微波电路设计基础知识

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
1
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建

第1章
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。
第2章
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
2
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建

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。
3
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建

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 按源分
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。
4
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建

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
5
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建

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
6
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建

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
7
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建

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）
8
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建

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。
9
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建

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（Al2O3）基片(99%) 9.6 微波复合介质基片 可选 RT/duroid 5880 2.2 RO4003 3.38 TMM10I 9.8
备注 国产、进口 国产、进口 国产 Rogers 公司 Rogers 公司 Rogers 公司
RT/duroid Series RO4000 Series TMM Series 图 27 Rogers 公司生产的几种微波介质基片
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 28 平行耦合线定向耦合器 3.1.2 兰格（Lange）定向耦合器
10
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建

图29 Lange定向耦合器3.1.3 威尔金森（Wilkinson）功分器/合路器

图30功分器/合路器3.1.4 阶梯阻抗变换器

图31阶梯阻抗变换器3.1.5 微带线低通滤波器

图32微带线低通滤波器

3.1.6 平行耦合线带通滤波器

9

10

11

12

13

14

15

-80

-60

-40

-20

freq, GHz

d B (S (2,1))

d B (S (1,1))

图33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。