电子科技大学微波课件
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微波技术基础第25次课
第8章 常用微波元件
耦合线定向耦合器
其特性是:由端口①输入的信号一部分传至端口②，一部 分耦合至副线由端口③输出，端口④无输出。 对耦合微带线或其它非TEM线，奇，偶模速度不相同，耦 合器的定向性就要变差。为改变性能，需要采取相应的速 度补偿措施，如加介质覆盖层，采用各向异性基片，耦合 段做成锯齿形等。
P3 K 为功率分配比 P2
2
第8章 常用微波元件
8.4 四端口元件
四端口[S]参数性质 性质1:无耗互易四端口网络可以完全匹配，而为一理 想定向耦合器。 性质2:有理想定向性的无耗互易四端口网络不一定四 个端口均匹配，即是说四个端口匹配是定向耦合的充 分条件，而不是必要条件。 性质3:有二个端口匹配且相互隔离的无耗互易四端口 电路必然为一理想定向耦合器，且其余两个端口亦匹 配并相互隔离。
徐锐敏 教授
电子科技大学电子工程学院 地点：清水河校区科研楼C309 电话：61830173 电邮：rmxu@
第8章 常用微波元件
8.3 三端口元件
在微波技术中常用作分路元件或功率分配器/合成器：
无耦三端口网络的基本性质
第8章 常用微波元件
任意三端口网络的散射矩阵为
S11 S S 21 S 31 S12 S 21 S 32 S13 S 23 S 33
一个匹配的三端口网络的s矩阵可表示为若网络无耗则其s矩阵为幺正矩阵即有t010001100s??????????r001100010s??????????121321233132000sssssss??????????第第8章常用微波元件在如下两种情况下这些方程式满足1
第8章 常用微波元件 微波技术基础
第六章 微波单片集成技术电子科大
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
MMIC 工艺
Step5:第一层金属
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
MMIC 工艺
Step6:介质层
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
MMIC 工艺
Step7:第二层金属
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
MMIC 工艺
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
建模方法概述
方法 基于 物理 种类 数值 模型 解析 模型 优点 理论上准确;适用于各种物理结 构和工艺参数的MSEFET；可以 预研究器件。 非常适合器件设计，尤其是 MMIC设计和特性模拟。适用 CAD技术 缺点 过分耗机时，在CAD应用中正在 完善；准确度依赖模型，精度有 所局限。 由于加工过程中不可预知因素 （缺陷等），因此必须以测量的 方法确定其元件值及特性；精度 较差。
2l wt Ls 2l (ln ) wt 3l
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
电感 电感模型的验证
n=9 L=166μm w=20 μm s=10 μm
L imag(1/ Y11 ) /(2f ) Q imag(1/ Y11 ) / real(1/ Y11 )
Step8:通孔制作
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
MMIC 工艺
Step9:划片道制作
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
EDA技术
为了设计MMIC电路，设计者必须根据指标寻求电路 拓扑结构，然后通过CAD技术MMIC电路进行准确的 预测（仿真）。
目前主流仿真工具有Agilent ADS, Ansoft Designer, AWR Microwave Office。 仿真工具可以把MMIC电路中的元部件通过各自模 型连接起来，然后通过微波理论对整个电路进行 时域或者频域的仿真。
微波技术基础电子科大第12次课
低频的集总参数带通滤波器，关心每 一个元器件的值，与传输线无关。
分布参数电路与集总参数电路的区别
分布参数电路：当元器件的尺寸与波长可比拟时， 电磁场（幅度相位）不仅随时间变化，而且同时随 空间位置变化，电磁波在电路中传输的滞后效应显 著。传输线就不能再简单的认为只是电路上两点之 间的连接方式，而应该等效为具有分布参数的电路 网络，线上各点的电位不同，处处有储能和损耗， 导体上存在有损耗电阻、电感，导体间存在分布电 容和漏电导。在设计时必须把传输线作为电路的一 部分来考虑。
TEM模的一个重要特性就是电磁场垂直于传播方向，场 分布与静场相同，电压、电流和特性阻抗可以由电磁场 唯一确定。另外，传输线参数，如，单位长度的电感和 电容等也可以由电磁场唯一定义，这样，传输线理论就 把集总参数电路理论用来解决一般的电磁场问题（化场 为路）。 最后，矩形波导，圆波导和槽线支持的是非TEM模，单 导体系统也无法确定对应电压波和电流波。在这次课， 我们只研究TEM模传输线的分布参数电路理论，对于波 导系统的分布参数理论在以后的课程中介绍。
专业资料发电厂发电厂用户家中用户家中交流电频率fis50hz波长llis5??106m传输线的形式1专业资料集成电路微带线带状线通孔从此处截面pcb基板tw上图的横截面t信号微带地地电源信号带状线信号带状线地地电源信号微带铜导线copperplanefr4基板w信号频率f5ghz波长ll6cm微带线带状线传输线的形式2专业资料?选择何种形式的传输线必须根据其应用场合和目的例如用于传输兆瓦级电磁能量的高功率传输线必须具有高功率容量和低损耗特性一般都非常笨重
传输线的参量
每个单元均可由L1，C1，G1，R1四个参数来决定。 L1表示导体的自感，与单位长度传输线内存储的磁 能时均值相关。 C1表示导体之间的电容耦合，决定于导体的接近程 度，与单位长度传输线内存储的电能时均值相关。 G1表示由介质引起的单位长度的传输线上的功率耗 散的时均值。 R1表示由金属的有限导电率引起的传输线上的功率 损耗的时均值。 G1，R1表示的是传输线的衰减（损耗）参量。
微波电路与系统(06)PPT课件
精选
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6.2.3 矩形波导中的传输功率
精选
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6.3 圆波导
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圆波导的模式简并现象
精选
圆波导常用的三个模式
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TE11模场结构
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圆波导TE01模的磁力线动态图
精选
微波电路与系统（一）
第6讲 金属波导(1)
电子科技大学 贾宝富 博士
第6讲内容
精选
6.1 引言
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6.2 矩形波导
精选
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6.2.1 矩形波导的场分量
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6.2.2 矩形波导的传输特性
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圆波导TE01模的电流动态图
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TM01模场与壁面电流分布
精选
圆波导TM01模的电场动态图
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圆波导TM01模的电场动态图
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圆波导TM01模的电场动态图
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圆波导TM01模的磁场动态图
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小结6
矩形波导 圆波导
精选习题6P66: Nhomakorabea2-12 P67: 2-18，2-25
精选
6.2.3 矩形波导中的传输功率
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6.3 圆波导
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圆波导的模式简并现象
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圆波导常用的三个模式
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TE11模场结构
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圆波导TE01模的磁力线动态图
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微波电路与系统（一）
第6讲 金属波导(1)
电子科技大学 贾宝富 博士
第6讲内容
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6.1 引言
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6.2 矩形波导
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6.2.1 矩形波导的场分量
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6.2.2 矩形波导的传输特性
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圆波导TE01模的电流动态图
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TM01模场与壁面电流分布
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圆波导TM01模的电场动态图
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圆波导TM01模的电场动态图
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圆波导TM01模的电场动态图
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圆波导TM01模的磁场动态图
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小结6
矩形波导 圆波导
精选习题6P66: Nhomakorabea2-12 P67: 2-18，2-25
微波技术基础电子科大第15次课
4、当 R1 L1 与 G1 C1 的条件不成立时，传输线
本身的损耗（包括导体损耗、介质损耗和辐射损
耗）不能忽略，必须考虑损耗引起的衰减→有耗
线。——实际工程中的真实情况。
5、有耗线与无耗线的传输特性——工作状态基本
一致，线上电压和电流均是入射波与反射波的叠
加。
5.7 均匀有耗传输线的特性与分析
传输线的三种工作状态
内容
0、行驻波特性 1、均匀有耗线的特性 2、功率与损耗 3、有耗线理论的应用 4、有耗、无耗线的对比 5、均匀波导等效为传输线(掌握等效的 依据和原则)
传输线的工作状态—行驻波状态
5.6.3 行驻波状态——最普遍的部分反射情况
①RL≠0 ②XL＝0时， RL≠Z0
5.7 有耗传输线的特性分析
有耗线的传播常数
sc Z in ( ) 1 j arcth oc Z in ()
由于开路和短路输入阻抗是复数，将其展开为 实部和虚部，可得衰减常数和相位常数。
提供了一种微波测试的依据，来测试微波传输 线的特性参数。
5.8 传输功率与传输效率
不同负载条件下，波在微带线上的状态
不同负载条件下，波在微带线上的状态
不同负载条件下，波在微带线上的状态
与传输线长度相关的特殊情况
2n 1 z g 4 n z g 2
Z Z in ZL
2 0
Zin Z L
传输线为四分之波长奇数倍的时候，1、纯电抗元件的类型发生变化；2、 开路状态与短路状态可互相变换。3、电阻元件的阻值可实现归一化的倒 数。 作用：用于滤波器和阻抗变换器中。 传输线为半波长整数倍（四分之波长偶数倍）的时候，端接负载阻抗不发生 变化。
微波技术基础课件—第9次课
i
Ht Ii ( z)hi (u, v)
i
式中Vi ( z ) 和 I i ( z ) 称为第i模式的模式电压和模式电流。 当波导中传输任意场时，所传输的总功率为 1 1 ˆ ˆ P0 Re E H zds Re Et H t zds S S 2 2 1 ˆ Re Vi ei I j h j zds S 2 i j
2.6 波导正规模的特性
模式：模式即波型 导波系统中，能够独立存在的一种导波场 分布。
不同模式之间彼此相互独立，可以单独存在，也可 同时并存
——满足麦克斯韦方程和边界条件的任何一个独立特解 都可以称为是一种模式。
同轴线：TEM，TEmn，TMmn ，都是模式 矩形波导： TEmn，TMmn 某些导波系统中（部分介质填充的金属波导）：EHmn ， HEmn
2.6 波导正规模的特性
正规模：所有模式的集合总称。 以金属波导为例： 金属波导的正规模包括无穷多个结构不同 的TEmn和TMmn模式。
正规模的重要特性：
对称性、正交性、完备性
2.6 波导正规模的特性
对称性 ：
正规模的电场和磁场对时间具有对称和反对称性 1.正规模的电场和磁场波函数对时间t分别为对称函数和 反对称函数，即有：
1 ˆ Re Vi I j ei h j zds S 2 ij 1 ˆ Re Vi I i ei hi zds S 2 i
1 i j ˆ ei h j zds S 0 i j
2.6 波导正规模的特性
结果表明，波导中传输任意场时的总功率等于每个正规 模所携带功率之总和，而各模式之间没有能量耦合。 正如前面所讨论的色散导波系统，如矩形波导或圆波导， 其TE和TM模的场解为：
Ht Ii ( z)hi (u, v)
i
式中Vi ( z ) 和 I i ( z ) 称为第i模式的模式电压和模式电流。 当波导中传输任意场时，所传输的总功率为 1 1 ˆ ˆ P0 Re E H zds Re Et H t zds S S 2 2 1 ˆ Re Vi ei I j h j zds S 2 i j
2.6 波导正规模的特性
模式：模式即波型 导波系统中，能够独立存在的一种导波场 分布。
不同模式之间彼此相互独立，可以单独存在，也可 同时并存
——满足麦克斯韦方程和边界条件的任何一个独立特解 都可以称为是一种模式。
同轴线：TEM，TEmn，TMmn ，都是模式 矩形波导： TEmn，TMmn 某些导波系统中（部分介质填充的金属波导）：EHmn ， HEmn
2.6 波导正规模的特性
正规模：所有模式的集合总称。 以金属波导为例： 金属波导的正规模包括无穷多个结构不同 的TEmn和TMmn模式。
正规模的重要特性：
对称性、正交性、完备性
2.6 波导正规模的特性
对称性 ：
正规模的电场和磁场对时间具有对称和反对称性 1.正规模的电场和磁场波函数对时间t分别为对称函数和 反对称函数，即有：
1 ˆ Re Vi I j ei h j zds S 2 ij 1 ˆ Re Vi I i ei hi zds S 2 i
1 i j ˆ ei h j zds S 0 i j
2.6 波导正规模的特性
结果表明，波导中传输任意场时的总功率等于每个正规 模所携带功率之总和，而各模式之间没有能量耦合。 正如前面所讨论的色散导波系统，如矩形波导或圆波导， 其TE和TM模的场解为：
微波技术基础课件—第3次课
TE TM S
TEM、TE、TM波的导体损耗
c
2 Rm H 0t dl l (Np / m) 2 2 Z TEM H 0t d S
S
TEM
c
TE
Rm 2 Z TE
l
S
2 2 2 4 Rm t H 0t kc H 0 z H 0t dl l 2 2 2 2 H 0t dS 2 Z TE k c H 0 z d S
0
p
c
相位速度
r r
, g
r r
, g
r r
特点:是相速大于平面波速，即大于该媒质中的光速，而群 速则小于该媒质中的光速，同时导波波长大于空间波长。这 是一种快波。 2 2 ② k k c ,临界状态 0 沿z方向没有波的传播过程，k称为临界（截止）波数。
We Wm
s
w e平 均 d S wm平 均 dS
4
E E dS
s
4
s
E E dS
s
TEM波
W eT E M
4
s
2 E0t dS
W mTEM
4
s
2 H 0t dS
TE、TM波
W eT E
4
s
2 E 0t dS
2
这时 k ， p g c ， g 。 导行波的传播特性与均匀平面波相同，是TEM波。 2 kc 0
由k与kc的不同关系，这种导行波又可分为以下三种状态： ① k kc
TEM、TE、TM波的导体损耗
c
2 Rm H 0t dl l (Np / m) 2 2 Z TEM H 0t d S
S
TEM
c
TE
Rm 2 Z TE
l
S
2 2 2 4 Rm t H 0t kc H 0 z H 0t dl l 2 2 2 2 H 0t dS 2 Z TE k c H 0 z d S
0
p
c
相位速度
r r
, g
r r
, g
r r
特点:是相速大于平面波速，即大于该媒质中的光速，而群 速则小于该媒质中的光速，同时导波波长大于空间波长。这 是一种快波。 2 2 ② k k c ,临界状态 0 沿z方向没有波的传播过程，k称为临界（截止）波数。
We Wm
s
w e平 均 d S wm平 均 dS
4
E E dS
s
4
s
E E dS
s
TEM波
W eT E M
4
s
2 E0t dS
W mTEM
4
s
2 H 0t dS
TE、TM波
W eT E
4
s
2 E 0t dS
2
这时 k ， p g c ， g 。 导行波的传播特性与均匀平面波相同，是TEM波。 2 kc 0
由k与kc的不同关系，这种导行波又可分为以下三种状态： ① k kc
微波电路与系统(03)PPT课件
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精选PPT课件
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传输功率
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传输线效率
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小结3
精选PPT课件
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习题3
P36:1-16, 1-22,1-23
精选PPT课件
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20
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21
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22
3.2 无耗传输线的特解
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精选PPT课件27ຫໍສະໝຸດ 精选PPT课件28
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3.2 有耗传输线
精选PPT课件
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7
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短路线的几个特点
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开路线
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3.1.3 行驻波状态（部分反射）
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微波电路与系统（一）
第3讲 传输线理论(2)
微波技术基础电子科大第1次课PPT优秀课件
2.5 to 2.6 GHz
Radio altimeters
4.2 to 4.4 GHz
802.11a wireless local area network (WLAN)
5.15 to 5.25 GHz (lower band) 5.25 to 5.35 GHz (middle band) 5.725 to 5.825 (upper band)
• 波段细分： • 分米波： 300MHz～3GHz， 1m～10cm • 厘米波： 3GHz～30GHz， 10cm～1cm • 毫米波： 30GHz～300GHz， 1cm～1mm • 太赫兹波：300GHz～3THz， 1mm～0.1mm
4
电磁频谱分布图
5
2、微波波段划分
• 源于第二次世界大战期间，为了保密和描述方便，用大写 英文字母表示工作雷达的工作波段。
866-870MHz
Cell phones (GSM)
824 to 960 MHz
11
System
Frequency range
Industrial, medical & scientific (ISM) band United States including RFID
902 to 928 MHz
最早用于搜索雷达的电磁波波长为23cm，这一波段被定义为L波段（英语 Long的字头），后来这一波段的中心波长变为22cm。
当波长为10cm的电磁波被使用后，其波段被定义为S波段(英语Short的字 头，意为比原有波长短的电磁波）。 短波通信的“短” (3-30MHz).
为了结合X波段和S波段的优点，逐渐出现了使用中心波长为5cm的雷达， 该波段被称为C波段（C即Compromise，英语“结合”一词的字头）。
Radio altimeters
4.2 to 4.4 GHz
802.11a wireless local area network (WLAN)
5.15 to 5.25 GHz (lower band) 5.25 to 5.35 GHz (middle band) 5.725 to 5.825 (upper band)
• 波段细分： • 分米波： 300MHz～3GHz， 1m～10cm • 厘米波： 3GHz～30GHz， 10cm～1cm • 毫米波： 30GHz～300GHz， 1cm～1mm • 太赫兹波：300GHz～3THz， 1mm～0.1mm
4
电磁频谱分布图
5
2、微波波段划分
• 源于第二次世界大战期间，为了保密和描述方便，用大写 英文字母表示工作雷达的工作波段。
866-870MHz
Cell phones (GSM)
824 to 960 MHz
11
System
Frequency range
Industrial, medical & scientific (ISM) band United States including RFID
902 to 928 MHz
最早用于搜索雷达的电磁波波长为23cm，这一波段被定义为L波段（英语 Long的字头），后来这一波段的中心波长变为22cm。
当波长为10cm的电磁波被使用后，其波段被定义为S波段(英语Short的字 头，意为比原有波长短的电磁波）。 短波通信的“短” (3-30MHz).
为了结合X波段和S波段的优点，逐渐出现了使用中心波长为5cm的雷达， 该波段被称为C波段（C即Compromise，英语“结合”一词的字头）。
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§7.3 FET mixers
Advantage: conversion gain, higher dynamic range. (1dB compression、
3rd order intercept) Disadvantage:
① Higher noise figure than diode mixer, because of larger current. The proper comparison should include the cascade effect of adjacent stages considering the conversion gain. ② small bandwidth than diode mixer. ③ may be self-exciting.
conversion gain.
④ Minimum LC often occurs for LO power between 5 and 13dBm, which means nonlinear analysis is required.
4. Noise figure
① Noise is generated by diode or transistor elements, thermal sources due to resistive losses. ② Diode mixers generally achieve lower noise figures than transistor mixers. ③ The power of an SSB signal is one-half that of a DSB signal.
For resistive mixers:
FDSB LC
F 1 Te T0
Te
nT 2
( LC
1)
n≤2,
Diode ideality factor , T=T0
§7.2 Diode mixers—resistive mixers
Analysis method: ① Small-signal approximation
1. Frequency Conversion
Transmitter up-conversion Receiver down-conversion
2. Image Frequency
① For down-conversion f RF1 f L0 f IF fRF2 fL0 fIF
They are indistinguishable at the IF stage, unless to reselect the signal and stop the noise or interference.
② f L0 f RF f IF noise of LO
③
f2L0 fRF fIM
f IM f L0 f L0 f RF
Two times mixing
f2Lo is the two times harmonies of LO, coming from inside or outside of mixer.
In receiver:
① LO RF port, radiated from the antenna,
Solved by BPF or amplifier.
② LO IF port, solved by filter.
In transmitter:
LO, IF RF Solved by filter
F Si / N0 S0 / N0
FSSB 2FDSB
SiDSB 2SiSSB
SODSB 4SOSSB
FDSB
SiDSB / N0 SODSB / N0
2SiSSB / N0 4SOSSB / N0
1 2 FLeabharlann SBFor SSB signal:
①
② Image reject mixers
5. Isolation
3. Conversion loss
LC
10lg
PRF PIF
① It comes from resistive losses and frequency conversion
process.
② Diode mixers have conversion losses several dB.
③ Transistor mixers have lower conversion loss and may have
Microwave and RF Design of Wireless Systems
Chapter 7
Mixers
Dr. Zhang Yonghong
A mixer is a three-port device, that uses a nonlinear or time-varying element to achieve frequency conversion.
Filter must be used to select the desired frequency.
§7.1 Mixer characteristics §7.2 Diode mixers §7.3 FET mixers
§7.1 Mixer Characteristics
1. Frequency Conversion 2. Image Frequency 3.Conversion Loss 4. Noise Figure 5. Isolation
Assume the signal power presented to the diode is small enough that a Taylor series approximation can be made for the diode current in terms of the diode voltage. Useful for many rectifier, detector and mixer. ② Large-signal: using a fully nonlinear analysis. ③ Switch model.