微波电路设计基础资料讲解
微波电路电子自动化设计讲义
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微波电路 EDA讲义电子科技大学张勇国云川编目录第一章绪论 (1)§1.1 微波电路 (1)§1.1.1 什么是微波电路？......1 §1.1.2 微波电路的发展 (2)§1.2 什么是微波电路EDA？......3 §1.3 微波电路设计软件概述 (5) §1.3.1 Agilent ADS......5 §1.3.2 Ansoft HFSS......6 §1.3.3 其他软件 (6)第二章建模方法 (7)§2.1 建模方法概述 (7)§2.1.1 模型的基本要求......7 §2.1.2 建立元器件模型的方法 (7)§2.2 微波传输线模型 (9)§2.2.1 微带传输线......10 §2.2.2 微带线不均匀区的建模 (12)§2.3 微波半导体器件模型 (16)§2.3.1 微波半导体二极管模型......16 §2.3.2 微波半导体三级管模型(18)第三章微波电路的分析方法 (27)§3.1 传递矩阵法 (27)§3.1.1 传递矩阵(A矩阵)与二端口电路......27 §3.1.2 基本单元电路对应的矩阵形式......29 §3.1.3 简单级联电路的分析......30 §3.1.4 分支电路的分析 (32)§3.2 节点导纳矩阵（待定导纳矩阵）法 (40)§3.2.1 不定（待定）导纳矩阵定义......40 §3.2.2 不定（待定）导纳矩阵性质 (42)§3.2.3 微波元器件的不定导纳矩阵......43 §3.2.4 电路导纳矩阵的建立方法......45 §3.2.5 用节点导纳矩阵分析电路的方法 (48) §3.3 散射矩阵法 (50)§3.3.1 S参数矩阵与电路特性参数关系……50 §3.3.2 双口网络级联的S参数……51 §3.3.3 多口网络互联的S参数（散射矩阵的连接生长法） (52)I§3.3.4 多口S矩阵的端口简化 (58)§3.4 三种分析方法的比较......60 习题 (61)第四章最优化方法和最优化设计 (63)§4.1 最优化设计的基本原理......63 §4.2 目标函数 (65)§4.2.1 误差函数......65 §4.2.2 目标函数......66 §4.2.3 目标函数极值及全域最小值问题 (68)§4.3 最优化方法概述......71 §4.4 一维搜索法 (73)§4.4.1 区间消去法的基本原理......73 §4.4.2 菲波那西(Fibonacci)法......74 §4.4.3 黄金分割(0.618 法) (76)§4.5 无约束最优化的梯度方法（多维） (77)§4.5.1 最速下降法......77 §4.5.2 牛顿法 (83)§4.6 无约束最优化的直接方法（多维） (85)§4.6.1 模式法......86 §4.6.2 单纯形法 (88)§4.7 约束最优化问题 (91)§4.7.1 参数变换法......92 §4.7.2 外罚函数法......94 §4.7.3 内罚函数法 (99)第五章灵敏度计算与容差分析 (102)§5.1 灵敏度计算 (103)§5.1.1 §5.1.2 §5.1.3 §5.1.4 灵敏度定义......103 灵敏度的直接计算法 (103)伴随网络法......105 大变化灵敏度的计算 (106)§5.2 容差分析 (107)§5.2.1 最坏情况分析......107 §5.2.2 统计分析 (108)附录微波电路设计举例 (112)II第一章绪论§1.1 微波电路§1.1.1 什么是微波电路？微波电路顾名思义，就是传播微波信号的电路，相对于低频电路，它的频率更高，难度更大。
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。
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。
微波电路设计基础
一、基础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（~、~）米。
在我国分配微波频率为：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微波链路干线全长公里，支线全长公里，最长站距公里，最短站距公里，平均站距公里，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。
在3G网络中，Node-B对传输容量要求已经远远的大于2G网络中BTS 对传输容量的要求，Node-B上已经不再只有E1接口, 而是可以提供STM-1接口和IP接口的基站。
微波电路CAD基础讲解
(总)波束范围 A(或波束立体角)由主瓣范围加上副瓣范围所 构成。 波束范围越小，则定向性越高。
天线增益 G kD
效率因子k(0 k 1)
3. 天线&微带天线
天线增益实际上是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。 天线增益是一个实际(或现实)参量。由于天线总有损耗
(天线或天线罩的欧姆损耗)，天线辐射功率比馈入功率总要 小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。有很多设 计良好的天线，其 k 值可以接近于1，但实际上G总是小于D且 以D为理想的最大值。
3. 天线&微带天线
天线基础
天线的特性参数
③天线效率
天线效率为天线辐射功率Pr与天线输入功率Pin(辐射功率Pr
微波电路CAD基础讲解
3. 天线&微带天线
天线基础
3. 天线&微带天线
天线基础
天线是一种导行波与自由空间波之间的转换器件或换能器。 接收端：将空间传播的电磁波转换为高频电流 发射端：将发射机的高频电流转换为空间电磁波
3. 天线&微带天线
天线基础
天线辐射电磁波原理
导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射 的能力与导线的长短和形状有关。如果导线位置如由于两导 线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消， 因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电 流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而 辐射较强。当导线的长度l远小于波长时，导线的电流很小， 辐射很微弱。
3. 天线&微带天线
天线基础
天线的特性参数 ⑥输入阻抗&驻波比
为使天线能获得最多的功率，应使天线与馈线匹配。因 此，当天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗时，天线获得 最大的功率。 驻波比(VSWR)：由于入射波能量传输到天线输入端未被全波 吸收（辐射）、产生反射波，迭加而成。
微波电路
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：
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。
理解：
Smith圆图实际上是(电压)反射系数的极坐标图； 一种求解传输线问题的辅助图形； 电阻圆和电抗圆是正交的。 用Smith圆图思考，可以开发出关于传输线和阻抗匹配问题 的直观想象力。
jL1
Z0
zin
jtand2
d2 1arctanZL0 n
2.Smith圆图
特殊变换分析—短路线变换
通过短路传输线实现容性和感性电抗
2.Smith圆图
导纳变换
1d zin rjx1d
由归一化阻抗表达式经过倒置，可得
yin
Yin Y0
1 zin
1d 1d
1 1
e e
j j
d d
在归一化输入阻抗表达式中用-1=exp(-j*pi)乘以反射系数， 等效于在复平面上旋转180°
并联电感 gjbj 1Lgjb1L
2.Smith圆图
特殊变换分析—开路线变换
为了获得纯感性或容性电抗，必须沿r=0的圆工作，从 起始点Γ=1顺时针方向旋转。
容性电抗 jX c
11
jCZ0
zinjcotd1
d1
微波电路设计
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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。
微波电路制作知识
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. 应用电路举例第1章概述所谓微波电路，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。
第2章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 按源分微波电路还可以按照有源电路和无源电路分类。
微波电路设计与应用
微波电路设计与应用微波电路是一种用于处理高频信号的电路，广泛应用于通信、雷达、卫星传输等领域。
本文将介绍微波电路设计的基本原理和应用案例。
一、微波电路设计基础1. 微波信号特性微波信号是高频信号，其频率范围通常介于300MHz至300GHz之间。
与低频信号相比，微波信号具有短波长、高频率和高传输速率的特点。
2. 微波器件微波电路的基本组成是微波器件，其中常见的有微带线、异质结、谐振腔和射频开关等。
这些器件具有特殊的电学和磁学特性，可用于放大、滤波、调制和解调微波信号等功能。
3. S参数与传输线理论在微波电路设计中，常用S参数描述器件和网络的性能。
S参数是一种描述器件或网络中电磁波传播特性的方法，它包含了反射损耗和传输损耗等信息。
传输线理论是微波电路设计的重要基础，它描述了微波信号在导线中的传输过程。
二、微波电路设计流程1. 设计需求分析首先，需要明确设计的需求和目标，包括频率范围、增益要求、带宽等。
同时，还需要考虑实际应用环境和可行性，确保设计的可实现性。
2. 设计方案选择根据需求分析，选择合适的设计方案。
常见的微波电路设计方案包括微带线滤波器、宽带放大器、混频器等。
选择合适的方案需要考虑器件特性、尺寸约束和性能要求等因素。
3. 电路建模与仿真利用电磁仿真软件，对设计方案进行建模和仿真。
通过仿真可以分析电路的工作原理、性能参数和优化方案等。
同时，还可以评估电路的稳定性和抗干扰能力。
4. 参数优化与电路优化根据仿真结果，对电路参数进行优化。
优化可能涉及到电路元件的尺寸、材料选择和布局等方面。
通过参数优化，可提高电路的性能和稳定性。
5. 器件选型与电路实现根据电路设计需求，选择合适的微波器件。
在器件选型时，需要考虑参数匹配、功率容量和可靠性等因素。
选定器件后，可以进行电路原理图的绘制和PCB布局设计。
6. 电路测试与调试制作完电路后，需要进行测试与调试。
测试可包括S参数测试、频率响应测试和功率测试等。
微波电路及其PCB技术设计知识
微波电路及其PCB设计一．关于CAD辅助设计软件与网络分析仪对于高频电路设计，当前已经有了很好的CAD类软件，其强大的功能足以克服人们在设计经验方面的不足及繁琐的参数检索与计算，再配合功能强大的网络分析仪，按理应该是稍具经验者便能完成质量较好的射频部件。
但是，实际中却不是这回事。
CAD设计软件依靠的是强大的库函数，包含了世界上绝大部分无线电器件生产商提供的元器件参数与基本性能指标。
不少射频工程师错误地认为：只要利用该工具软件进行设计，就不会有多大问题。
但实际结果却总是与愿望相反，原因是他们在错误认识下放弃高频电路设计基本概念的灵活应用及基本设计原则的应用经验积累，结果在软件工具的应用中常犯下基本应用错误。
射频电路设计CAD软件属于透明可视化软件，利用其各类高频基本组态模型库来完成对实际电路工作状态的模拟。
至此，我们已经可以明白其中的关键环节棗高频基本组态模型有两类，一类属于集中参数形态之元器件模型，另一类属于常规设计中的局部功能模型。
于是存在如下方面问题：（1）元器件模型与CAD软件长期互动发展，日趋完善，实际中可以基本相信模型的*真度。
但元器件模型所考虑的应用环境（尤其是元器件应用的电环境）均为典型值。
多数情况下，必须利用经验确定系列应用参数，否则其实际结果有时甚至比不借助CAD软件的设计结果相差更远。
（2）CAD软件中建立的常规高频基本组态模型，通常限于目前应用条件下可预知的方面，而且只能局限于基本功能模型（否则产品研发无须用人，仅靠CAD一手包办而诞生各类产品）。
（3）特别值得注意的是：典型功能模型的建立，是以典型方式应用元器件并以典型完善的工艺方式构造（包括PCB构造）下完成的，其性能也达到“典型”的较高水平。
但在实际中，就是完全模仿，也与模型状态相差甚远。
原因是：尽管选用的元器件及其参数一致，但它们的组合电环境却无法一致。
在低频电路或数字电路中，这种相差毫厘的情况妨碍不大，但在射频电路中，往往发生致命的错误。
微波有源电路理论分析及设计第一章微波网络基础
目的和意义
01
随着通信技术的不断发展，对微波有 源电路的性能和设计要求也越来越高 。
02
微波有源电路理论分析及设计是实现 高性能微波有源电路的关键，具有重 要的理论和实践意义。
03
通过对微波有源电路的理论分析和设 计，可以深入了解其工作原理和性能 特点，为实际应用提供理论支持和实 践指导。同时，通过不断优化和创新 ，可以提高微波有源电路的性能和设 计水平，推动通信技术的发展和应用 。因此，微波有源电路理论分析及设 计具有重要的理论和实践意义。
详细描述
匹配设计主要关注阻抗匹配，通过调整网络元件的阻抗值，使信号源的输出阻 抗与传输线或负载的输入阻抗相匹配，从而减少信号反射和能量损失。常用的 匹配方法包括串联匹配、并联匹配和混合匹配等。
微波网络的滤波器设计
总结词
滤波器设计用于提取或抑制特定频率范围的信号，是微波网络中常见的应用之一 。
详细描述
01
导纳分析法是一种通过测量微 波网络的导纳来分析其性能的 方法。
02
导纳分析法可以用于确定微波 网络的导纳特性、传输特性和 稳定性等参数。
03
导纳分析法通常使用导纳分析 仪进行测量，需要测量微波网 络的导纳，并计算反射系数和 传输系数等参数。
微波网络的传输线分析法
传输线分析法是一种通过分析 微波传输线的传播特性和分布 参数来分析其性能的方法。
稳定性是描述微波网络在输入 信号变化时输出信号是否稳定
的特性。
线性度是指微波网络在输入信 号在一定范围内变化时，输出 信号与输入信号之间是否保持
线性关系的特性。
对于有源微波电路，稳定性是 关键的性能指标，因为它直接 关系到电路的工作状态和性能 。
线性度对于避免非线性失真和 干扰也至关重要，特别是在高 功率和高频率的应用中。
微波电路设计与优化
数据链路协议1. 介绍数据链路协议是计算机网络中用于在物理层和网络层之间传输数据的协议。
它定义了数据的格式、传输方式、错误检测和纠错等相关规范，以确保数据能够可靠地从源节点传输到目的节点。
2. 数据链路协议的分类数据链路协议可以分为两种主要类型：点对点协议和广播协议。
2.1 点对点协议点对点协议是一种在两个节点之间直接建立连接的协议。
这种协议通常用于连接两台计算机或两个网络节点之间的通信。
常见的点对点协议包括HDLC（高级数据链路控制协议）、PPP（点对点协议）和SLIP（串行线路IP协议）等。
2.1.1 HDLCHDLC是一种通用的数据链路协议，它广泛应用于广域网和局域网中。
它提供了数据的可靠传输保证，并支持多种传输方式，如全双工和半双工。
HDLC使用帧结构来传输数据，并在帧中包含了控制信息，用于同步数据的传输。
2.1.2 PPPPPP是一种用于点对点连接的数据链路协议。
它提供了一种可靠的、全双工的数据传输方式，并支持多种底层物理介质，如串口、以太网和无线网络等。
PPP可以在不同的网络层协议之间进行封装，如IP、IPX和AppleTalk等。
2.1.3 SLIPSLIP是一种简单的点对点协议，用于串行线路上的IP数据传输。
它不提供数据的可靠性保证和错误检测功能，仅仅是将IP数据包封装到串行线路上进行传输。
2.2 广播协议广播协议是一种在多个节点之间进行通信的协议。
这种协议通常用于局域网中，其中的节点可以通过广播方式发送数据包给网络上的其他节点。
常见的广播协议包括以太网中的CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）协议和WiFi中的CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）协议等。
2.2.1 CSMA/CDCSMA/CD是以太网中使用的一种广播协议。
它通过侦听信道上的载波来检测冲突，并采取碰撞避免的措施来提高数据的传输效率。
CSMA/CD协议在发生冲突后会进行退避操作，以减少冲突的概率，并最终完成数据的传输。
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
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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
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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
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第3章 波 导 传 输 线
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第3章 波 导 传 输 线
射频微波电路设计.pdf
射频微波电路设计.pdf射频（Radio Frequency，RF）和微波电路设计是一项专业领域，涉及设计和优化在射频和微波频段工作的电路。
这些频段通常包括无线通信、雷达、卫星通信和其他高频应用。
以下是进行射频微波电路设计的一般步骤：1.需求分析：确定项目需求和规格，包括工作频率、带宽、增益、噪声等方面的要求。
2.电路拓扑设计：选择合适的电路拓扑，如放大器、混频器、滤波器等，以满足规格要求。
3.元件选型：选择适当的被动和主动元件，例如电感、电容、晶体管等。
确保元件的特性符合设计要求。
4.仿真和建模：使用电磁场仿真工具（如HFSS、ADS等）对电路进行仿真，验证设计在预期频率范围内的性能。
5.优化和调整：根据仿真结果对电路进行优化。
调整元件值、几何结构或布局，以实现更好的性能。
6.射频集成电路设计：如果设计的是集成电路（IC），则需要进行射频IC设计，包括电源、布局、传输线等方面的考虑。
7.电源和地网络设计：设计稳定的电源和地网络，确保电路在工作频率下具有足够的功率和抗干扰性。
8.PCB设计：在设计射频电路的同时，考虑PCB布局和设计。
射频PCB设计需要特别注意传输线、电磁屏蔽和地平面等。
9.原型制作：制作电路原型进行实验验证。
在此阶段，可能需要调整元件值或布局。
10.测试和验证：对原型进行测试和验证，确保其在实际工作中达到设计要求。
11.生产和集成：将设计转移到批量生产，如果是部分系统的一部分，则进行集成。
12.系统测试：进行整个系统的测试，确保它在真实环境中的性能达到预期。
在射频微波电路设计中，理论知识、仿真工具的熟练使用以及实验经验都是至关重要的。
设计人员通常需要掌握电磁场理论、微波电路理论、射频系统知识等。
此外，密切关注射频和微波技术的发展也是保持竞争力的关键。
电子科技中的射频技术与微波电路设计
电子科技中的射频技术与微波电路设计作为现代电子科技中的一个重要领域，射频技术与微波电路设计在许多领域中都扮演着重要的角色。
射频技术及微波电路设计涉及的广泛领域包括通信、雷达、卫星导航系统等，这些领域对于高频率射频电路的设计和制造的要求十分高。
在这篇文章中，我们将介绍射频技术与微波电路设计的基础知识、应用领域和未来发展趋势。
基础知识首先，让我们来了解一下射频技术与微波电路设计的基础知识。
所谓射频（Radio Frequency），是指高于一般电压、频率在3千赫到300吉赫之间的电磁波信号。
而微波（Microwave）则指频率高于1吉赫、波长约为1毫米至1米之间的电磁波信号。
射频技术与微波电路设计主要涉及到一些特定的电路元件和设备。
例如，射频功放器（RFPA）是射频电路中非常常用的设备，用于放大弱信号，使其达到能够被接收器处理和解码的程度。
微波电路设计中还包括一些被广泛应用的电路元件，如微带传输线、滤波器、方向耦合器（Directional Coupler）、功率分配器（Power Divider）等。
应用领域射频技术与微波电路设计的应用领域非常广泛，包括卫星通信、移动通信、雷达系统、医疗设备、无线网络等。
对于这些领域，高频率的射频技术和微波电路设计都是至关重要的，它们能够为这些设备提供稳定、高效的信号传输和处理能力。
其中，卫星通信是射频技术与微波电路设计的一个非常重要的应用领域。
卫星通信系统需要高频率、高精度的射频电路，以实现信号的传输和接收。
在这个领域中，微波电路设计和卫星通信系统的研究已经开始关注对天线和卫星通信系统中其他关键部件的研究和优化，以提高通信系统的性能和稳定性。
无线通信是另一个射频技术与微波电路设计的重要应用领域。
移动通信、蓝牙等无线通信技术中都需要高频率的射频电路和微波电路设计。
这些技术可以用于在不同设备之间传输数据、音频和视频信号。
未来发展趋势随着技术的不断进步，射频技术与微波电路设计领域也在不断发展。
微波电路及其PCB设计
微波电路及其PCB设计微波电路是一种高频电路，被广泛应用于通讯、雷达、电子对抗等领域。
微波电路的设计是微波工程的核心之一，其中PCB设计是非常关键的一环。
本文将重点介绍微波电路的特点及其PCB设计方法。
一、微波电路的特点微波电路的特点是高频信号传输距离短，传输衰减大，和对电路参数的精度要求高。
（1）传输距离短微波信号的传输距离通常不超过几百米甚至几十米。
这是由于微波信号的传输衰减非常大，具体的传输距离和频率有关。
频率越高传输衰减越大，所以微波信号的传输距离非常短。
（2）传输衰减大微波信号在传输过程中会发生大量的衰减，这是由于微波信号的传播是以电磁波的方式进行的，而电磁波在传播过程中会发生衰减。
同时，微波信号的传输也会受到天气、地形、建筑等因素的影响，从而导致传输衰减更大。
（3）对电路参数的精度要求高由于微波信号的频率非常高，在数GHz到数十GHz之间，所以微波电路对电路参数的精度要求非常高。
例如微波电路中常用的贴片电容，通常需要拥有较高的Q值，以保证电路稳定性和信号质量。
二、微波电路的PCB设计方法（1）匹配电路的设计匹配电路是微波电路设计中非常重要的一环。
在微波信号传输中，由于传输线路的阻抗不匹配或损耗，有可能导致信号反射或信号衰减。
因此，在微波电路中必须进行匹配设计，以保证信号的正常传输。
匹配电路的实现通常可以使用基于微带线的匹配电路或衬底模式的匹配电路。
（2）特殊材料的选择由于微波频段的特殊性，在微波电路中通常需要使用特殊的材料来保证电路的品质和性能。
常用的微波电路材料有：RO4000、RT/duroid、Teflon、Ceramic等。
这些材料在微波电路设计中具有优异的机械性能、阻抗控制、介电损耗等方面的优势，可以在一定程度上提高电路性能。
（3）地面平面的设计地面平面是微波电路中一个非常重要的元件。
它对微波信号的传输和阻抗匹配都有非常重要的影响。
在微波电路PCB设计中，地面平面通常需要考虑到以下因素：1.地面平面的尺寸和形状，需要保证电路阻抗和信号质量的要求。
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。
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一、基础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：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。
在3G网络中，Node-B对传输容量要求已经远远的大于2G网络中BTS 对传输容量的要求，Node-B上已经不再只有E1接口, 而是可以提供STM-1接口和IP接口的基站。
因此，带来移动基站传输接入网络的升级和扩容需求。
当今，数字微波设备在统一平台上同时可以传输TMD和IP业务，容量可以从E1～STM-1，同时满足2G、3G以及2G/3G共站传输的需求。
在移动应急通信或临时通信中，如移动应急通信车等。
2、自由空间的电波传播2.1、自由空间传播损耗在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射等现象，也就是说，总能量并没有被损耗掉。
L T-R=20lg(4πL Km/λ)=32.45+20lgf MHz+20lgL km=92.45+20lgf GHZ+20lgL km上式中：L T→R------T和R间的直接视通的自由空间衰减（单位为dB）。
L km-------T和R间的距离。
（单位为Km）λ------传播电波的波长（单位为米）。
f MHz, f GHZ-------传播电波的频率，单位分别为MH Z、和GH Z设发信功率P t=1W，工作频率f=3.8GHz，两站相距45km，收发天线增益G t＝G r＝39dB，收发两端馈线系统损耗L ft＝L fr ＝2 dB，收发两端分路系统损耗L bt＝L br＝1 dB。
求：在自由空间传播条件下接收机的输入电平和输入功率。
解：P t=10lg1000mW＝30 dBm在自由空间传播条件下，自由空间传播损耗：L s（dB）=92.45.4+20lg 45 +20lg 3.8≈137 dB137.1099Pr（dBm）＝Pt（dBm）+（Gt+Gr）－（Lft＋Lfr）－（Lbt ＋Lbr）－Ls=30+(39+39)-(2+2)-(1+1)-137=-35 dBmPr(mW)=10-35/10=0.00032 mW=0.32 μW0.000322.2、费涅耳区半径惠更斯原理：光和电磁波都是一种振动，振动源周围的媒质是有弹性的，一点的振动可通过媒质传递给邻近的质点，并依次向外扩展，而成为在媒质中传播的波。
根据惠更斯-费涅耳原理，在电波的传输过程中，波阵面上的每一点都是一个进行二次辐射的球面波的波源，这种波源称为二次波源。
而空间任一点的辐射场都是由包围波面的任意封闭曲面上各点的二次波源发出的波在该点相互干涉，叠加的结果。
显然，封闭曲面上各点的二次波源到达接收点的远近不同，这就使得接收点的信号场强的大小发生变化，分析这种变化引入费涅耳区的概念。
由图可见r1+r2-d 就是反射波和直射波的行程差Δr=nλ/2。
显然当Δr 是半波长的奇数倍时，反射波和直射波在R 点的作用是相同的且是最强的，此时的场强得到加强；而Δr 为半波长的偶数倍长时，反射波在R 点的作用是相互抵消的，此时R 点的场强最弱。
我们就把这些n 相同的点组成的面称为费涅耳区, 费涅耳区就是以收发点为焦点的一系列椭球面所包围的空间。
费涅耳区上一点P 到收发点连线的垂直距离称为费涅耳区半径，用Fn 表示。
dd d n Fn 21λ=2.2.1、 第一费涅耳区半径当n=1 时，F1称为第一费涅耳区半径。
dd d F 211λ=式中：F1------第一费涅耳区半径，m ； λ------工作波长，m ；d------收发天线之间的距离为，Km;d1、d2------分别为障碍点与收发天线之间的距离，Km ；2.2.2、 最小费涅耳区半径理论证明，在相当于第1费涅尔区面积1/3的圆孔就能获得自由空间传播。
F0代表该圆孔的半径，称为最小费涅尔区半径。
1210313F dd d F ==λfdd d 1021=0.186967式中：Fo------称为最小费涅尔区半径，m ； λ------工作波长，m ； f------工作频率，GHz ；d------收发天线之间的距离为，Km;d1、d2------分别为障碍点与收发天线之间的距离，Km ；第一费涅尔半径 F1和最小费涅尔半径 F0是微波通路勘测中两个重要的物理参量, F0被称为障碍物禁区。
显然，当波长λ和距离d 一定时，F0与d1、d2的位置有关，且中点（d1 = d2）处的F0最大。
3、 余隙3.1、 余隙传播余隙是指在微波传播路径的剖面图上，收发两点的连线与最高障碍物顶点之间的距离。
如下图所示，hc 即为余隙。
从图中几何关系可知，收发两点的连线在障碍点的高度h 为： h ＝dH h d H h d )()(112221+++=考虑地球凸起he 后，余隙hc 等于：=c h 3112221)()(H he dH h d H h d --+++=3211122212)()(H ad d d H h d H h d --+++=式中：a ----为地球半径，单位为米。
H3—为微波中继剖面中，障碍点顶端的海拔标高；4、 大气折射4.1、 大气折射从地面算起，垂直向上，可把大气分为6层，依次称作对流层、同温层、中间层、电离层、超离导以及逸散层。
对流层是指自地面向上大约10km 范围的低空大气层。
对流层集中了整个大气质量的四分之三。
对流层的大气压力、温度及湿度都随离开地面的高度而变化、是不均匀的，会使电波产生折射。
由于对流层的折射率随高度而变，因此电波在对流层中传输时会发生不断的折射，从而导致轨迹弯曲，这种现象称为大气折射。
折射率梯度dhdn 折射率梯度表示折射率随高度的变化率。
折射率梯度不同，对流层中电波传播路径有如下三种类型：1、零折射： 折射率dhdn＝0，对流层大气为均匀大气，电波射线为直线，射线的曲率半径为∞；2、负折射： 折射率dhdn＞0，折射率随高度增加而增加，上层空间的电波射线速度小，下层空间电波射线速度大，电波传播的轨迹向上弯曲与地面的弯曲反向，称为负折射；以上两种情况很少发生。
3、正折射： 折射率dhdn＜0，折射率随高度增加而减小，上层空间的电波射线速度大，下层空间电波射线速度小，电波传播的轨迹向下弯曲与地面的弯曲同向，称为正折射。
正折射中又可根据特殊的折射率dhdn分成三种特殊的折射： （1）标准大气折射：在正常标准大气下的折射；（2）临界折射：电波射线的曲率半径刚好等于地球的半径，水平发射的电波射线将与地球同步弯曲，形成一种临界状态；（3）超折射：电波射线的曲率半径小于地球曲率的为超折射, 有逆温层（气温随高度增加）或水汽随高度急剧减小时，可以形成超折射。
此时电波从上层折回，再被下层反射，似在波导内传播一样，产生这种现象的空气层称为大气波导。
大气波导可在一个薄层内使电磁能向远方传播,这个薄层在对流层中可以是贴地面的,也可以是悬空的。
临界折射和超折射可使电波传播距离远远超过视距，特别是海上的大气波导，这也是有时能收到远地的超短波信号的主要原因。
折射4.2、 等效地球半径由上所述，由于大气的折射作用，使实际的电波传播不是按直线进行，而是按曲线传播的，但为了链路附加衰落因子计算方便，仍假设电波射线按直线传播，而认为地球半径有了变化，即由实际半径变为等效半径。
定义等效地球半径因子K 为 ：a a K e=＝dhdn a+11 式中：a e 等效地球半径； a 实际地球半径；由上式可见： 负折射，折射率dhdn＞0、K ＜1，等效地球半径a e 减小； 正折射，折射率dhdn＜0、K ＞1，等效地球半径a e 增大； 4.3、 等效地球凸起高度不考虑地球折射时，地球凸起高度he =ad d 221,考虑大气的折射作用后，等效地球凸起高度he ：he =aKd d 221 式中：d1------记录点到起始点的距离,(Km)； d2------记录点到终点距离，(Km)；he 等效地面突起的高度------由于大气折射而产生的等效地面突起的高度（m ）。
K----为等效地球半径系数；正常传输剖面图K =4/3，最坏气象传输剖面图K MIN =2/3；a ----为地球半径；一般取a=6370 km 。
4.4、 余隙计算前面没有考虑大气折射时电波传播余隙hc 等于：=c h 3112221)()(H he d H h d H h d --+++3211122212)()(H ad d d H h d H h d --+++=考虑大气的折射作用后，等效地球凸起高度he 有了变化，所以余隙hc 也发生了变化：c h 3211122212)()(H akd d d H h d H h d --+++=式中：hc —为中继剖面中，发收两点间射线中心线在障碍点上方的传播余隙；单位为米。
H1——为中继剖面中，发端天线地面的海拔高度；单位为米。
h1--- 发端天线中心对地面的挂高；单位为米。
H2——为中继剖面中，收端天线地面的海拔高度；单位为米。