【精品课件】毫米波第二六章毫米波固态电路
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毫米波应用研究PPT文档共32页
毫米波应用研究
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8、Leabharlann 吁嗟身后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
Thank you
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8、Leabharlann 吁嗟身后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
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倚
南
窗
以
寄
傲
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审
容
膝
之
易
安
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6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
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微波毫米波技术基本知识 ppt课件
可以说，DGS是PBG的一种特例。
微波毫米波技术基本知识
四、国外毫米波器件和系统应用
现代武器装备的需求促进了毫米波技术 的发展，毫米波技术发展的需要又带动 了半导体和微电子电路技术和工艺的进 步，使毫米波技术成为当今一门知识密 集的综合性技术学科，国外毫米波设备 快速发展，每年以30%-40%的速度增长， 成为军事电子领域的“ 朝阳”产业。
开波导
介质棒波导，哥保线
表面波传输线…特定的频 介质镜象线，光纤
率和波型
微波毫米波技术基本知识
微波集成电路传输线
带状线 ( stripoline ) 微带线（Microstrip） 悬置带线（suspended stripline） 共面线（coplanar line）
微波毫米波技术基本知识
微波集成电路传输线
计算电磁学及其应用
★随着集成密度的增加和工作频率的提高，设计者 必须认真对待互连和封装中的各种电磁效应问题， 如电路间的互耦，寄生谐振，电磁干扰和电磁兼容 性等问题。 ★在电磁场与微波技术学科中，以电磁场理论为基 础，以高性能计算技术为手段，运用计算数学提供 的各种方法，诞生了一门解决复杂电磁场理论和工 程问题的应用科学－计算电磁学(computational electromagnetics)
60GHz, 1W, PAE=20%, 60GHz，3.8W, 31dB，8个模块合成 95GHz, 480mW, PAE=20% TRW公司InP HEMT低噪声MMIC： 170－200GHz, G=15dB, Nf=4.8dB
微波毫米波技术微波毫米波技术基本知识基本知识2004年3月提纲提纲无线电频段划分无线电频段划分射频和微波传输线射频和微波传输线国外毫米波器件和系统应用国外毫米波器件和系统应用一无线电频段划分一无线电频段划分名称长波中波短波超短波微波频率15100khz1001500khz1530mhz30300mhz300以上波长20km3km3km200m200m10m10m1m1m以下微波频段划分微波频段划分uhfuhf名称频率225390mhz039155mhz15539ghz3969ghz69124ghz12418ghz18265ghz波长1332769cm769193cm193769cm769435cm435242cm242167cm167113cm毫米波频段毫米波频段ehfehf名称ka频率ghz2654033504060507560907511090140110170140220波长mm1137591675564533427332127172114大气透明窗口
微波毫米波技术基本知识
四、国外毫米波器件和系统应用
现代武器装备的需求促进了毫米波技术 的发展，毫米波技术发展的需要又带动 了半导体和微电子电路技术和工艺的进 步，使毫米波技术成为当今一门知识密 集的综合性技术学科，国外毫米波设备 快速发展，每年以30%-40%的速度增长， 成为军事电子领域的“ 朝阳”产业。
开波导
介质棒波导，哥保线
表面波传输线…特定的频 介质镜象线，光纤
率和波型
微波毫米波技术基本知识
微波集成电路传输线
带状线 ( stripoline ) 微带线（Microstrip） 悬置带线（suspended stripline） 共面线（coplanar line）
微波毫米波技术基本知识
微波集成电路传输线
计算电磁学及其应用
★随着集成密度的增加和工作频率的提高，设计者 必须认真对待互连和封装中的各种电磁效应问题， 如电路间的互耦，寄生谐振，电磁干扰和电磁兼容 性等问题。 ★在电磁场与微波技术学科中，以电磁场理论为基 础，以高性能计算技术为手段，运用计算数学提供 的各种方法，诞生了一门解决复杂电磁场理论和工 程问题的应用科学－计算电磁学(computational electromagnetics)
60GHz, 1W, PAE=20%, 60GHz，3.8W, 31dB，8个模块合成 95GHz, 480mW, PAE=20% TRW公司InP HEMT低噪声MMIC： 170－200GHz, G=15dB, Nf=4.8dB
微波毫米波技术微波毫米波技术基本知识基本知识2004年3月提纲提纲无线电频段划分无线电频段划分射频和微波传输线射频和微波传输线国外毫米波器件和系统应用国外毫米波器件和系统应用一无线电频段划分一无线电频段划分名称长波中波短波超短波微波频率15100khz1001500khz1530mhz30300mhz300以上波长20km3km3km200m200m10m10m1m1m以下微波频段划分微波频段划分uhfuhf名称频率225390mhz039155mhz15539ghz3969ghz69124ghz12418ghz18265ghz波长1332769cm769193cm193769cm769435cm435242cm242167cm167113cm毫米波频段毫米波频段ehfehf名称ka频率ghz2654033504060507560907511090140110170140220波长mm1137591675564533427332127172114大气透明窗口
毫米波系统应用技术.ppt
毫米波信号受降雨衰减较大——缺点
8mm和3mm窗口频段的大气和传播效应对比
参
数
晴朗大气衰减 雨衰减 (mm/h)
0.25(细雨) 1.0(小雨) 4.0(中雨) 16.0(大雨)
单程损耗(dB/km)
35GHz
0.12 0.07 0.24 1.0 4.0
94GHz
0.4
0.17 0.95 3.0 7.4
云衰减
雨云 干云
5.14
35.04
0.50
3.78
雾衰减 (g/m3)
0.01(薄雾) 0.10(厚雾) 1.00(浓雾)
0.006 0.06 0.6
0.035 0.35 3.5
雪衰减 (0o C)
0.007
0.0028
与红外、激光相比：毫米波最突出的优点是 对雾、云和尘埃等有较强的穿透能力，较少 受复杂气象条件和人为干扰的影响大气和降 雨对毫米波传播的影响显著
目标成像 射电天文观测 被动末制导导引头
毫米波医学应用——毫米波辐射治疗仪 毫米波电磁能武器
近代毫米波系统优先选用的频谱分布
应用
10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 GHz
空对空导弹 拦截/搜索雷达
空对地 短程雷达/火控 引信 测高雷达
地面C3 点对点 PLI C3 /战场C 3
毫米波具有穿透等离子体的能力，故在等离 子体环境中仍能保持高速飞行器再入大气层 时的通信、测量和制导能力
毫 米 波 技 术
应 用 领 域
毫Байду номын сангаас波通信 毫米波雷达
军事集团局域联网 城市内部局域联网 特殊环境应急通信及现场转播 星间通信
毫米波 电路设计
毫米波电路设计：
毫米波电路设计需要考虑多个因素，包括电路材料、传输线特性、元件特性、信号完整性等。
以下是一些关键的考虑因素：
1.电路材料：毫米波频率较高，因此电路材料的介电常数、损耗角正切等参数对信号传输的影响较
大。
常用的电路材料包括石英、玻璃、陶瓷等，需要根据具体需求选择。
2.传输线特性：毫米波传输线的特性阻抗、传播常数等参数对信号传输质量有很大影响，需要进行
精确计算和测量。
同时，传输线应该采用低轮廓设计，避免对信号造成干扰。
3.元件特性：毫米波元件的寄生效应、插入损耗等参数也需要考虑，需要选择合适的元件并对其进
行精确测量和建模。
4.信号完整性：毫米波信号的完整性对电路性能有很大影响，需要考虑信号的幅度、相位、时延等
因素，并进行相应的补偿和校正。
5.集成与小型化：毫米波电路需要高集成度和小型化设计，需要考虑电路的可制造性、可测试性和
可靠性等因素。
毫米波
毫米波
波长为1～10毫米的电磁波
01 简介
03 传播特性 05 天线
目录
02 特点 04 雷达 06 最新消息
毫米波 （millimeter wave ）：波长为1～10毫米的电磁波称毫米波，它位于微波与远红外波相交叠的波 长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。
天线
1）喇叭天线 角锥形喇叭一般的开口波导可以辐射电磁波，但由于口径较小，辐射效率和增益较低。如果将金属波导开口 逐渐扩大、延伸，就形成了喇叭天线。喇叭天线因其结构简单、频带较宽、易于制造和方便调整等特点，而被广 泛应用于微波和毫米波段。在毫米波治疗仪中也普遍采用。 2）微带天线 微带天线或印刷天线在最早是在厘米波段得到广泛应用，随后扩展到毫米波段。这类扩展并不是按波长成比 例的缩尺，不是完全的仿效，而是有着新的概念和新发展。 但是毫米波微带天线有两个关键问题，一是传输线的损耗变大，二是尺寸公差变得很严格。 3）漏波天线 这类天线是电磁波沿着开放式结构传输时由于一些不连续结构而辐射能量的，所以叫漏波天线。
传播特性
毫米波在通信、雷达、遥感和射电天文等领域有大量的应用。要想成功地设计并研制出性能优良的毫米波系 统，必须了解毫米波在不同气象条件下的大气传播特性。影响毫米波传播特性的因素主要有：构成大气成分的分 子吸收（氧气、水蒸气等）、降水（包括雨、雾、雪、雹、云等）、大气中的悬浮物（尘埃、烟雾等）、以及环 境（包括植被、地面、障碍物等），这些因素的共同作用，会使毫米波信号受到衰减、散射、改变极化和传播路 径，进而在毫米波系统中引进新的噪声，这诸多因素将对毫米波系统的工作造成极大影响，因此我们必须详细研 究毫米波的传播特性。
雷达
近年来，随着对毫米波系统需求的增长，毫米波技术在研制发射机、接收机、天线以及毫米波器件等方面有 了重大突破，毫米波雷达进入了各种应用的新阶段。
波长为1～10毫米的电磁波
01 简介
03 传播特性 05 天线
目录
02 特点 04 雷达 06 最新消息
毫米波 （millimeter wave ）：波长为1～10毫米的电磁波称毫米波，它位于微波与远红外波相交叠的波 长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。
天线
1）喇叭天线 角锥形喇叭一般的开口波导可以辐射电磁波，但由于口径较小，辐射效率和增益较低。如果将金属波导开口 逐渐扩大、延伸，就形成了喇叭天线。喇叭天线因其结构简单、频带较宽、易于制造和方便调整等特点，而被广 泛应用于微波和毫米波段。在毫米波治疗仪中也普遍采用。 2）微带天线 微带天线或印刷天线在最早是在厘米波段得到广泛应用，随后扩展到毫米波段。这类扩展并不是按波长成比 例的缩尺，不是完全的仿效，而是有着新的概念和新发展。 但是毫米波微带天线有两个关键问题，一是传输线的损耗变大，二是尺寸公差变得很严格。 3）漏波天线 这类天线是电磁波沿着开放式结构传输时由于一些不连续结构而辐射能量的，所以叫漏波天线。
传播特性
毫米波在通信、雷达、遥感和射电天文等领域有大量的应用。要想成功地设计并研制出性能优良的毫米波系 统，必须了解毫米波在不同气象条件下的大气传播特性。影响毫米波传播特性的因素主要有：构成大气成分的分 子吸收（氧气、水蒸气等）、降水（包括雨、雾、雪、雹、云等）、大气中的悬浮物（尘埃、烟雾等）、以及环 境（包括植被、地面、障碍物等），这些因素的共同作用，会使毫米波信号受到衰减、散射、改变极化和传播路 径，进而在毫米波系统中引进新的噪声，这诸多因素将对毫米波系统的工作造成极大影响，因此我们必须详细研 究毫米波的传播特性。
雷达
近年来，随着对毫米波系统需求的增长，毫米波技术在研制发射机、接收机、天线以及毫米波器件等方面有 了重大突破，毫米波雷达进入了各种应用的新阶段。
固态电子器件ppt课件
所以
n(xp ) ni exp
EpF EiP qVA
/ kT
np
exp(
qVA KT
)
（xn）处少子空穴浓度，同理可得：
p(x
n
)
pn
exp(
qVA KT
)
空间电荷内及其边界电子与空穴浓度的积：
n(x)
p(x
)
n(xp
)
p(x
n
)
ni2
exp(
qVA KT
)
a. 非平衡pn结空间电荷区及其边界电子与空穴 浓度的积相等，且是偏置电压的e指数函数。
P区
Eip
Ei(x)
qVD
Ein
N区
ψ(x)
VD
-xp
-xn
费米能级:
对于平衡pn结，只要确定费米能级位置，则可得到其能带结构。
设ψ(-xp)=0，有
Ei(x) = Eip―qψ(x)
式中Eip为中性p区本征费米能级，对上式微分有
1 dEi (x) d(x) (x)
q dx
dx
利用上式及
p(x)
n(x) ni exp EnF Ei (x) / KT p(x) ni exp Ei (x) EpF / KT
空间电荷区边界载流子浓度：
仍设pn结外加偏压为VA，VA>0为正偏，VA<0为反偏
（-xp）处少子电子浓度：
因为 EnF = EpF + qVA ，Ei(-xp) =Ei p—中性p区本征费米能级
7. 电子和空穴各自的扩散（扩散流）与漂移（漂移流）相抵消时，正、负空间电荷量、
正、负空间电荷区宽度、自建电场、空间电荷区内电子和空穴分布达到动态平衡，形
课件ppt第二章
§2.6 开关和移相器
2.6.1 开关
2.6.2移相器
2
毫米波传输线
§2.1 毫米波传输线与无源器件
导行电磁波的结构就是传输线（广义的）
同轴线（硬同轴线、SMA、K接头等） 波导（金属、介质、槽、NRD、H等） 微带线（共面线、槽线、微带类等）
传输损耗 辐射损耗
同轴线的高次模 c r (b a)
21
毫米波波束波导
§2.1 毫米波传输线与无源器件
波束波导：透镜型和 反射镜型
利用毫米波频段的 准光特性分析
假设能量集中在主波束 中传输
合理选择透镜尺寸，降低 绕射损耗
22
§2.1 毫米波传输线与无源器件
毫米波无源器件——传输匹配器件
图2.27 阻抗匹配器的作用
使得视在阻抗与源阻抗匹配，减小驻波。
槽线、鳍线
镜象波导
准光波导
10
20
40
GHz
100
200
30
15
7.5
mm
3
1.5
图2.2 若干毫米波传输线的工作频率范围
5
§2.1 毫米波传输线与无源器件
传输线的基本概念及参数
一般传输线
El E0el
j 传播常数
无耗（理想）传输线
El E0e jl
j
衰减常数
= 相位常数；
(R jL)(G jC)
矩形波导具有“高通”性质
波导波长：
g
0
1 (0 c )2
相速 p cg / 0 c 群速 g c0 / g c
波阻抗：波导中的波型阻抗，横电场与横磁场之比
9
§2.1 毫米波传输线与无源器件
表2.1 若干国产矩形波导数据表
微波固态电路一页纸正面
【二】1.列举几种常用的平面传输线（微带线，倒置微带，悬置微带，槽线鳍线、共面波导等）2.微带线主要传输的模式是（准TEM模），带线的传输主模是（TE M）3.微带线最高工作频率的影响因素有（寄生模的激励、较高的损耗、严格的制造公差、处理过程中的脆性、显著的不连续效应、不连续处的辐射引起低的值）4.定向耦合器常用表征参量有（耦合度、方向性、隔离度）1.简述MMIC技术的优点（1）电路的体积、重量大大减小，成本低。
与现有的微波混合集成电路（HMIC）比较，体积可缩小90%～99%，成本可降低80%～90%。
（2）便于批量生产，电性能一致性好；制造MMIC是采用半导体批量加工工艺，一旦设计的产品验证后就可大批量生产；电路在制造过程中不需要调整。
（3）可用频率范围提高，频带成倍加宽。
由于避免了有源器件管壳封装寄生参量的有害影响，所以电路工作频率和带宽大大提高。
（4）可靠性高，寿命长，MMIC一般不需要外接元件，清除了内部元件的人工焊接，当集成度较高时，接点和互连线减少，整机零部件数大量减少，所以可靠性大大提高（可提高100倍）。
【三】1.晶体管器件可分为（结型晶体管和场效应晶体管）2.用数学式子表示放大器绝对稳定的条件（K为稳定系数）3.功率合成技术中的电路合成包含（谐振式功率合成、非谐振式功率合成）两种方式4.低噪声双极晶体管的两个重要的电参数是（功率增益和噪声系数）5.双极晶体管的噪声来源有（热噪声、散粒噪声、闪烁噪声）6.微波晶体管放大器的增益包含（转换功率增益、资用功率增益、实际功率增益）三种7.描述功率放大器特性的参量有（功率效率和功率附加效率、功率压缩、动态范围、交调失真、调幅-调相转换）8.列举三种功率合成技术（器件级合成、电路合成、空间功率合成和准光合成）9.晶体管噪声系是指晶体管输入端（信号/噪声功率）与输出端（信号/噪声功率）的比值10.功率双极晶体管常用的输出功率有（饱和输出功率P0，线性输入功率P1dB，脉冲输入功率Pp）三种1.简述甲、乙、丙三类放大器的工作状态及特点(1)甲类放大的工作特征是发射结处于正向偏压，晶体管在静态时维持较高的静态直流电流。
微波毫米波电路分析与设计PPT
n 《微波固态电路》 电子科技大学出版社 喻梦霞， 李桂萍 编著
n 言华等， 微波固态电路，北京理工大学出版社 n 罗先明等，微波有源电路，人民邮电出版社 n 武国机，微波器件与电路，国防工业出版社 n 周月臣，微波电路，北京邮电学院出版社 n 李绪益，微波技术与微波电路，华南理工大学出版社 n R.Ludwig,P.Bretcho, RF circuit Design-Theory and
Applications, 电子工业出版社（中、英本）
微波毫米波电路分析与设计
25
本课程的练习和考核方式
n 考核方式： n 平时考查（30%）：
学生到课、听 课、作业、 课堂问答等
n 期末考试（70%）： n 成绩评定依据 ：
闭卷考试
平时考查和期末考试综合考虑
微波毫米波电路分析与设计
26
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
微波毫米波电路分析与设计
27
微波毫米波电路分析与设计
14
微波电子电路与固态电路
• 微波电子电路—泛指构成微波系统中
各种功能模块的元器件与电路结构，也 称为有源电路。
• 无源电路—传输线和其他无源元件组
成的电路
• 固态电路—以半导体管为核心组成的
微波电子电路
微波毫米波电路分析与设计
15
微波电子电路与固态电路
• 20世纪五六十年代前，微波领域几乎全部使用电真空器件（电子 管），包括速调管、行波管、返波管、磁控管和正交场放大管
微波毫米波电路分析与设计
18
微波固态电路的优点
• 系统可靠性高
• 平均无故障时间达到105-106s
• 固态电路体积小、重量轻 • 成本低，且一致性好 • 系统设计快速简便
n 言华等， 微波固态电路，北京理工大学出版社 n 罗先明等，微波有源电路，人民邮电出版社 n 武国机，微波器件与电路，国防工业出版社 n 周月臣，微波电路，北京邮电学院出版社 n 李绪益，微波技术与微波电路，华南理工大学出版社 n R.Ludwig,P.Bretcho, RF circuit Design-Theory and
Applications, 电子工业出版社（中、英本）
微波毫米波电路分析与设计
25
本课程的练习和考核方式
n 考核方式： n 平时考查（30%）：
学生到课、听 课、作业、 课堂问答等
n 期末考试（70%）： n 成绩评定依据 ：
闭卷考试
平时考查和期末考试综合考虑
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微波毫米波电路分析与设计
27
微波毫米波电路分析与设计
14
微波电子电路与固态电路
• 微波电子电路—泛指构成微波系统中
各种功能模块的元器件与电路结构，也 称为有源电路。
• 无源电路—传输线和其他无源元件组
成的电路
• 固态电路—以半导体管为核心组成的
微波电子电路
微波毫米波电路分析与设计
15
微波电子电路与固态电路
• 20世纪五六十年代前，微波领域几乎全部使用电真空器件（电子 管），包括速调管、行波管、返波管、磁控管和正交场放大管
微波毫米波电路分析与设计
18
微波固态电路的优点
• 系统可靠性高
• 平均无故障时间达到105-106s
• 固态电路体积小、重量轻 • 成本低，且一致性好 • 系统设计快速简便
微波毫米波电路分析与设计课件
的输入阻抗为纯电抗，故也应在圆②上。圆①和圆②的交点有两个，
取其中一个认为是点 zl，这样主线长度即是从 zl 出发、沿圆①、向信 号源方向旋转、到达zl 点的对应长度，
20
南京理工大学
电光学院通信工程系
微带线阻抗变换器与阻抗匹配网络
3. 设采用终端短路支线作为并联于主线上的株线，可在支线圆图上标出
短
z
in支点的对应长度。
4. 应注意本问题还有另外一组解，即 zl点的另外一个位置，求解过程与 前类似。支线当然也可选取开路终端负载，其对应支线长度也可以很
容易从支线圆图上求得。
21
南京理工大学
电光学院通信工程系
微带线阻抗变换器与阻抗匹配网络
zl
zin
zl
l1 g
22
南京理工大学
电光学院通信工程系
4
南京理工大学
电光学院通信工程系
微带线谐振器
微带圆形谐振器（也称为介质径向线谐振器），即介质基片上面
的导体带是圆形或椭圆形，与接地板之间形成谐振腔，这种谐振器可
以较方便与微带线耦合，其固有品质因数一般较高。可应用于微波半
导体振荡器中的谐振回路。
微带环形谐振器，原理与上面类似。
微带槽线谐振器，它是在微带基板的一个金属覆盖面上用腐蚀
Zin Zc
1 1
1 1
0 e 2l 0 e 2l
当终端短路时，有 0 1
1 e 2l e j 2l zin 1 e 2l e j2l
1
南京理工大学
电光学院通信工程系
微带线谐振器
当
l
n 2
g
时，，即半导内波长的整数倍，其输入阻抗为：
取其中一个认为是点 zl，这样主线长度即是从 zl 出发、沿圆①、向信 号源方向旋转、到达zl 点的对应长度，
20
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电光学院通信工程系
微带线阻抗变换器与阻抗匹配网络
3. 设采用终端短路支线作为并联于主线上的株线，可在支线圆图上标出
短
z
in支点的对应长度。
4. 应注意本问题还有另外一组解，即 zl点的另外一个位置，求解过程与 前类似。支线当然也可选取开路终端负载，其对应支线长度也可以很
容易从支线圆图上求得。
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微带线阻抗变换器与阻抗匹配网络
zl
zin
zl
l1 g
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4
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微带线谐振器
微带圆形谐振器（也称为介质径向线谐振器），即介质基片上面
的导体带是圆形或椭圆形，与接地板之间形成谐振腔，这种谐振器可
以较方便与微带线耦合，其固有品质因数一般较高。可应用于微波半
导体振荡器中的谐振回路。
微带环形谐振器，原理与上面类似。
微带槽线谐振器，它是在微带基板的一个金属覆盖面上用腐蚀
Zin Zc
1 1
1 1
0 e 2l 0 e 2l
当终端短路时，有 0 1
1 e 2l e j 2l zin 1 e 2l e j2l
1
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微带线谐振器
当
l
n 2
g
时，，即半导内波长的整数倍，其输入阻抗为：
毫米波TR组件精品PPT课件
11
发射通路的方案选择
两次变频方案
12
两次变频方案的优缺点
优点：由于采用逐级滤波，最后的输出频谱较为纯净。 对每个混频器后的滤波器指标要求较低，可以采用较常见的 微带结构实现。
缺点：结构较为复杂，成本较高，体积偏大，对输入输出端口位置 固定的情况不好布版。
结论：两次变频方案不适合本项目的实际情况。
13
偶次谐波混频方案
损耗较大 结构复杂
14
直接变频方案
15
发射支路的指标预分配
HMC329——Hittite公司的双平衡混频器，25-40GHz HMC263——Hittite公司的低噪声放大器，24-36GHz AMMC-5040——Agilent公司的放大器，20-45GHz TGA1141-EPU——TriQuint公司的功率放大器，33-36 GHz TGS4302-EPU——TriQuint公司的单刀双掷开关，27-46GHz
16
和支路增益分析
设中频输入频率2.5GHz，中频输入功率0dBm，由Ansoft Designer得 到的结果可以看出，理想情况下，和支路的总增益>27dB，满足输 出功率的要求。
部件增益：
Budget_Index PO2(format=delta_in_db)
FD1
HMC329
-9.512489
BPF
-13.215198
HMC263
6.915221
SPDT
5.397910
AMMC-5040 23.031868
TGA1141-EPU 32.686290
SPDT
31.186290
过渡
30.686290
17
中频输入频率2-3GHz，输入功率为0dBm的总增益预算
发射通路的方案选择
两次变频方案
12
两次变频方案的优缺点
优点：由于采用逐级滤波，最后的输出频谱较为纯净。 对每个混频器后的滤波器指标要求较低，可以采用较常见的 微带结构实现。
缺点：结构较为复杂，成本较高，体积偏大，对输入输出端口位置 固定的情况不好布版。
结论：两次变频方案不适合本项目的实际情况。
13
偶次谐波混频方案
损耗较大 结构复杂
14
直接变频方案
15
发射支路的指标预分配
HMC329——Hittite公司的双平衡混频器，25-40GHz HMC263——Hittite公司的低噪声放大器，24-36GHz AMMC-5040——Agilent公司的放大器，20-45GHz TGA1141-EPU——TriQuint公司的功率放大器，33-36 GHz TGS4302-EPU——TriQuint公司的单刀双掷开关，27-46GHz
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和支路增益分析
设中频输入频率2.5GHz，中频输入功率0dBm，由Ansoft Designer得 到的结果可以看出，理想情况下，和支路的总增益>27dB，满足输 出功率的要求。
部件增益：
Budget_Index PO2(format=delta_in_db)
FD1
HMC329
-9.512489
BPF
-13.215198
HMC263
6.915221
SPDT
5.397910
AMMC-5040 23.031868
TGA1141-EPU 32.686290
SPDT
31.186290
过渡
30.686290
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中频输入频率2-3GHz，输入功率为0dBm的总增益预算
微波固态电路实验报告优秀PPT
数据处理
对实验数据进行处理，如 计算输出信号的功率谱密 度、分析信号的谐波成分 等。
结果分析
根据实验要求，对实验结 果进行分析，评估微波固 态电路的性能指标，如增 益、噪声系数等。
03
实验结果分析与讨论
实验结果展示
数据表格
通过表格记录实验过程中的关键 数据，如微波固态电路的频率、
功率、增益等参数。
实现微波固态电路功能
通过实验成功实现了微波固态电路的基本功能，如放大器 、滤波器、混频器等，验证了电路设计的正确性和可行性 。
实验收获与体会分享
提高实践能力
通过实验提高了自己的动手实践能力和解决问题的能力，对微波 固态电路有了更深入的了解和认识。
培养团队协作精神
在实验过程中，与小组成员互相协作、分工合作，共同完成了实 验任务，培养了团队协作精神。
设置信号发生器的频率、功率 等参数，使其产生合适的微波
信号。
进行实验操作
按照实验要求，对微波固态电 路进行实验操作，如改变电路 元件的值、调整信号频率等。
观察实验现象
使用示波器观察微波固态电路 的输出信号，记录实验仪测试并记 录微波固态电路的输出信 号频率、功率等参数。
拓宽知识视野
通过实验了解了微波固态电路的最新研究成果和应用领域，拓宽 了自己的知识视野。
对未来实验的展望与建议
加强实验前的预习和准备
在实验前应充分了解实验原理、目的和步骤，提前预习相关知识和文献，做好充分的准备 。
提高实验效率和准确性
在实验过程中应严格按照操作步骤进行，注意安全和规范操作，提高实验效率和准确性。
结果可靠性评估
评估实验结果的可靠性，通过多 次重复实验或采用其他方法进行 验证，确保实验结果的准确性和 可信度。
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倍频附加电路
空闲回路（LmCm）
滤波器 f1
滤波器 nf1
RS
L1 R1 C1
i1 D
Cm Ln Lm
Rn Cn
in RL
vS
Rm
im
匹配电路
偏置电路
GS R1
iS
L1
滤波器 f1
D
Rn
C1 Cm
Ln
GL Cn
Lm
Rm 滤波器 nf1
W频段高功率二倍频电路
输出部分
二倍频器
HBV三倍频器
450GHz单管三倍频器和异质结势垒变容二极 管（HBV）器件 [M. Saglam 2002]
结电容 Cj
dq dv
C j0
1
vr VD
零偏压结电容 反向偏压绝对值
PN结的势垒电位差
Cj
结电容变化系数
γ=1/3 缓变结 γ=1/2 突变结 γ>1 超突变结
Cj(0)
VB
V
二极管倍频电路的基本形式
并联型（电流激励型）和串联型（电压激励型）
RSVg滤 波 器R滤f1 nfDgRL滤 波 器波Ig滤 波Ggf1滤 波器nfDGL f1
GL
C1 D
Ln Rn
Cn
GL
L滤n 波C器n nf1
二极管倍频电路两种形式的特点
并联型（电流激励型）
特点：二极管上只有f1和Nf1频率的电流 优点：二极管可接地，利于散热，适合大功率倍频
缺点：二极管与输入输出回路均为并联，使得输入 输出阻抗都较低
串联型（电压激励型）
特点：二极管上只有f1和Nf1频率的电压 优点：输入输出阻抗较高，且随谐波次数N的增加， 效率下降程度比并联型小，对N>3的场合较适合 缺点：散热不如并联型
1958年Read提出模型 1965年Johnston首次从工作在雪崩区的p+n 二极管中观察到了微波振荡
单双漂结构对比
单漂区（SDR） 双漂区（DDR）
结构
p+-n-n+
p+-p-n-n+
漂移区数量
1
2
结面积
较小
较大
输出功率
较小
较大
工艺复杂性和成 较低 本
较高
毫米波IMPATT二极管 的封装结构和热模型
不是结效应器件，而是体效应器件，也称电子转移 器件 优点：噪声低，适合作低噪声本振 缺点：输出功率较低
Gunn与IMPATT二极管CW功率
Gunn与IMPATT二极管脉冲功率
§6.1 鳍线振荡器
鳍线振荡器=鳍线谐振器+有源器件 鳍线谐振器用一段带有偏置电路和适当调谐电 路的鳍线制作
有源器件可以是Gunn、IMPATT等二端器件， 也可以是FET、HEMT FET等三端器件
振荡的三种条件
只考虑稳态振荡时器件中的电流基波分量
i(t)=Acos(ωt+φ)
设器件的微分阻抗和电路阻抗分别为
Zd(A)=-Rd(A)+jXd(A) Zc(ω)=Rc(ω)+jXc(ω)
则
起振条件 Rd(A)>Rc(ω) 平衡条件 Zd(A)+Zc(ω)=0 稳定条件
振荡器噪声分析
注入锁定
§2.2 IMPATT振荡器
简单的鳍线振荡器
鳍线压控振荡器
平面柱鳍线振荡器
周期栅鳍线振荡器
单栅鳍线振荡器
鳍线FET振荡器
并联双管合成振荡器
P=P1+P2 理论合成效率可达100%
串联双管合成振荡器
P=2(P1+P2) 理论合成效率可达200%
这是因为串联可使Gunn管比单个时有更大的负阻， 也更容易与阻抗较高的传输线匹配 关键：等幅同相合成
SiO2 Cr-Au
P+ N Au-Ge N+-GaAs
欧姆接触 C
A
P+
耗尽层 N
N+硅
B
等效电路
Rj Rs
Cj
(a) 管 芯 等 效 电 路
Ls
Rs
sps
Rj Cj
Cp
(b) 封 装 管 完 整 的 等 效 电 路
Ls
Rs Cj
Cp
(c) 封 装 管 的 简 化 等 效 电 路
变容二极管的非线性特性
鳍线串联双管合成振荡器
等效电路
Gunn二极管和串联双管合成振荡器的等效电 路
鳍线串联双Gunn管合成振荡器 的输出功率
鳍线串联双Gunn管合成振荡器 的输出功率稳定度和频率稳定度
D-band (110-140GHz) quasi-optical oscillator
Grooved mirror type Fabry-Perot quasi-optical oscillator
vS 1 器器1 D
滤波器
nf1 RL
GS iS
D
f1
nf1 GL
滤波器 滤波器
滤波器 f1 滤波器 nf1
RS RS vS vS
滤L波1i1器Rf11
C1 D
滤L波n 器Rinnnf1CRnL
L1 R1 C1 Ln Rn Cn
i1 D
in RL
GS R1
iS
L1
Gg R1
Ig
L1 滤波器Cf11
D Rn
IMPATT二极管CW功率随频率变化
IMPATT二极管脉冲功率随频率变化
IMPATT二极管封装结构 （100GHz以下）
陶瓷环封装 f<50GHz
石英环封装 50GHz<f<100GHz
IMPATT二极管开放结构 （100GHz以上）
单石英支撑
双石英支撑
直接接触
毫米波二极管波导型振荡电路
频率稳定方法
毫米波理论与技术 第二章 毫米波固态源 第六章 毫米波固态电路
毫米波真空管分类
慢波型
正交场放大器（CFA） 磁控管（Magnetron） 速调管（Klystron） 行波管（TWT） 返波管（BWO）
快波型
回旋管（Gyrotron） 莱达管（Ledatron） 潘努管（Peniotron）
毫米波固态源分类
腔稳法（不适合毫米波） 注入锁定 锁相环
§2.3 Gunn振荡器
1963年Gunn发现在外加电场作用下半导体能 级间电子转移产生负阻效应
RWH（ Radley, Watkins, Hilsum ）双谷理 论模型
1964年Kromer证明了二者是同一种效应
Gunn与IMPATT对比
与IMPATT对比，Gunn器件
二端器件
IMPATT Gunn
三端器件
MESFET HEMT FET PHEMT FET
倍频器
§2.1 固态振荡器的一般理论
振荡器
换能器：DC→AC 放大器：G→∞ 非线性电路
负阻振荡的基本原理
直流静态电阻永远为非负值 R=V/I ≥0 负阻是就动态电阻而言的，即器件V-A特性曲线上 某处的斜率 r=dv/di <0
§2.5 二端器件倍频源
倍频器将交流能量转换为其谐波频率的交流能 量，与振荡器将直流能量转换为交流能量不同。 倍频器与其说是信号源，不如说是频率变换电 路。
倍频器分类
按功能
信号倍频 功率倍频
按器件
二端
电抗性二极管 变容二极管 阶跃二极管
电阻性二极管
三端
变容二极管的管芯结构和等效电路
平面管芯结构和台面管芯结构