。
4. 无线电视微波电路也广泛应用于无线电视系统中。
微波电路能够提供高频信号的传输和处理，以支持无线电视信号的传送和接收。
微波电路的应用使得无线电视信号具有更好的质量和覆盖范围。
微波集成电路设计与应用
微波集成电路设计与应用微波集成电路（MMIC）是一种采用微波技术制造的集成电路，被广泛应用在雷达系统、通信系统、卫星通信等高频领域。
与传统基于体效应晶体管的射频设计相比，MMIC能够实现更高的集成度、更高的工作频率和更高的灵活性。
一、MMIC的制造工艺MMIC制造使用的是微波工艺，与传统的半导体工艺有很大的不同。
首先，MMIC使用的是铝金属线，而不是铜金属线。
这是因为铝金属线具有较小的电阻和电容，可以在高频下减小线损和降低噪声。
其次，MMIC使用的是物理气相沉积（PVD）技术，这是一种将材料从固态蒸发到气态，然后沉积在芯片表面上的技术。
这种技术比化学气相沉积（CVD）更适合制造高质量、高密度的微波结构。
最后，MMIC使用的是反型异质结（HBT）晶体管，而不是传统的体效应晶体管。
HBT比体效应晶体管具有更高的工作频率和更低的噪声系数，能够在高频下实现更高的增益和更低的噪声。
二、MMIC的应用领域MMIC被广泛应用在雷达、通信、卫星通信等高频领域。
其中，雷达是最早使用MMIC的领域之一。
在雷达系统中，MMIC被用于增益模块、混频器、射频放大器、功率放大器等部件中，可以实现更高的功率输出和更好的线性性能。
在通信领域，MMIC被用于微波前端的设计，包括信号发射、接收和处理部分。
由于MMIC具有高度集成的特点，可以将多个功能集成到一个芯片中，从而实现更小的芯片体积和更高的性能。
在卫星通信领域，MMIC被用于接收机、发射机和卫星天线的设计中。
卫星通信需要快速、高效、稳定的数据传输，在此过程中，MMIC扮演着至关重要的角色。
三、MMIC设计需要注意的问题在设计MMIC时，需要注意以下几个问题：首先，需要选择合适的制造工艺和封装方式。
合适的制造工艺和封装方式可以有效地提高芯片的性能和可靠性。
其次，需要选择合适的晶体管。
不同类型的晶体管具有不同的性能指标和制造工艺，需要根据实际需求进行选择。
最后，需要进行充分的仿真和测试。
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）
微波电路及其PCB设计
微波电路及其PCB设计微波电路是一种高频电路，被广泛应用于通讯、雷达、电子对抗等领域。
微波电路的设计是微波工程的核心之一，其中PCB设计是非常关键的一环。
本文将重点介绍微波电路的特点及其PCB设计方法。
一、微波电路的特点微波电路的特点是高频信号传输距离短，传输衰减大，和对电路参数的精度要求高。
（1）传输距离短微波信号的传输距离通常不超过几百米甚至几十米。
这是由于微波信号的传输衰减非常大，具体的传输距离和频率有关。
频率越高传输衰减越大，所以微波信号的传输距离非常短。
（2）传输衰减大微波信号在传输过程中会发生大量的衰减，这是由于微波信号的传播是以电磁波的方式进行的，而电磁波在传播过程中会发生衰减。
同时，微波信号的传输也会受到天气、地形、建筑等因素的影响，从而导致传输衰减更大。
（3）对电路参数的精度要求高由于微波信号的频率非常高，在数GHz到数十GHz之间，所以微波电路对电路参数的精度要求非常高。
例如微波电路中常用的贴片电容，通常需要拥有较高的Q值，以保证电路稳定性和信号质量。
二、微波电路的PCB设计方法（1）匹配电路的设计匹配电路是微波电路设计中非常重要的一环。
在微波信号传输中，由于传输线路的阻抗不匹配或损耗，有可能导致信号反射或信号衰减。
因此，在微波电路中必须进行匹配设计，以保证信号的正常传输。
匹配电路的实现通常可以使用基于微带线的匹配电路或衬底模式的匹配电路。
（2）特殊材料的选择由于微波频段的特殊性，在微波电路中通常需要使用特殊的材料来保证电路的品质和性能。
常用的微波电路材料有：RO4000、RT/duroid、Teflon、Ceramic等。
这些材料在微波电路设计中具有优异的机械性能、阻抗控制、介电损耗等方面的优势，可以在一定程度上提高电路性能。
（3）地面平面的设计地面平面是微波电路中一个非常重要的元件。
它对微波信号的传输和阻抗匹配都有非常重要的影响。
在微波电路PCB设计中，地面平面通常需要考虑到以下因素：1.地面平面的尺寸和形状，需要保证电路阻抗和信号质量的要求。
电路中的微波电路设计与分析
电路中的微波电路设计与分析微波电路是一种用于高频信号处理和传输的电路，具有重要的应用价值和意义。
在电路中设计和分析微波电路的过程中，需要考虑各种因素，如器件选择、阻抗匹配、信号传输和损耗控制等。
本文将介绍电路中的微波电路设计与分析的相关知识。
一、微波器件的选择在微波电路设计中，选择合适的器件对于电路性能的优化非常重要。
常见的微波器件有微带线、同轴电缆、耦合器、滤波器、功分器、混频器等。
选择器件时需要考虑其工作频率范围、功率容量、损耗、尺寸和成本等因素。
二、阻抗匹配阻抗匹配是微波电路设计中的重要环节，其目的是将不同器件之间的阻抗进行匹配，以实现信号的最大传输。
常见的阻抗匹配方法有使用传输线、变压器、衰减器等。
在设计阻抗匹配网络时，需要遵循最大功率传输的原则，同时考虑反射损耗和信号传输效率。
三、信号传输和损耗控制微波信号的传输过程中，会受到各种损耗的影响，如导线损耗、辐射损耗、介质损耗等。
因此，在微波电路设计中需要采取一些措施来控制损耗，以实现信号的准确传输。
常见的损耗控制方法有减小材料损耗、优化传输线结构、减小器件间的耦合等。
四、电路仿真和分析在微波电路设计过程中，通过使用仿真软件进行电路仿真和分析可以有效地评估电路性能，并进行优化。
常用的微波电路仿真软件有ADS、Microwave Office、CST等。
利用仿真软件可以进行参数提取、S参数分析、功率传输特性分析等，帮助设计者更好地理解和分析电路。
五、微波功率放大器设计微波功率放大器是微波电路设计中的重要组成部分，常用于增强微波信号的功率。
在功率放大器设计中，需要考虑放大器的增益、带宽、线性度、效率等指标。
常见的微波功率放大器类型有共基极放大器、共集电极放大器、共射极放大器等，设计者可以根据具体需求选择合适的放大器结构。
六、微波滤波器设计微波滤波器的设计也是微波电路设计的重要内容之一，其主要功能是对特定频率范围内的信号进行选择性传输和抑制。
常见的微波滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
微波基础知识..
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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
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４ ．史密斯（Ｓ ｍ ｉ ｔ ｈ ）圆图 Ｓ ｍ ｉ ｔ ｈ 圆图是一个非常有用的图形化的匹配电路设计和分析工具，且方便有 效，在微波电路设计过程中会经常用到。 另外，Ｓ ｍ ｉ ｔ ｈ 圆图有阻抗圆图和导纳圆图两种形式，可以视具体情况选用。
表 １几种经常使用的微波介质材料 名称 介电常数（εｒ ） 聚四氟乙烯玻璃纤维基片 ２ ． ７ 陶瓷（Ａ ｌ Ｏ ）基片（ ９ ９ ％ ） ９ ． ６ ２ ３ 微波复合介质基片 可选 Ｒ Ｔ ／ ｄ ｕ ｒ ｏ ｉ ｄ５ ８ ８ ０ ２ ． ２ Ｒ Ｏ ４ ０ ０ ３ ３ ． ３ ８ Ｔ Ｍ Ｍ １ ０ Ｉ ９ ． ８
备注 国产、进口 国产、进口 国产 Ｒ ｏ ｇ ｅ ｒ ｓ 公司 Ｒ ｏ ｇ ｅ ｒ ｓ 公司 Ｒ ｏ ｇ ｅ ｒ ｓ 公司
Ｒ Ｔ ／ ｄ ｕ ｒ ｏ ｉ ｄ Ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ Ｒ Ｏ ４ ０ ０ ０ Ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ Ｔ Ｍ Ｍ Ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ 图２ ７Ｒ ｏ ｇ ｅ ｒ ｓ 公司生产的几种微波介质基片
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１ ０耦合线
图１ １开路线
图１ ２短路线
5
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0
W ilkinso n P ow e r D iv id er
2
-1 0
D B (|S [1 ,1 ]|) ~ PD D B (|S [2 ,1 ]|) ~ PD
-2 0
D B (|S [3 ,1 ]|) PD
1
-3 0
-4 0 18 19 20 F req u e n cy ( G H z ) 21 22
图３ ７图解用的 Ｓ ｍ ｉ ｔ ｈ 圆图标准图纸 由图 ３ ５ 我们可以看到，在 Ｓ ｍ ｉ ｔ ｈ 阻抗圆图中存在等电阻圆、等电抗线、纯 电阻线、电感平面（ｊ ωＬ ） 、电容平面（１ ／ ｊ ωＣ ） 、开路点、短路点和 ５ ０ Ω点等 等。 当然，相对应的在导纳圆图中也存在等电导圆和等导纳线等。 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 Ｃ Ａ Ｄ 软件 自２ ０ 世纪 ７ ０ 年代以来， 微波电路 Ｃ Ａ Ｄ 技术已经取得了很大的进步。一方面 是各 Ｃ Ａ Ｄ 软件厂商推出了很多通用和专用的微波电路 Ｃ Ａ Ｄ 软件产品， 包括电原理
图３ ２ 微带线低通滤波器 ３ ． １ ． ６平行耦合线带通滤波器
0
-20
dB(S(1,1)) dB(S(2,1))
-40
-60
-80 9 10 11 12 13 14 15
freq, GHz
图３ ３ 平行耦合线带通滤波器 ３ ． １ ． ７其它，如交指滤波器、谢夫曼移相器及分支线定向耦合器等，也都具有固 定（特定）的网络形式。 ３ ． ２一般网络 微波网络是由各种微波元件根据需要组合而成，所以网络的形式具有任意 性。上面介绍的那些特殊网络只是其中一些典型的形式而已。 一般来说，简单的网络通常是窄带的电路，如λｇ ／ ４ 线。这一点，在设计宽 带匹配电路时，需要引起注意。 ３ ． ３网络参数 我们经常使用 Ｓ 参数（即散射参数）来描述微波网络。以下面的二端口网络 为例。
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１ ９片状叠层电容及单层电容
图２ ０片状叠层电感及线绕电感
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3
图３ ０ 功分器／ 合路器 ３ ． １ ． ４阶梯阻抗变换器
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2
３ ． １ ． ５微带线低通滤波器
图３ １ 阶梯阻抗变换器
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图１ ３直角拐弯线
图１ ４阶梯线
图１ ５渐变线
图１ ６缝隙
图１ ７Ｔ 型结
6
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图１ ８十字结 其他还有一些如扇形线、Ｌ ａ ｎ ｇ ｅ 耦合器、交指电容和螺旋电感等等。
1
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第１ 章
概述
所谓微波电路，通常是指工作频段的波长在 １ ０ ｍ ～１ ｃ ｍ （ 即３ ０ Ｍ Ｈ ｚ ～３ ０ Ｇ Ｈ ｚ ） 之 间的电路。此外，还有毫米波（３ ０ ～３ ０ ０ Ｇ Ｈ ｚ ）及亚毫米波（１ ５ ０ Ｇ Ｈ ｚ ～３ ０ ０ ０ Ｇ Ｈ ｚ ） 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 （Ｒ Ｆ ）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 １ Ｇ Ｈ ｚ 。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。
图３ ５Ｓ ｍ ｉ ｔ ｈ 阻抗圆图
Z=30+j25Ω
图３ ６Ｓ ｍ ｉ ｔ ｈ 圆图的应用示例
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图３ ４二端口微波网络 在图 ３ ４ 所示的二端口微波网络中，ａ １ 和ｂ １ 分别为端口 １的归一化入射电 压波和反射电压波；ａ ２ 和ｂ ２ 分别为端口 ２ 的归一化入射电压波和反射电压波。 二端口微波网络的输入和输出之间的关系可以表示为
图２ １片状电阻
图２ ２贴装可调电容
图２ ３贴装电位器
图２ ４微波二极管（封装及芯片）
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图２ ５微波三极管和场效应晶体管（封装及芯片）
b1 a1 b2 a2 b1 a2 b2 a1
a 2=0 ，即当端口
２ 匹配时（Ｚ Ｌ ＝ Ｚ ０ ） ，端口 １ 的反射系数；
Ｓ ２ ２ ＝
a1=0 ，即当端口
１ 匹配时（Ｚ Ｓ ＝ Ｚ ０ ） ，端口 ２ 的反射系数；
Ｓ １ ２ ＝
a1=0 ，
即当端口 １ 匹配时，端口 ２ 到端口 １ 的传输系数；
b1 = s11 a 1 + s12 a 2 b 2 = s 21 a 1 + s 22 a 2
即
（１ ）
[ S]
a1 a 2 s 12 s 22
（２ ）
其中
[ S ]=
s 11 s 21
式（１ ）称做散射方程， [ 叫散射矩阵或散射参数。 S] 由式（１ ）可以得出二端口网络的 Ｓ 参数为： Ｓ １ １ ＝
Ｓ ２ １ ＝
a 2=0 ，即当端口
２ 匹配时，端口 １ 到端口 ２ 的传输系数。
通过上面的分析我们可以看出，微波网络的 Ｓ 参数具有确定的物理意义。实 际上，我们以往所经常使用的如 Ｚ 参数、Ｙ 参数和 Ｈ 参数等均可以通过计算与 Ｓ 参数互相换算。但在微波频率上，只有 Ｓ 参数是可以测量出来的，这样也就解决 了微波网络参数的测量问题。 另外，对于端口数为 Ｎ 的多端口网络，我们同样可以得到类似于式（１ ）的 表达式，这时 [ 为Ｎ Ｎ 维的矩阵。 S]
第３ 章
微波网络及网络参数
３ ． １具有特定内容（含义）的特殊微波网络 ３ ． １ ． １平行耦合线定向耦合器
1 2
4
3
图２ ８ 平行耦合线定向耦合器 ３ ． １ ． ２兰格（Ｌ ａ ｎ ｇ ｅ ）定向耦合器
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