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：

J

ER

E

I

B

3

Di

Er

图3同轴线

图1微带线

图2带状线

图4波导

DIELECTRIC ER

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组件和不连续性组件

图9传输线段

图10耦合线

图12短路线

图13直角拐弯线

W1 1 <> 2

图14阶梯线

图15渐变线

W

_L

T

丄

丁

图16缝隙

li

*

W1 3,

V2

■

:

图17 T型结

"-""I

L

1 丁—r

J ―

图18十字结

其它还有一些如扇形线、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片状迭层电容及单层电容

NikilBdi rM

L_IL_ |

overall

termiiiiil

T G ±F T

E

图20片状迭层电感及线绕电感

图21片状电阻

图22贴装可调电容

图23贴装电位器

图25微波三极管和场效应晶体管（封装及芯片）图24微波二极管（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（g r）备注

聚四氟乙烯玻璃纤维基片 2.7国产、进口陶瓷（AI2O3）基片（99%）9.6国产、进口微波复合介质基片可选国产

RT/duroid 5880 2.2Rogers公司R04003 3.38Rogers公司

TMM10I9.8Rogers公司

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

3.1.2兰格（Lange ）定向耦合器

RT/duroid? Series R04000? Series TMM? Series

3.1.1平行耦合线定向耦合器

图28平行耦合线定向耦合器

图29 Lange 定向耦合器

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

-35

___

—DB(|S[2,1]|)

Lange Coupler

一 DB(|S[3,1]|)

Lange Coupler —DB(|S[4,1]|)

Lange Coupler

£

6 8 10 12

Freque ncy (GHz)

14

3.1.3 威尔金森(Wilkinson

功分器/合路器

-5

-15

-25