微波电路(全套课件156P)
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微波电路西电雷振亚老师的课件绪论
谐振器
总结词
谐振器是微波电路中的重要元件，用于产生共振并储存能量。
详细描述
谐振器是微波电路中的基本元件之一，其作用是产生共振并储存能量。谐振器通常由介质、导线和磁 芯等结构组成，其谐振频率可以通过调节尺寸、介质常数和磁导率来精确控制。谐振器在微波电路中 广泛应用于信号选频、滤波器设计以及振荡器等方面。
详细描述
LTCC工艺通过将低温烧结陶瓷与金属导体混合，制造 出具有优良性能的微波电路。这种工艺适用于高频率、 高集成度、小型化的微波电路，广泛应用于卫星通信、 军事电子等领域。
PCB工艺具有加工灵活、成本低等 优点。
详细描述
PCB工艺通过在印制电路板上钻孔、电镀、贴装电子元件等步骤，将电子元件与电路板 连接起来。这种工艺适用于中低频电路的制造，广泛应用于消费电子产品、工业控制等
电感
总结词
电感在微波电路中起到存储磁场能的作用，可以用于调谐和滤波等应用。
详细描述
电感是微波电路中的基本元件之一，其作用是存储磁场能。在微波频段，电感通常由线圈、磁芯或传输线结构制 成，其电感量可以通过调节线圈匝数、半径和磁芯材料来精确控制。电感在微波电路中广泛应用于调谐、滤波器 设计以及信号相位控制等方面。
新材料、新工艺的应用与挑战
新材料
新型材料如氮化镓、碳化硅等具有更 高的电子迁移率和更高的击穿电场， 为微波电路的发展提供了新的可能。
新工艺
先进的微纳加工工艺和薄膜工艺为微 波电路的小型化和集成化提供了技术 支持。
系统集成与小型化的挑战
系统集成
微波电路正朝着系统集成的方向发展 ，需要解决不同模块之间的兼容性和 协同工作问题。
02
微波电路的基本元件与电路
Chapter
微波电路课件雷震亚绪论
S11 Mag. 0.49 0.48 0.48 0.47 0.47 0.47 0.44 0.41
Ang. -153 -159 -163 -167 -170 -171 177 163
S21 Mag. 12.7 10.7 9.3 8.2 7.3 6.6 4.9 3.4
Ang. 98 94 90 87 85 82 71 61
小信号放大器的设计（最大增益）
小信号放大器的设计（最大增益）
小信号放大器的设计（最大增益）
小信号放大器的设计（最大增益）
用SMITH2.0设计小信号放大器(等增益)
50 Ω RF IN
0.177λ 50Ω
50 Ω 0.105λ
0.047λ 50Ω
50 0.432λ Ω
RF OUT 50Ω
射频电路
到射频/微波收发信机
基带带宽：6MHz 中频带宽：±6MHz
基带信号
中频调制信号(AM)
图像信号 video
摄像头
FM
audio MOD
综合器
AM MOD
61.25MHz
声音信号
4.5MHz 声音载波
基带信号频谱
从RF AV-RF的设计 到射频/微波收发信机
Lo
IF
Low RF Upper RF
61.25
平行线定向耦合器的应用
1
2
P1
P2
Z
Z
Z 0e
Z 0o
Z
Z
P4
4
P3
4 平行线型耦合器 3
为分频片提供信号
振荡器输出
介质腔分频锁相振荡器 用于频率监测
射频模块设计
射频器件实际设计步骤
确定技术指标
《微波电路》课件
高频段、大带宽
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。
THANKS
感谢观看
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。
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。
THANKS
感谢观看
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。
射频微波电路导论课件
滤波器设计
滤波器的作用
滤波器用于选择特定频率范围的 信号，抑制不需要的频率成分，
从而提高信号的纯度。
滤波器的设计方法
可以采用LC电路、微带线等方法进 行滤波器的设计，通过调整元件的 值和连接方式来实现不同的滤波特 性。
滤波器的应用场景
在射频微波电路中，滤波器广泛应 用于信号处理、通信系统等领域。
天线设计
THANKS
感谢观看
物联网技术将促进射频微波电路与其他技术的 结合，如传感器技术、云计算技术等，为射频 微波电路的创新发展提供更多可能性。
新材料的应用前景
新材料的出现将为射频微波电 路的设计和制造提供更多的选 择和可能性。
新材料具有优异的物理性能和 化学性能，可以提高射频微波 电路的性能和稳定性。
新材料的应用将推动射频微波 电路向绿色环保、可持续发展 方向迈进，降低对环境的负面 影响。
04
射频微波电路的设计与实现
匹配网络设计
匹配网络的作用
匹配网络的应用场景
匹配网络是用于实现射频微波电路中 各个元件之间的阻抗匹配，确保信号 传输的效率和质量。
在射频微波电路中，如放大器、滤波 器、混频器等元件都需要用到匹配网 络，以确保信号的顺畅传输。
匹配网络的设计方法
可以采用传输线理论、Smith Chart 等方法进行匹配网络的设计，通过调 整元件的阻抗值来实现匹配。
01
03
滤波器在射频微波电路中的设计和制作需考虑其频率 响应特性、插入损耗和群时延等因素，以确保电路性
能的稳定性和可靠性。
04
滤波器的种类繁多，常见的有LC滤波器、微带线滤波 器和介质滤波器等，根据不同的应用需求选择合适的 滤波器类型和规格。
03
微波课件1-1234
d dz2I2 Y1ddV zZ1Y1I
dV dz
Z1I，
d d2zV 2 Z1d dzIZ1Y1V，
dI dz
Y1V
d dz2I2 Y1ddV zZ1Y1I
令
Z 1 Y 1 ( R 1 jL 1 ) G 1 ( jC 1 ) j
——传播常数，传输线的重要参数，后面专门讨论。
3．分布参数及等效电路模型 高 频 信 号 通 过 传 输 线 时 会 产 生 分 布 参 数 (Distributed Parameters)。 （1）导线流过电流时， 其周围产生高频磁场， 储存了磁能，故可等效 成串联分布电感；
（2）两导体间加入电压 时，导线间产生高频电 场，储存了电能，可等 效成并联分布电容；
2．集总参数(Lumped Parameters) 集总参数电路：电参数集中在一个小的空间的电路。
在低频电路中，传输线中电磁波的波长远大于电系 统尺寸，电能量集中在电容器中，磁能量集中在电感器 中，只有电阻元件消耗能量，连接各元件的导线是一个 理想导线，不消耗能量，属于集总参数电路。
特点：在各元器件连接线上电流自一端到另一端的时间 远小于一个信号周期。可认为沿线电压、电流是同时建 立起来的，故传输线上各点的电压(电流)处处相等，不随 位置变化。
VL A B，
IL
A Z0
B Z0
AVL2ILZ0AejA ，BV L2ILZ 0BejB 把 A 和 B 代回到通解的表达式，可得
V(Vz()z=) =VLVcLocsohs((z)z)++ILjZIL0Zsi0nshin((z)z)
I I((z z)) IIL L ccoo sz z s)h ) (V Z (jL V Z 0sL 0sin i z n h )z)((
第八章微波控制电路-(1.微波开关)PPT课件
Y0
YD Y0
Y0
Y0
Y0
YD Y0
Y0
Y0
微波电子线路
4、单刀双掷开关
1 4
g
1 4
g
Z0
Z0
Z0
Z0
Z0
改善插入损耗或隔离度同样可以采用电抗补偿电路。
微波电子线路
串联SPDT开关
并联SPDT开关
隔离度
MA-47899芯片
并联SPDT开关 插入损耗
3GHz
串联SPDT开关
微波电子线路
5、串、并联开关结构；
800 GHz
MA-47892-109
正向插损 10 log( 1 ) 10 log((1 GD )2 (1 BD )2 )＝1.26dB
S 21 2
2Y0
2Y0
反向衰减
10 log(
1 S 21
2
)
10 log((1
GD 2Y0
)2
(1
BD 2Y0
)2
)
12.75dB
2Y0
2Y0
微波电子线路
2、单刀单掷开关；（串联型）
Z0
Z0
模
模
区
区
Z0
ZD
Z0
1
2
ZD
S
2Z0 Z 2Z0
2Z0 Z D
2Z0
2Z0
ZD
ZD
2Z0 Z D
L 10 log( 1 ) 10 log((1 RD )2 (1 X D )2 )
-33V
精品课件-微波电路基础-第3章
行进的(见图3-1-1)，故当电磁波以光速由A走到B时，对应的等
相位面在z方向由A′走到B′，A′B′=
AB
cos
vp大于光速，同时能量中心在z方向只前进到B″点处，AB″=
AB cosθ且小于光速。相速和群速都随频率变化，所以波导波
是色散波(见图3-1-2)。
19
第3章 波 导 传 输 线
图3-1-1 相速、群速与光速的关系
25
第3章 波 导 传 输 线
(6) 波导中的坡印亭矢量和传输功率。由于传输波的波阻 抗为实数，Et和Ht同相，因此平均坡印亭矢量和传输功率分别为
26
第3章 波 导 传 输 线
式中，积分限为波导横截面。该式说明，波导传输功率可 由横向电场或磁场直接算出。
13
第3章 波 导 传 输 线
(2) 波导的传播条件。要求电磁波在z方向传播，在理想导 电和媒质无耗的假定前提下，必有γ=±jβ。由式(3-1-6(b)) 的关系有：
式中，kc是一个由边界条件决定的实常数，β为实数的条件是
k>kc。临界关系为
所以传播条件为
即
14
第3章 波 导 传 输 线
其中： 是可传播的频率下限，称为截止频率，对应的传输波长上限称 为截止波长λc：
这是一个矢量微分方程。数学上直接求解矢量微分方程有 困难。 但矢量的直线坐标分量的微分方程与矢量微分方程是 相同的。在波导中，坐标z为直线，故有
8
第3章 波 导 传 输 线
式(3-1-7)是波导电磁场的定解问题，可以完全确定Ez和Hz。为 了求出其他电磁场分量，可利用旋度关系： 即
9
第3章 波 导 传 输 线
5
第3章 波 导 传 输 线
《微波电子线路》课件第6章
第6章 微波振荡器
GD≥GL BD=－BL
(6-4) (6-5)
6.1.2
下面我们介绍一些实用的负阻振荡器电路，并运用前面
学过的一般理论对它们作必要的分析。同时，介绍一些电子
调谐电路振荡器等相关知识。
第6章 微波振荡器
1. 图6-2(a)和图6-2(b)为两种体效应管微带振荡器电路图。 体效应管与微带线并接，偏置通过微带低通滤波器加入。图 6-2(a)中器件的右边是一段长度为l的终端开路微带线，它等 效于一个电抗网络，选择线段长度在λg/4<l<λg/2范围内，以 满足振荡的相位平衡条件。器件左边的渐变微带线起阻抗变 换作用，使50 Ω负载电阻变换成器件的负阻值。 图6-2(b)中器件放置在一端，由一段长为l1的传输线和 一段长为l2
第6章 微波振荡器
GD GL'
BD
B
Y0
cot
2π
l
(6-6)
若已知器件导纳YD=－GD+jBD，G'L可通过改变耦合环 的插入深度及方向来调节。选择同轴线特性阻抗Z0=1/Y0， 则同轴线长度可由式(6-6)求得。
第6章 微波振荡器
图 6-6 同轴腔振荡器 (a) 结构示意图；(b) 等效电路
第6章 微波振荡器
图 6-2 体效应管微带振荡器的两种形式
(a) 半波长谐振器调谐的体效应管微带振荡器； (b) 体效应管微带振荡器
第6章 微波振荡器
图6-3为一种单片雪崩二极管振荡器的电路图。 这里的 雪崩二极管没有封装，管芯直接置于微带腔内。 一段低阻 抗微带线作为谐振腔，它的一端通过交指型电容与负载相连， 器件的另一边是由一段λg/4终端开路微带线构成的直流偏置
第6章 微波振荡器
《微波电路与系统》课件
混频器的性能指标包括变频损 耗、噪声系数、线性范围等。
常见的微波混频器有晶体混频 器和声表面波混频器等。
混频器的应用范围广泛，如雷 达、通信、电子对抗等领域。
调制解调器
调制解调器是微波电子线路中 的重要组成部分，用于实现信
号的调制和解调。
调制解调器的性能指标包括调 制速率、解调失真等。
常见的微波调制解调器有调频 解调器和调相解调器等。
其他工具
如信号发生器、频谱分析仪等测试设备。
设计实例与案例分析
案例一
某型雷达发射机的微波电路设计。
案例四
某型雷达接收机的微波电路设计。
案例二
某型通信设备的微波电路设计。
案例三
某型卫星天线的微波电路设计。
05
微波电路与系统的测试与测量
测试设备与仪器
01
信号发生器
用于产生微波信号，模拟微波电路 的工作状态。
特点
微波电路与系统具有高频、宽带 、高速、高集成度等特点，能够 实现高速数据传输、高精度测量 和遥控等功能。
微波电路与系统的应用领域
通信
微波电路与系统在通信领域中应用广泛 ，如移动通信、卫星通信、光纤通信等
。
导航
微波电路与系统在导航领域中也有广 泛应用，如卫星导航、无人机导航等
。
雷达
雷达是微波电路与系统的重要应用领 域，主要用于目标探测、跟踪和识别 。
放大器
放大器是微波电子线路中 的重要组成部分，用于放 大信号。
常见的微波放大器有硅微 波放大器、锗微波放大器 和化合物半导体微波放大 器等。
ABCD
微波放大器的性能指标包 括增益、噪声系数、线性 范围等。
放大器的应用范围广泛， 如雷达、通信、卫星电视 等领域。
微波电路综合实验 ppt课件
46
直流偏置电路的设计
ppt课件
47
低噪声放大器的调试
对照设计版图检查加工好的微波电路板，并按 照所用的电路元件表准备元器件。
按照电路原理图进行焊接，首先焊接放大器的 供电部分，通电检查电压正确后再焊接其他无 源器件，最后将晶体管按正确方式焊接。 在检查焊接无误后，将电路板安装到测试架上， 接通直流电源测量放大器的直流工作点，并进 行调整，使其满足设计要求。
ppt课件
14
微波滤波器的分类
根据功率衰减的频率特性来分类，微波滤波 器可分为低通、高通、带通和带阻滤波器。 随着频率的的提高，滤波器不能再用集总参 数的电感和电容元件来组成，需要采用各类 传输线为主体的分布参数结构。根据所用的 传输线类型来分类，微波滤波器可分为波导、 同轴线、微带线滤波器等等。
ppt课件 2
微波电路的实例
下图是一个无线通信系统中接收机和发射 机的系统框图
中频 振荡器
射频 振荡器 馈线
发射 天线1
基带调制信号
中频 BPSK 调制器
中频 中频 滤波器 滤波器
上变频器
射频 滤波器1
功率 放大器
功分器 发射 天线2 馈线
ppt课件
3
课程目的
了解典型微波电路的原理及设计方法。 学习使用ADS软件进行微波电路的设 计，优化，仿真。 掌握微波电路的制作及调试方法。
ppt课件 26
观察仿真曲线
ppt课件
27
微带滤波器的设计
版图的仿真
版图的仿真是采用矩量法直接对电磁场进行 计算，其结果比在原理图中仿真要准确，但 是它的计算比较复杂，一般作为对原理图设 计的验证。
精品课件-微波电路基础-第10章
实际的雪崩管为P+NN+和N+PP+结构，其负阻机理与里德结构 类似，雪崩击穿发生在P+N交界面(或N+P交界面)，渡越区为N(或 P)区。分析基波 iH和u的关系，可计算出雪崩管的等效导纳为 YD=－|GD|+jBD。jBD 一般呈容性。
8
第10章 微波负阻振荡器
大功率双漂移雪崩管为P+PNN+结构，如图 10-1-3 所示。雪 崩击穿发生在PN交界面附近，空穴和电子从中间同时向相反方 向渡越，二者都对负阻电流有贡献。
18
第10章 微波负阻振荡器
偶极畴一边渡越，一边生长，直到畴内外电子速度相等便 不再长大。一个偶极畴出现后把电场集中在畴区，便不可能有 第二个偶极畴出现。偶极畴渡越到阳极消失后才可能有第二个 偶极畴出现。偶极畴产生于负阻区，渡越于饱和区，当渡越过 程中电场下降到不能维持畴存在时便会自动猝灭，这时对应的 电压称为维持电压Us(见图10-1-6)。
5
第10章 微波负阻振荡器
图10-1-1 里德模压及雪崩产生机理
6
第10章 微波负阻振荡器
图10-1-2 交流电压与交流电流反相原理
7
第10章 微波负阻振荡器
设I区的长度为W，电子饱合漂移速度为vs，渡越时间 称为渡越频率。例如，
W=2.5μ，vs=107 cm/s，fd=20 GHz，雪崩管的最高工作频率可 达300 GHz。
4
第10章 微波负阻振荡器
图10-1-2(b)清楚地表明，注入电流的脉冲基波分量滞后交 流电压90°。此后注入到I区的电子团在内部电场的作用下向N+ 区运动并在外电路产生感应电流脉冲(见图10-1-2(c))。这群电 子到达正极后，感应电流停止直到下一次雪崩打火发生。图 10-1-2(c)表明，调整交流周期与渡越区长度的关系，可使感应 电流基波比注入电流基波滞后90°。这样就使电流和电压相差 180°，正好反相呈负阻特性。实际上只要电流总滞后角θ满足 其等效阻抗就有负电阻分量，也可输出微波功率。θ=180°时， 等效纯负电阻的效率最高。
8
第10章 微波负阻振荡器
大功率双漂移雪崩管为P+PNN+结构，如图 10-1-3 所示。雪 崩击穿发生在PN交界面附近，空穴和电子从中间同时向相反方 向渡越，二者都对负阻电流有贡献。
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第10章 微波负阻振荡器
偶极畴一边渡越，一边生长，直到畴内外电子速度相等便 不再长大。一个偶极畴出现后把电场集中在畴区，便不可能有 第二个偶极畴出现。偶极畴渡越到阳极消失后才可能有第二个 偶极畴出现。偶极畴产生于负阻区，渡越于饱和区，当渡越过 程中电场下降到不能维持畴存在时便会自动猝灭，这时对应的 电压称为维持电压Us(见图10-1-6)。
5
第10章 微波负阻振荡器
图10-1-1 里德模压及雪崩产生机理
6
第10章 微波负阻振荡器
图10-1-2 交流电压与交流电流反相原理
7
第10章 微波负阻振荡器
设I区的长度为W，电子饱合漂移速度为vs，渡越时间 称为渡越频率。例如，
W=2.5μ，vs=107 cm/s，fd=20 GHz，雪崩管的最高工作频率可 达300 GHz。
4
第10章 微波负阻振荡器
图10-1-2(b)清楚地表明，注入电流的脉冲基波分量滞后交 流电压90°。此后注入到I区的电子团在内部电场的作用下向N+ 区运动并在外电路产生感应电流脉冲(见图10-1-2(c))。这群电 子到达正极后，感应电流停止直到下一次雪崩打火发生。图 10-1-2(c)表明，调整交流周期与渡越区长度的关系，可使感应 电流基波比注入电流基波滞后90°。这样就使电流和电压相差 180°，正好反相呈负阻特性。实际上只要电流总滞后角θ满足 其等效阻抗就有负电阻分量，也可输出微波功率。θ=180°时， 等效纯负电阻的效率最高。
微波课件1-56
Z(z)Z(z)z(z)r(z)jx (z) Z0
Z(z) 1(z) 1(z)
(z) u j v
2．复平面上的归一化阻抗圆
r jx1(u jv) 1(u jv)
1(u2 v2) j
2v
(1u)2 v2 (1u)2 v2
r 1 (u 2 v 2 )
(1 u ) 2 v 2
x
2v
(1 u ) 2 v 2
抗
ZL 0.76j0.4
负载阻抗 Z L Z L Z 0 ( 0 .7 j6 0 .4 ) 5 ( 3 0 j8 2 ) 0 ) (
§1.6 阻抗匹配 1. 6. 1 阻抗匹配的概念 阻抗匹配包含两方面的含义： 微波源的匹配：解决的问题是如何从微波源中取出最大功 率。要求信号源内阻与传输线输入阻抗实现共轭匹配。 负载的匹配：解决的问题是如何使负载吸收全部入射功 率。要求负载与传输线实现无反射匹配。
（a）四分之一波长抗变换器只能对纯电阻负载进行匹配。
（b）变换器上仍存在着驻波。
变换器上驻波的驻波系数为
（书上有错！） Z01 Z0RL
' RL Z 01
(RL Z 01 )
' RL
或
Z0
'' Z 01 RL
(RL Z 01 )
（2）复阻抗匹配
'' Z 0 RL
（a）终端接 / 4 阻抗变换器
ZLZL180 j240 0.6j0.8 Z0 300
在阻抗圆图对应A点。
2）确定终端反射系数的模
通过A点的等反射系数圆 与右半段纯电阻线交于B点。 B点归一化电阻（r=3）等于驻 波比值，因此反射系数模等于
L 1133 110.5
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微波电路
自我介绍
上课时间及注意事项
上课时间：周四 5-6节 地点：3308 注意事项：
课间休息10分钟
教材与参考书
《射频与微波工程实践导论》 《射频通信电路》
0.引言 射频与微波
• 在电磁波频率低于100kHz时，电磁波会被地表吸收，不能 形成有效的无线传输。当电磁波频率高于100kHz时，电磁 波可以在空气中传播，并经大气层的电离层反射，形成远 距离传输能力，把这种具有远距离传输能力的高频电磁波 称为射频。 • 通常我们把频率为10kHz-30MHz称为高频段。 • 30MHz到3GHz的频率称作射频频段。 • 3GHz以上称为微波频段（30GHz以上也称为毫米波波段）。 • 射频/微波电路：形成有远距离传输能力的高频电磁波的电
路和数字电路相比有很大区别。从上个世纪20、30年代
发展至今，微波电路已得到长足的发展。
0.引言
微波电路的一般要求
1、良好的选择性
2、低噪声、高动态范围
3、接收机对杂散频率信号有良好的抑制能力 4、本振信号应具有低的相位噪声 5、发射机必须严格限制带外衰减 6、发射机功率放大器具有高的功率增加效率 7、低电压、低功耗
微波电路CAD
学会几种常用微波设计软件的仿真设计，并运用它们设 计具体的微波电路及微波系统。重点掌握运用ADS (Agilent 公司)和HFSS (Ansoft公司)软件进行几个专题的射频微波电 路设计与仿真。
课程主要内容
1.微波电路基础 传输线模型基本结构及其等效电路描述，选频回路和阻 抗变换，阻抗匹配技术及Smith圆图的应用。 2.微波网络分析 Z矩阵、Y矩阵、ABCD矩阵、h矩阵及其相互变换，S参量 及其测量方法。 3.无源微波电路 滤波器、混频器、功分器等无源器件的分析与设计。 4.有源微波电路 功率放大器、低噪声放大器、振荡器、微带天线等有源器
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。
微波混合集成电路示例
微波集成电路（MIC）示例
微波单片集成电路（MMIC）示例
课程目标
微波电路
了解并掌握微波无源电路及简单有源电路的常用分析 方法,能够针对具体微波电路进行分析。
0.引言
射频与微波频段
无线电频谱中占据某一特殊频段的电磁波。
0.引言
无线频段的划分
0.引言
无线频段的划分
0.引言
频段的典型应用
0.引言 射频微波系统组成
传输线：传输RF/MW信号的装臵。
无源器件：完成微波信号和功率的分配、控制和 滤波等功能的装臵，没有进行微波能量与其他能量 （如直流）的转换,如滤波器， 双工器，耦合器等。 有源器件：产生、放大、变换微波信号和功率的 装臵，一般要将微波能量与其他能量进行转换。 天线：辐射或接收电磁波的装臵。
0.引言 射频与微波技术
微波与射频技术在国民经济各个方面广泛应用，如： 网络设备、通信、雷达、集成电路、印刷电路板设计、医 疗电子系统、电磁兼容等领域。与早期定位于波导和场论
相比，现代微波工程中占支配地位的内容是微波电路分析。
大多数微波工程师从事平面结构元件和集成电路设计所使 用的基本工具是微波电路CAD（计算机辅助设计）软件和
射频微波工程类问题分析过程
微波CAD软件与电磁场数值计算
微波CAD软件与电磁场的数值算法密切相关，所有 的数值算法都是建立在Maxwell方程组之上的。在频域， 数值算法有：有限元法(Finite Element Method)、矩量法 (Method of Moments) 、差分法(Finite Difference Methods) 、边界元法(Boundary Element Method) 和传 输线法(Transmission Line matrix Method);在时域，数值 算法有：时域有限差分法(Finite Difference Time Domain) 和有限积分法(Finite Integration Technology)。
网络分析仪，因此微波工程的学习重点逐渐转移到网络分
析、平面电路和元器件及有源电路设计方面。
0.引言
微波电路
微波电路通常是指工作频段的波长在1m-1mm(即
300MHz-300GHz)之间的电路。它是现代通信、雷达、
导航、遥感等系统的重要组成部分。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电路。 由于微波电路的工作频率较高，故在材料、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
矩量法可以对任意结构形状的物体上的电流结构建模， 直接求出电流的精确分布，故特别适合于电磁兼容、天
线辐射、雷达工作等问题的研究。一般其辐射条件允许
求解在辐射物体外的任何地点的E和H场。 矩量法对内部区域建模问题困难较大，在非均匀媒质 中会遇到困难，要用大量的内部资源。
时域有限差分法
时域有限差分法(FDTD)是将时域Maxwell方程组的两 个旋度方程中关于空间变量和时间变量的偏导数用差商 近似，从而将其转换为离散网格节点上的时域有限差分 方程。加入时域脉冲激励后，在时间迭代就可直观地模 拟出脉冲在求解区域上传播、反射和散射的过程，进而 采用FFT将时域响应变换到频域就可获得所希望的各种电 参数，如无源电路的散射参数、天线的辐射特性、散射 体的雷达散射截面(RCS)等。 时域有限差分法可以直接求解Maxwell方程，不需要 存储空间形状参数，很容易对非均匀媒质的场问题建模， 对内部复杂介质问题也可以有效地进行建模。
课程意义
微波电路学习意义
从电路分析基础和电磁场电磁波基础出发，理解微波
电路的基本理论，学习一些常见微波电路。本课程要求
研究生在理解微波电路基本理论的基础，重点学习微波 无源电路和微波有源电路的设计及分析方法，结合微波 电路实例进行设计及仿真分析，为未来研究射频/微波器 件及相关实际工程中微波电路的应用奠定坚实的理论基
常见的数值方法
频域：
差分法(FDM)
矩量法(MOM) 有限元法(FEM) 边界元法(BEM) 传输线法(TLM)
时域：
时域有限差分法(FDTD)
矩量法
矩量法(MOM)是将Maxwell积分方程化为差分方程，或
将积分方程中积分化为有限求和，从而建立代数方程组，
并用计算机求解代数方程组。它是一种函数空间中的近 似方法。
础。
课程概况
微波电路分类
1Байду номын сангаас按源分类
微波无源电路(无半导体器件或电真空器件)： 微波网络参量，微波网络元件，功率分配器，定向耦合 器，滤波器，匹配电路； 微波有源电路(有半导体器件或电真空器件)： 振荡器，锁相环，微波晶体管器件，微波场效应器件， 微波电真空器件，微波系统。
课程概况 2.按工艺分类
自我介绍
上课时间及注意事项
上课时间：周四 5-6节 地点：3308 注意事项：
课间休息10分钟
教材与参考书
《射频与微波工程实践导论》 《射频通信电路》
0.引言 射频与微波
• 在电磁波频率低于100kHz时，电磁波会被地表吸收，不能 形成有效的无线传输。当电磁波频率高于100kHz时，电磁 波可以在空气中传播，并经大气层的电离层反射，形成远 距离传输能力，把这种具有远距离传输能力的高频电磁波 称为射频。 • 通常我们把频率为10kHz-30MHz称为高频段。 • 30MHz到3GHz的频率称作射频频段。 • 3GHz以上称为微波频段（30GHz以上也称为毫米波波段）。 • 射频/微波电路：形成有远距离传输能力的高频电磁波的电
路和数字电路相比有很大区别。从上个世纪20、30年代
发展至今，微波电路已得到长足的发展。
0.引言
微波电路的一般要求
1、良好的选择性
2、低噪声、高动态范围
3、接收机对杂散频率信号有良好的抑制能力 4、本振信号应具有低的相位噪声 5、发射机必须严格限制带外衰减 6、发射机功率放大器具有高的功率增加效率 7、低电压、低功耗
微波电路CAD
学会几种常用微波设计软件的仿真设计，并运用它们设 计具体的微波电路及微波系统。重点掌握运用ADS (Agilent 公司)和HFSS (Ansoft公司)软件进行几个专题的射频微波电 路设计与仿真。
课程主要内容
1.微波电路基础 传输线模型基本结构及其等效电路描述，选频回路和阻 抗变换，阻抗匹配技术及Smith圆图的应用。 2.微波网络分析 Z矩阵、Y矩阵、ABCD矩阵、h矩阵及其相互变换，S参量 及其测量方法。 3.无源微波电路 滤波器、混频器、功分器等无源器件的分析与设计。 4.有源微波电路 功率放大器、低噪声放大器、振荡器、微带天线等有源器
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。
微波混合集成电路示例
微波集成电路（MIC）示例
微波单片集成电路（MMIC）示例
课程目标
微波电路
了解并掌握微波无源电路及简单有源电路的常用分析 方法,能够针对具体微波电路进行分析。
0.引言
射频与微波频段
无线电频谱中占据某一特殊频段的电磁波。
0.引言
无线频段的划分
0.引言
无线频段的划分
0.引言
频段的典型应用
0.引言 射频微波系统组成
传输线：传输RF/MW信号的装臵。
无源器件：完成微波信号和功率的分配、控制和 滤波等功能的装臵，没有进行微波能量与其他能量 （如直流）的转换,如滤波器， 双工器，耦合器等。 有源器件：产生、放大、变换微波信号和功率的 装臵，一般要将微波能量与其他能量进行转换。 天线：辐射或接收电磁波的装臵。
0.引言 射频与微波技术
微波与射频技术在国民经济各个方面广泛应用，如： 网络设备、通信、雷达、集成电路、印刷电路板设计、医 疗电子系统、电磁兼容等领域。与早期定位于波导和场论
相比，现代微波工程中占支配地位的内容是微波电路分析。
大多数微波工程师从事平面结构元件和集成电路设计所使 用的基本工具是微波电路CAD（计算机辅助设计）软件和
射频微波工程类问题分析过程
微波CAD软件与电磁场数值计算
微波CAD软件与电磁场的数值算法密切相关，所有 的数值算法都是建立在Maxwell方程组之上的。在频域， 数值算法有：有限元法(Finite Element Method)、矩量法 (Method of Moments) 、差分法(Finite Difference Methods) 、边界元法(Boundary Element Method) 和传 输线法(Transmission Line matrix Method);在时域，数值 算法有：时域有限差分法(Finite Difference Time Domain) 和有限积分法(Finite Integration Technology)。
网络分析仪，因此微波工程的学习重点逐渐转移到网络分
析、平面电路和元器件及有源电路设计方面。
0.引言
微波电路
微波电路通常是指工作频段的波长在1m-1mm(即
300MHz-300GHz)之间的电路。它是现代通信、雷达、
导航、遥感等系统的重要组成部分。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电路。 由于微波电路的工作频率较高，故在材料、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
矩量法可以对任意结构形状的物体上的电流结构建模， 直接求出电流的精确分布，故特别适合于电磁兼容、天
线辐射、雷达工作等问题的研究。一般其辐射条件允许
求解在辐射物体外的任何地点的E和H场。 矩量法对内部区域建模问题困难较大，在非均匀媒质 中会遇到困难，要用大量的内部资源。
时域有限差分法
时域有限差分法(FDTD)是将时域Maxwell方程组的两 个旋度方程中关于空间变量和时间变量的偏导数用差商 近似，从而将其转换为离散网格节点上的时域有限差分 方程。加入时域脉冲激励后，在时间迭代就可直观地模 拟出脉冲在求解区域上传播、反射和散射的过程，进而 采用FFT将时域响应变换到频域就可获得所希望的各种电 参数，如无源电路的散射参数、天线的辐射特性、散射 体的雷达散射截面(RCS)等。 时域有限差分法可以直接求解Maxwell方程，不需要 存储空间形状参数，很容易对非均匀媒质的场问题建模， 对内部复杂介质问题也可以有效地进行建模。
课程意义
微波电路学习意义
从电路分析基础和电磁场电磁波基础出发，理解微波
电路的基本理论，学习一些常见微波电路。本课程要求
研究生在理解微波电路基本理论的基础，重点学习微波 无源电路和微波有源电路的设计及分析方法，结合微波 电路实例进行设计及仿真分析，为未来研究射频/微波器 件及相关实际工程中微波电路的应用奠定坚实的理论基
常见的数值方法
频域：
差分法(FDM)
矩量法(MOM) 有限元法(FEM) 边界元法(BEM) 传输线法(TLM)
时域：
时域有限差分法(FDTD)
矩量法
矩量法(MOM)是将Maxwell积分方程化为差分方程，或
将积分方程中积分化为有限求和，从而建立代数方程组，
并用计算机求解代数方程组。它是一种函数空间中的近 似方法。
础。
课程概况
微波电路分类
1Байду номын сангаас按源分类
微波无源电路(无半导体器件或电真空器件)： 微波网络参量，微波网络元件，功率分配器，定向耦合 器，滤波器，匹配电路； 微波有源电路(有半导体器件或电真空器件)： 振荡器，锁相环，微波晶体管器件，微波场效应器件， 微波电真空器件，微波系统。
课程概况 2.按工艺分类