射频微波工程介绍
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个人信系统 图像传输 数据网络
图 1-1 无线电技术的发展历史
4
西安电子科技大 学智能天线实验 室
♦
对电磁波频谱的划分是美国国防部于第二次世界大战期
间提出的，后由国际电工电子工程协会（IEEE）推广，
被工业界和政府部门广泛接受。具体电磁波频谱分段见 表1-1。
表1-1 电磁波 频谱分 段
其后是远红外线、
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♦
2. 穿透性
射频/微波照射某些物体时，能够深入物体的内部。 微波（特别是厘米波段）信号能穿透电离层，成为人们探 测外层空间的宇宙窗口； 能够穿透云雾、植被、积雪和地表层，具有全天候的工作 能力，是遥感技术的重要手段； 能够穿透生物组织，是医学透热疗法的重要方法；
(5) 设计工具精度低，成熟技术少。
这些问题都是我们必须面对的，在工程中应合理设计电路， 取得一个比较好的折中方案。
19
1.3 射频/微波工程中的核心问题
♦
西安电子科技大 学智能天线实验 室
1.3.1 射频铁三角
由于频率、阻抗和功率是贯穿射频 / 微波工程的三大核心指 标，故将其称为射频铁三角。它能够形象地反映射频 / 微波工 程的基本内容。这三方面既有独立特性，又相互影响。三者的 关系可以用图1-2表示。
♦
(1) 无线通信系统:
个人通信系统，无线局域网，卫星通信，微波中继通信等。
PSTN ( Public Switched Telephone Network ) 公共交换 电话网络
25
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♦
(2) 雷达系统：
雷达用无线电波来探测物体。能探测到物体是否存在，物体有
多远，它在哪，它的移动速度。 航空雷达，气象雷达，警用雷达等。
这些电路的测量仪器有频谱分析仪、功率计、网络分析仪等。
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2. 功率 功率用来描述射频 / 微波信号的能量大小。所有电路或系统的设 计目标都是实现射频/微波能量的最佳传递。主要电路有：
(1) 衰减器 : 控制信号功率的大小。通常由有耗材料（电阻
性材料）构成， 有固定衰减量和可调衰减量之分。
3
1.1 常用无线电频段
♦
西安电子科技大 学智能天线实验 室
什么是射频/微波？
RF: Radio Frequency，本身没有严格的定义，一般 [30MHz，
1900 3GHz]
年
300GHz] ， 1920 微波[3GH，1940
1960
1980
2000
♦电 报 什么是射频/微波电路？
处理信号的电磁波长与电路或器件尺寸处于同一数量级的电 广播
各个方面。而且，同一功能的模块，在不同的工作频段
的结构和实现方式大不相同。“结构就是电路”是射频/ 微波电路的显著特征。射频/微波电路的设计目标就是处
理好材料、 结构与电路功能的关系。
13
1.2 射频/微波的重要特性
♦ ♦
西安电子科技大 学智能天线实验 室
1.2.1 射频/微波的基本特性 1． 似光性
红外线、 可见
光。
5
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♦
对不同频段无线电信号的使用不能随意确定。也就是说，
频谱作为一种资源，各国各级政府都有相应的机构对无
线电设备的工作频率和发射功率进行严格管理。国际范 围内更有详细的频谱用途规定，即CCIR建议文件，在这
个文件中，规定了雷达、通信、导航、工业应用等军用
射频/微波电路导论
课程内容安排
♦
西安电子科技大 学智能天线实验 室
共3个学分
♦
理论课程：
19次课 40个学时
♦
实验课程：
6次课 12个学时
♦
考核：
平时：到课率和平时作业，占30%
期末：考试，占70%
2
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第1章 射频/微波工程介绍
♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
1.1 常用无线电频段 1.2 射频/微波的重要特性 1.3 射频/微波工程中的核心问题 1.4 射频/微波电路的应用 1.5 射频/微波系统举例 1.6 射频/微波工程基础常识 1.7 射频/微波工程就业前景
21
功
率
抗
标 量 /矢 量 网络分析仪
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♦
1.3.2 射频铁三角的内涵
1.频率 频率是射频 / 微波工程中最基本的一个参数，是所研究的微波电 路的基本前提， 决定微波电路的结构形式和器件材料。直接影响 射频/微波信号频率的主要电路有：
(1) 信号产生器：用来产生特定频率的信号，如点频振荡器、 压控振荡器、频率合成器等。 (2)频率变换器：将一个或两个频率的信号变为另一个所希望 的频率信号，如分频器、变频器、混频器等。 (3)频率选择电路：在复杂的频谱环境中，选择所关心的频谱 范围，经典的频率选择电路是滤波器。
或民用无线电设备所允许的工作频段。表 1-2 是各无线 电频段的基本用途。各个用途在相应频段内只占有很小
的一段频谱或点频工作。
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百度文库
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表1-2 各无线电频段的基本用途
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♦
和平年代，在某个地区，要避免用途不同的无线电设备 使用相同的频率，否则，将会带来灾难性的后果。相反 地，在电子对抗或电子战系统中，就是要设法掌握敌方 所使用的无线电频率，给对方实施毁灭性打击。
率就处于射频/微波频段。这就为研究物质内部结构提供了强 有力的实验手段，从而形成了一门独立的分支学科 ——微波波
谱学。
从另一方面考虑，利用物质的射频/微波共振特性，可以用 某些特定的物质研制射频/ 微波元器件，完成许多射频/ 微波 系统的建立。
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♦
4. 信息性
射频/微波频带比普通的中波和短波的频带要宽几千倍以上， 这就意味着射频/微波可以携带的信息量要比普通无线电波可 能携带的信息量大的多。因此，现代生活中的移动通信、多 路通信、图像传输、卫星通信等设备全都使用射频/微波作为 传送手段。
雷达 路可以认为是射频电路，此时由于器件尺寸和导线尺寸的关系， 卫星通信 中继通信 电路需要用分布参数的相关理论来处理。
♦
当今社会，各种无线通信技术发展迅速。射频/微波技术
蜂窝移动通信
卫星遥感
就是这一领域的核心。过去的 100 多年来，人们对射频 直 播 卫 星 全 球 定 位 自 动 驾/ 驶 微波技术的认识和使用日趋成熟。
26
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♦
(3) 导航系统：
当今全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导 航定位系统 GPS ，俄罗斯的 GLONASS （格洛纳斯）系统， 欧洲的伽利略系统，中国的北斗卫星系统。
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♦
(4) 遥感：
利用可见光、红外、微波等探测仪器，通过摄影或扫描、 信息感应、传输和处理，从而识别地面性质与运动状态的技 术系统。 地球监测，污染监测，森林、农田、鱼汛监测，矿藏、沙 漠、 海洋、水资源监测，风、雪、冰、凌监测，城市发展和 规划等。
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3. 阻抗
阻抗是在特定频率下，描述各种射频 / 微波电路对微波信号能
量传输的影响的一个参数。电路的材料和结构对工作频率的响应 决定电路阻抗参数的大小。工程实际中，应设法改进阻抗特性， 实现能量的最大传输。所涉及的射频/微波电路有：
(1) 阻抗变换器 : 增加合适的元件或结构，实现一个阻抗
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♦
一般地，射频 / 微波技术所涉及的无线电频谱是表 1-1 中甚高频(VHF)到毫米波段或者P波段到毫米波段很宽范 围内的无线电信号的发射与接收设备的工作频率。具体 地，这些技术包括信号的产生、调制、功率放大、辐射、 接收、低噪声放大、混频、解调、检测、滤波、衰减、 移相、开关等各个模块单元的设计和生产。它的基本理 论是经典的电磁场理论。
射频/微波能像光线一样在空气或其他媒体中沿直线以光速 传播，在不同的媒体界面上存在入射和反射现象。这是因为 射频/ 微波的波长很短，比地球上的一般物体（如舰船、 飞 机、 火箭、 导弹、 汽车、 房屋等）的几何尺寸小的多或 在同一个数量级。 当射频/微波照射到这些物体上时将产生明显的反射，对于 某些物体将会产生镜面反射。 因此，可以制成尺寸、体积合适的天线，用来传输信息， 实现通信；可接收物体所引起的回波或其他物体发射的微弱 信号，用来确定物体的方向、 距离和特征，实现雷达探测。
(4) 干扰小：不同设备相互干扰小。
(5) 速度快：数字系统的数据传输和信号处理速度快。 (6) 频谱宽：频谱不拥挤，不易拥堵，军用设备更可靠。
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♦
1.2.3 射频/微波的不利因素
(1) 元器件成本高。 (2) 辐射损耗大。 (3) 大量使用砷化镓器件，而不是通常的硅器件。 (4) 电路中元件损耗大，输出功率小。
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振荡器、压控振荡器 、频率合 成器、分频器、变频器、倍频 器、混频器、滤波器等
频率 阻抗测量仪 、 网络分析仪
频 率 计 数 器 /功 率 计 、 频 谱 分析仪
阻
阻抗变换、 阻抗匹配、天线等
衰减器、功分器、耦合 放器 、 大器、开关等
图 1-2 频率、 阻抗和功率的铁三角关系
射频/微波信号还可提供相位信息、极化信息、多普勒频移 信息等。这些特性可以被广泛应用于目标探测、目标特征分 析、遥测遥控、遥感等领域。
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♦
1.2.2 射频/微波的主要优点
(1) 频带宽：可传输的信息量大。 (2) 分辨率高：连续波多普勒雷达的频偏大，成像更清晰，反 应更灵敏。 (3) 尺寸小：电路元件和天线体积小。
能穿透等离子体，是等离子体诊断、研究的重要手段。
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♦
3. 非电离性
一般情况下，射频/微波的量子能量还不够大，不足以改变 物质分子的内部结构或破坏物质分子的键结构。 由物理学可知，在外加电磁场周期力的作用下，物质内分
子、原子和原子核会产生多种共振现象，其中，许多共振频
向另一个阻抗的过渡。
(2) 阻抗匹配器 : 一种特定的阻抗变换器，实现两个阻抗 之间的匹配。
(3) 天线: 一种特定的阻抗匹配器，实现射频/微波信号在
封闭传输线和空气媒体之间的匹配传输。
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1.4 射频/微波电路的应用
♦
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射频 / 微波电路的经典用途是通信和雷达系统。近年来 发展最为迅猛的当数个人通信系统， 导航、遥感、科 学研究、生物医学和微波能的应用也占有很大的市场份 额。
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♦
研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。
一种是“场”的分析方法。即从麦克斯韦方程出发，在特 定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律， 分析电磁波沿线的各种传输特性； 另一种是“路”的分析方法。即将传输线作为分布参数电
路处理，用基尔霍夫定律建立传输线方程，求得传输线上电
♦
目前，发展最快的民用领域是移动通信。巨大的市场潜 力和飞速的更新步伐，使得这一领域成为全球的一个支 柱产业。表 1-3 给出了常用移动通信系统频段分布及其 工作方式。
♦
作为工科电子类专业的学生，有必要掌握这方面知识。
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表1-3 常用移动通信系统频段分布
9
无线通信技术演进
28
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♦
(5) 射频识别：
射频识别技术（简称RFID）是现代信息技术高速发展的产 物，和传统的磁卡、IC卡相比，它可以利用无线射频方式进
生产 行非接触双向数据通信，对目标加以识别从而实现远程实时 包装 停车
压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输特性。
♦
到底是用“场”的方法还是用“路”的方法，应由研究 的方便程度来决定。对于射频 / 微波工程中的大量问题， 采用网络方法和分布参数概念可以得到满意的工程结果。
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♦
在射频/微波频率范围内，模块的几何尺寸与信号的工 作波长可以比拟，分布参数概念始终贯穿于工程技术的
(2) 功分器: 将一路射频/微波信号分成若干路的组件，可以 等分，也可以按比例分配，希望分配后信号损失尽可能小。
(3) 耦合器: 定向耦合器是一种特殊的分配器。
(4) 放大器：提高射频/微波信号功率的电路。用于接收的是 小信号放大器，该类放大器着重要求低噪声、高增益。用于
发射的是功率放大器，该类放大器着重要求高增益。
图 1-1 无线电技术的发展历史
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♦
对电磁波频谱的划分是美国国防部于第二次世界大战期
间提出的，后由国际电工电子工程协会（IEEE）推广，
被工业界和政府部门广泛接受。具体电磁波频谱分段见 表1-1。
表1-1 电磁波 频谱分 段
其后是远红外线、
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♦
2. 穿透性
射频/微波照射某些物体时，能够深入物体的内部。 微波（特别是厘米波段）信号能穿透电离层，成为人们探 测外层空间的宇宙窗口； 能够穿透云雾、植被、积雪和地表层，具有全天候的工作 能力，是遥感技术的重要手段； 能够穿透生物组织，是医学透热疗法的重要方法；
(5) 设计工具精度低，成熟技术少。
这些问题都是我们必须面对的，在工程中应合理设计电路， 取得一个比较好的折中方案。
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1.3 射频/微波工程中的核心问题
♦
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1.3.1 射频铁三角
由于频率、阻抗和功率是贯穿射频 / 微波工程的三大核心指 标，故将其称为射频铁三角。它能够形象地反映射频 / 微波工 程的基本内容。这三方面既有独立特性，又相互影响。三者的 关系可以用图1-2表示。
♦
(1) 无线通信系统:
个人通信系统，无线局域网，卫星通信，微波中继通信等。
PSTN ( Public Switched Telephone Network ) 公共交换 电话网络
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♦
(2) 雷达系统：
雷达用无线电波来探测物体。能探测到物体是否存在，物体有
多远，它在哪，它的移动速度。 航空雷达，气象雷达，警用雷达等。
这些电路的测量仪器有频谱分析仪、功率计、网络分析仪等。
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2. 功率 功率用来描述射频 / 微波信号的能量大小。所有电路或系统的设 计目标都是实现射频/微波能量的最佳传递。主要电路有：
(1) 衰减器 : 控制信号功率的大小。通常由有耗材料（电阻
性材料）构成， 有固定衰减量和可调衰减量之分。
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1.1 常用无线电频段
♦
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什么是射频/微波？
RF: Radio Frequency，本身没有严格的定义，一般 [30MHz，
1900 3GHz]
年
300GHz] ， 1920 微波[3GH，1940
1960
1980
2000
♦电 报 什么是射频/微波电路？
处理信号的电磁波长与电路或器件尺寸处于同一数量级的电 广播
各个方面。而且，同一功能的模块，在不同的工作频段
的结构和实现方式大不相同。“结构就是电路”是射频/ 微波电路的显著特征。射频/微波电路的设计目标就是处
理好材料、 结构与电路功能的关系。
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1.2 射频/微波的重要特性
♦ ♦
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1.2.1 射频/微波的基本特性 1． 似光性
红外线、 可见
光。
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♦
对不同频段无线电信号的使用不能随意确定。也就是说，
频谱作为一种资源，各国各级政府都有相应的机构对无
线电设备的工作频率和发射功率进行严格管理。国际范 围内更有详细的频谱用途规定，即CCIR建议文件，在这
个文件中，规定了雷达、通信、导航、工业应用等军用
射频/微波电路导论
课程内容安排
♦
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共3个学分
♦
理论课程：
19次课 40个学时
♦
实验课程：
6次课 12个学时
♦
考核：
平时：到课率和平时作业，占30%
期末：考试，占70%
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第1章 射频/微波工程介绍
♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
1.1 常用无线电频段 1.2 射频/微波的重要特性 1.3 射频/微波工程中的核心问题 1.4 射频/微波电路的应用 1.5 射频/微波系统举例 1.6 射频/微波工程基础常识 1.7 射频/微波工程就业前景
21
功
率
抗
标 量 /矢 量 网络分析仪
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♦
1.3.2 射频铁三角的内涵
1.频率 频率是射频 / 微波工程中最基本的一个参数，是所研究的微波电 路的基本前提， 决定微波电路的结构形式和器件材料。直接影响 射频/微波信号频率的主要电路有：
(1) 信号产生器：用来产生特定频率的信号，如点频振荡器、 压控振荡器、频率合成器等。 (2)频率变换器：将一个或两个频率的信号变为另一个所希望 的频率信号，如分频器、变频器、混频器等。 (3)频率选择电路：在复杂的频谱环境中，选择所关心的频谱 范围，经典的频率选择电路是滤波器。
或民用无线电设备所允许的工作频段。表 1-2 是各无线 电频段的基本用途。各个用途在相应频段内只占有很小
的一段频谱或点频工作。
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表1-2 各无线电频段的基本用途
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和平年代，在某个地区，要避免用途不同的无线电设备 使用相同的频率，否则，将会带来灾难性的后果。相反 地，在电子对抗或电子战系统中，就是要设法掌握敌方 所使用的无线电频率，给对方实施毁灭性打击。
率就处于射频/微波频段。这就为研究物质内部结构提供了强 有力的实验手段，从而形成了一门独立的分支学科 ——微波波
谱学。
从另一方面考虑，利用物质的射频/微波共振特性，可以用 某些特定的物质研制射频/ 微波元器件，完成许多射频/ 微波 系统的建立。
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♦
4. 信息性
射频/微波频带比普通的中波和短波的频带要宽几千倍以上， 这就意味着射频/微波可以携带的信息量要比普通无线电波可 能携带的信息量大的多。因此，现代生活中的移动通信、多 路通信、图像传输、卫星通信等设备全都使用射频/微波作为 传送手段。
雷达 路可以认为是射频电路，此时由于器件尺寸和导线尺寸的关系， 卫星通信 中继通信 电路需要用分布参数的相关理论来处理。
♦
当今社会，各种无线通信技术发展迅速。射频/微波技术
蜂窝移动通信
卫星遥感
就是这一领域的核心。过去的 100 多年来，人们对射频 直 播 卫 星 全 球 定 位 自 动 驾/ 驶 微波技术的认识和使用日趋成熟。
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♦
(3) 导航系统：
当今全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导 航定位系统 GPS ，俄罗斯的 GLONASS （格洛纳斯）系统， 欧洲的伽利略系统，中国的北斗卫星系统。
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(4) 遥感：
利用可见光、红外、微波等探测仪器，通过摄影或扫描、 信息感应、传输和处理，从而识别地面性质与运动状态的技 术系统。 地球监测，污染监测，森林、农田、鱼汛监测，矿藏、沙 漠、 海洋、水资源监测，风、雪、冰、凌监测，城市发展和 规划等。
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3. 阻抗
阻抗是在特定频率下，描述各种射频 / 微波电路对微波信号能
量传输的影响的一个参数。电路的材料和结构对工作频率的响应 决定电路阻抗参数的大小。工程实际中，应设法改进阻抗特性， 实现能量的最大传输。所涉及的射频/微波电路有：
(1) 阻抗变换器 : 增加合适的元件或结构，实现一个阻抗
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♦
一般地，射频 / 微波技术所涉及的无线电频谱是表 1-1 中甚高频(VHF)到毫米波段或者P波段到毫米波段很宽范 围内的无线电信号的发射与接收设备的工作频率。具体 地，这些技术包括信号的产生、调制、功率放大、辐射、 接收、低噪声放大、混频、解调、检测、滤波、衰减、 移相、开关等各个模块单元的设计和生产。它的基本理 论是经典的电磁场理论。
射频/微波能像光线一样在空气或其他媒体中沿直线以光速 传播，在不同的媒体界面上存在入射和反射现象。这是因为 射频/ 微波的波长很短，比地球上的一般物体（如舰船、 飞 机、 火箭、 导弹、 汽车、 房屋等）的几何尺寸小的多或 在同一个数量级。 当射频/微波照射到这些物体上时将产生明显的反射，对于 某些物体将会产生镜面反射。 因此，可以制成尺寸、体积合适的天线，用来传输信息， 实现通信；可接收物体所引起的回波或其他物体发射的微弱 信号，用来确定物体的方向、 距离和特征，实现雷达探测。
(4) 干扰小：不同设备相互干扰小。
(5) 速度快：数字系统的数据传输和信号处理速度快。 (6) 频谱宽：频谱不拥挤，不易拥堵，军用设备更可靠。
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1.2.3 射频/微波的不利因素
(1) 元器件成本高。 (2) 辐射损耗大。 (3) 大量使用砷化镓器件，而不是通常的硅器件。 (4) 电路中元件损耗大，输出功率小。
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振荡器、压控振荡器 、频率合 成器、分频器、变频器、倍频 器、混频器、滤波器等
频率 阻抗测量仪 、 网络分析仪
频 率 计 数 器 /功 率 计 、 频 谱 分析仪
阻
阻抗变换、 阻抗匹配、天线等
衰减器、功分器、耦合 放器 、 大器、开关等
图 1-2 频率、 阻抗和功率的铁三角关系
射频/微波信号还可提供相位信息、极化信息、多普勒频移 信息等。这些特性可以被广泛应用于目标探测、目标特征分 析、遥测遥控、遥感等领域。
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1.2.2 射频/微波的主要优点
(1) 频带宽：可传输的信息量大。 (2) 分辨率高：连续波多普勒雷达的频偏大，成像更清晰，反 应更灵敏。 (3) 尺寸小：电路元件和天线体积小。
能穿透等离子体，是等离子体诊断、研究的重要手段。
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3. 非电离性
一般情况下，射频/微波的量子能量还不够大，不足以改变 物质分子的内部结构或破坏物质分子的键结构。 由物理学可知，在外加电磁场周期力的作用下，物质内分
子、原子和原子核会产生多种共振现象，其中，许多共振频
向另一个阻抗的过渡。
(2) 阻抗匹配器 : 一种特定的阻抗变换器，实现两个阻抗 之间的匹配。
(3) 天线: 一种特定的阻抗匹配器，实现射频/微波信号在
封闭传输线和空气媒体之间的匹配传输。
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1.4 射频/微波电路的应用
♦
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射频 / 微波电路的经典用途是通信和雷达系统。近年来 发展最为迅猛的当数个人通信系统， 导航、遥感、科 学研究、生物医学和微波能的应用也占有很大的市场份 额。
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♦
研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。
一种是“场”的分析方法。即从麦克斯韦方程出发，在特 定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律， 分析电磁波沿线的各种传输特性； 另一种是“路”的分析方法。即将传输线作为分布参数电
路处理，用基尔霍夫定律建立传输线方程，求得传输线上电
♦
目前，发展最快的民用领域是移动通信。巨大的市场潜 力和飞速的更新步伐，使得这一领域成为全球的一个支 柱产业。表 1-3 给出了常用移动通信系统频段分布及其 工作方式。
♦
作为工科电子类专业的学生，有必要掌握这方面知识。
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表1-3 常用移动通信系统频段分布
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无线通信技术演进
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♦
(5) 射频识别：
射频识别技术（简称RFID）是现代信息技术高速发展的产 物，和传统的磁卡、IC卡相比，它可以利用无线射频方式进
生产 行非接触双向数据通信，对目标加以识别从而实现远程实时 包装 停车
压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输特性。
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到底是用“场”的方法还是用“路”的方法，应由研究 的方便程度来决定。对于射频 / 微波工程中的大量问题， 采用网络方法和分布参数概念可以得到满意的工程结果。
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在射频/微波频率范围内，模块的几何尺寸与信号的工 作波长可以比拟，分布参数概念始终贯穿于工程技术的
(2) 功分器: 将一路射频/微波信号分成若干路的组件，可以 等分，也可以按比例分配，希望分配后信号损失尽可能小。
(3) 耦合器: 定向耦合器是一种特殊的分配器。
(4) 放大器：提高射频/微波信号功率的电路。用于接收的是 小信号放大器，该类放大器着重要求低噪声、高增益。用于
发射的是功率放大器，该类放大器着重要求高增益。