微波电路及设计的基础知识
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。
射频微波(知识点)
一、射频/微波技术及其基础1、射频/微波技术的基础 ✓ 什么是微波技术研究微波的产生、放大、传输、辐射、接收和测量的科学。
射频/微波技术是研究射频/微波信号的产生、调制、混频、驱动放大、功率放大、发射、空间传输、接收、低噪声放大、中频放大、解调、检测、滤波、衰减、移相、开关等各个电路及器件模块的设计和生产的技术，利用不同的电路和器件可以组合成相应的射频/微波设备。
微波技术主要是指通信设备和系统的研究、设计、生产和应用。
✓ 微波技术的基本理论是以麦克斯韦方程为核心的场与波的理论2、射频/微波的基本特性✓ 频率高、穿透性、量子性、分析方法的独特性射频频段为30 ～ 300MHz ，微波频段为300MHz ～ 3000GHz ，相对应波长为1m ～0.1mm ，照射于介质物体时能深入到该物质的内部。
根据量子理论，电磁辐射能量不是连续的，而是由一个个的“光量子”组成，单个量子的能量与其频率的关系为e = h ·f式中,h = 4×10-15电子伏·秒 (eV ·S) 成为普朗克常数3、射频/微波技术在工程里的应用✓ 无线通信的工作方式1、单向通信方式通信双方中的一方只能接收信号，另一方只能发送信号，不能互逆，收信方不能对发信方直接进行信息反馈2、双向单工通信方式3、双向半双工通信方式通信双方中的一方使用双频双工方式，可同时收发；另一方则使用双频单工方式，发信时要按下“送话”开关。
4、双向全双工通信方式通信双方可以通信进行发信和收信，这时收信与发信一般采用不同的工作频率，通过双工器来完成收信和发信的隔离。
二、电磁波频谱1-讲 开关按-讲 按-讲 受话器受话器2、射频/GSM-900系统采用等间隔方式，频道间隔为200KHz，同一信道的收发频率间隔为45MHz,频道序号和频道标称中心频率的关系为F上行（n）= 890.2 +（n-1）×0.2 MHzF下行（n）= F上行（n）+ 45 MHz式中：频道序号 n = 1 ～ 124在我国的GSM900网络中，1～94号载频分配给中国移动使用，96～124号载频分配给中国联通使用，95号载频作为保护隔离，不用于业务。
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。
单片射频微波集成电路技术与设计
单片射频微波集成电路技术与设计单片射频微波集成电路（Monolithic RF Microwave Integrated Circuit，简称MMIC）是一种在单个芯片上集成了射频（RF）和微波电路的技术。
它在通信、雷达、卫星通信等领域有着广泛的应用。
本文将介绍单片射频微波集成电路的技术原理和设计方法。
单片射频微波集成电路的核心是集成电路芯片，该芯片上集成了射频和微波电路所需的各种功能模块，如放大器、混频器、滤波器、功率放大器等。
相比传统的离散组件，单片射频微波集成电路具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等优点，能够满足复杂电路的集成需求，提高系统性能。
单片射频微波集成电路的设计过程包括射频电路设计、微波电路设计、封装和测试等环节。
首先，需要根据系统需求和设计规范确定电路的工作频带、增益、带宽等参数。
然后，通过射频和微波电路的基本理论知识，选择合适的电路拓扑结构和器件参数。
在设计过程中，需要考虑电路的稳定性、噪声、线性度等指标，并进行相应的优化和调整。
在单片射频微波集成电路的设计中，还需要充分考虑电路的布局和封装技术。
合理的布局和封装可以降低电路的串扰和杂散，提高电路的性能。
同时，封装技术也需要考虑电路的散热和可靠性等因素。
现代封装技术如BGA（Ball Grid Array）和CSP（Chip Scale Package）等，可以满足单片射频微波集成电路的高集成度和小尺寸的要求。
当单片射频微波集成电路设计完成后，还需要进行测试和验证。
测试过程中需要使用专业的测试设备和仪器，对电路的性能进行准确的测量和评估。
通过测试结果，可以了解到电路的工作状态和性能指标是否符合设计要求，并进行必要的调整和优化。
随着射频和微波技术的不断发展，单片射频微波集成电路在无线通信、雷达、卫星通信等领域的应用越来越广泛。
它能够实现高度集成化、低功耗、小尺寸的设计要求，为现代通信系统的发展提供了强大的支持。
未来，随着射频和微波集成电路技术的进一步突破，单片射频微波集成电路将会在更多的领域发挥重要作用。
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。
微波技术基础修订版教学设计
微波技术基础修订版教学设计一、课程背景微波技术是一门独立的学科，其在通信、雷达、导航等领域具有广泛的应用。
本课程旨在让学生从理论认识微波技术到应用实践中掌握该领域的相关知识。
二、教学目标1.掌握微波技术的基本概念、原理、特点及其在通信、雷达、导航等领域中的应用。
2.熟悉微波电路的设计方法和基本系统的组成。
3.深入了解微波射频器件的特性、制作工艺和测试方法。
4.掌握微波天线的基本概念、特点和设计方法。
5.能够独立完成一个简单的微波电路设计和测试实验。
三、教学内容第一讲微波天线和传输线理论基础1.微波信号的基本特性。
2.微波天线的基本理论和特点。
3.传输线的基本理论和应用。
4.实验：基本传输线参数的测试。
第二讲微波导波管和铁氧体元器件1.微波导波管的基本原理和性能。
2.铁氧体元器件的基本结构和特性。
3.微波开关和滤波器的设计和实现。
4.实验：微波导波管和铁氧体元器件的特性测量。
第三讲微波功率放大器和混频器1.微波功率放大器和混频器的基本原理和实现方法。
2.微波功率放大器和混频器的组成和工作原理。
3.微波混频器的设计和实现。
4.实验：微波功率放大器和混频器的特性测量。
第四讲微波射频器件和调制解调技术1.微波射频器件的制作工艺和特性。
2.微波射频调制解调技术的基本原理和应用。
3.实验：微波射频器件的制作和调制解调实验。
四、教学方法本课程采用理论讲授和实验实践相结合的方式，采用小组讨论、课堂互动等教学方法，强调学生的参与和自主学习。
理论讲解中重点讲解微波技术的基本概念、原理和特点；实验部分强调实践能力的培养，学生需按照实验指导书进行实验操作，重点是实验数据的处理和结果分析。
五、考核方式本课程的考核方式采用闭卷笔试和实验报告相结合的方式，笔试占50%的成绩，实验报告占50%的成绩。
六、教材及参考书目1.《微波技术导论》，周立功，电子工业出版社。
2.《微波射频技术基础》，刘秀峰，中国科学技术出版社。
3.《微波通信》，张俊华，中国电力出版社。
微波专业理论基础知识
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
4
技术表现 ¾抗干扰能力弱(雨水、温度、电磁等) ¾易受自然灾害影响 ¾容量受限 ¾设备便宜易组网 ¾建设速度快 ¾是光纤网络的补充
5
光纤、微波传输方式比较
传输媒介
光纤 光纤
微波 自由空间
抗自然灾害能力
弱
强
灵活性
较低
高
建设费用
高
低
建设周期 传输速率
长 频带宽、速率高
短 频带窄、速率低
6
微波通信的应用场合
根据查表（6-4）可知 C 型端面的 KQ=2.88×10-5, C=2.2， 并且 B=1，那么由式（6-9）可以计算出：
Pmf
=
2.88×10−5
×5×502.2
−31.2
×10 10
=
0.6×10-3
Pms=
2.88×10−5
×5×502.2
−33
×10 10
=
0
.4×10-3
32
因为采用了二重空间分集接收技术，如果两接 收系统的收信电平相等的话，平衰落储备应比Mf增 加3dB，对应的 0.3×10（-3），那么该中继段的衰 落概率为：
47
组网及监控-监控 9信道利用：微波传输系统专用监控 及公务信道或占用主用信道 9功能：主要完成信道切换、使用状 态报警等功能 9独立性：微波系统的监控可以自成 系统
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。
微波电路设计基础学习知识
1、数字微波应用微波是无线电波的一种。
在我国无线电广播按波长分为：长波(LW波长在介于1000〜2000米，中波(MW)波长在介于200-600 米、短波(SW) 波长在介于10〜100米。
CDMA800 工作波长(35.93~36.36、34.09~34.48 )米。
在我国分配微波频率为：频率M (GHz) 1.52467811131518波- 长(cm)20157.55 4.29 3.75 2.73 2.312 1.67微波通信的特点：视距传输；电波在传播过程中遇到尺寸和工作波长相近的障碍物时,会绕过障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射。
微波通信建设快、投资小、应用灵活；传输质量可靠，抗干扰能力强。
至今与光缆通信和卫星通信并列为现代通信传输的三大支柱，在中等容量的网络中，微波传输是一种最灵活、适应性最强的通信手段。
在移动网络中的应用：在移动接入网络中，随着网络不断扩容和无缝覆盖的需求，新建了大基础量移动基站，如城区的“楼宇室内覆盖”，边远地区的“边际网覆盖”，沿海地区“海岛移动覆盖”。
但由于市政建设限制（如架空线难、开挖路面铺管道难），在自然环境很恶劣的山区和海洋，光缆建设非常困难、造价太高，造成大量光纤死角，部分基站的接入必须采用无线方式解决，产生了大量无线传输需求。
如沿海城市大连，拥有诸多的岛屿，岛屿上的移动通信成为大连移动提高移动网络覆盖率的重要任务。
大连采用SDH微波作为各海岛移动基站的中继链路，并通过与光传输系统的连接，组成完整的传输网络。
SDH微波链路干线全长162.28公里，支线全长66.68公里，最长站距34.80公里，最短站距6.89公里，平均站距19.08公里，且全部为跨海电路（跨海微波链路的设计，由于海面环境和气候情况复杂，通常是所有微波应用中难度最大）。
使用微波设备不仅可以缓解传输网络资源不足的压力。
而且提高了整个网络工程进度，降低了整个网络投资。
在移动核心网络中，微波设备可提供高达2.5Gbps的传输容量，用来与光纤混合组网，作为城域光环和重要链路的备份。
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）
微波技术微波技术第五章(1)
当GA、GB 都远小于1 时，在A-A’处的总反射系数可近似为
令q = l，得
j 2l0
G = G = GA GBe 4 G = GA GBe j2q = GA (1+e j2q )
= GAe jq (e jq e jq ) = 2GAe jq cos q
(3-158)
以保证接头处 (如图示1、2之间) 有良好的电接触。扼流接头安装方
便、功率容量大；但频带较窄。
扼流接头
平接头
2. 拐角、弯曲与扭转元件
改变电磁波的传输方向用拐角、弯曲元件；改变电磁波的极化
方向而不改变其传输方向用扭转元件。要求r 小、频带宽、功率容 量大。为使反射最小, 拐角和扭转段长度l =(2n+1)lg/4。E面弯波
Γ = Z Z0 Z Z0
1
r=
1
Γ Γ
=
Z
e
Z
=
b
a
b
Z0 b0
Z0 = b0 Zb
(Z Z0) (Z Z0)
(5 5) ( 5 – 6)
第二节 二端口元件
无耗二端口网络的基本性质（已在课件第四章(1) 讲解）
一、连接元件 连接元件的作用是将作用不同的微波元件连接成完整的系统。 要求接触损耗小, 驻波比小, 功率容量大, 工作频带宽。 这里只介绍单纯起连接作用的接头、拐角、弯曲和扭转元件。
Rmax Z0 Rmax Z0
B-B’处的局部反射系数为
GB
=
Rmax Rmax
Z01 Z01
=
Rmax Rmax
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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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。
表1 几种经常使用的微波介质材料名称介电常数（εr）备注聚四氟乙烯玻璃纤维基片 2.7 国产、进口陶瓷（Al2O3）基片(99%) 9.6 国产、进口微波复合介质基片可选国产RT/duroid 5880 2.2 Rogers公司RO4003 3.38 Rogers公司TMM10I 9.8 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3. 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4231图28平行耦合线定向耦合器3.1.2 兰格（Lange ）定向耦合器 143268101214Frequency (GHz)-35-25-15-5DB(|S[2,1]|)Lange CouplerDB(|S[3,1]|)Lange CouplerDB(|S[4,1]|)Lange Coupler图29 Lange 定向耦合器3.1.3 威尔金森（Wilkinson ）功分器/合路器 3211819202122Frequency (GHz)Wilkinson Power Divider-40-30-20-100DB(|S[1,1]|) ~PDDB(|S[2,1]|) ~PDDB(|S[3,1]|)PD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 9101112131415-80-60-40-20freq, GHzd 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。
图34 二端口微波网络在图34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⎭⎬⎫+=+=22212122121111a s a s b a s a s b （1）即 12b b ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦[]12a S a ⎡⎤⎢⎥⎣⎦其中 []=S ⎥⎦⎤⎢⎣⎡22211211s s s s （2） 式（1）称做散射方程，[]S 叫散射矩阵或散射参数。
由式（1）可以得出二端口网络的S 参数为：S 11=0211=a a b ，即当端口2匹配时（Z L =Z 0），端口1的反射系数； S 22=0122=a a b ，即当端口1匹配时（Z S =Z 0），端口2的反射系数； S 12=0121=a a b ， 即当端口1匹配时，端口2到端口1的传输系数； S 21=0212=a a b ，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[]S 为N ×N 维的矩阵。
4. 史密斯（Smith ）圆图Smith 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，Smith 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。
图35 Smith 阻抗圆图Z=30+j25Ω图36 Smith圆图的应用示例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；②2.5D平面电路电磁场仿真软件；③3D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，设置优化目标（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。