微波电路与系统(谐振腔讲义与耦合)
新微波第5章微波电路与系统简介
尺寸：12.714mm
L(dB)
仿真曲线图
0 -10 -20 -30 -40 -50
2.75 2.80 2.85 2.90 2.95 3.00 3.05 3.10
f (MHz)
测试曲线图
2GHz微带带通滤波器
2GHz接收机设计版图
信号处理机
集成度高、工艺复杂、电路元件精度难以提高、电路特性 一致性差。 ②分布参数型：
精确印刷使电路质量高，批量制作使成本低，电路一 致性好（特别无源集成电路），应用广。
二、微波集成电路的特点：
部件小型化，轻量化； 生产成本低，周期短； 可靠性高； 指标高； 损耗大（Q值比同轴线低一个数量级，比波导低
微波系统简介
IM-W95毫米波干涉仪
f0
ห้องสมุดไป่ตู้
fd
2vr f0 c
弹头 Vr
炮管
毫米波弹速测试系统
f0＋f d
微波反射板
雷达超外差接收机
镜频滤波器 混频器
中频滤波
A/D
选频滤波器
LNA
本振
特 点： 重量大、体积大、成本高、使用不便。
二、60年代的两大进展
研制成功多种微波固态器件： 肖特基势垒混频二极管、开关用PIN管、倍频变容管、 负阻振荡用GUNN氏管…
微波平面传输线的深入研究与实用化： ﹡结构：带状线、标准微带线、… ﹡材料：εr↑tgδ↓体积↓重量↓的基片。 ﹡电路： 无源—匹配网络、滤波网络。 有源—（早期）混和集成电路（MIC）。
低通滤波器的设计
L(dB)
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60
微波电路与系统12
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12.1 RLC谐振电路
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串联谐振电路
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Hale Waihona Puke 第5页/共60页第6页/共60页
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并联谐振电路
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12.2 传输线谐振器
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短路传输线谐振器
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12.5 同轴谐振腔
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λ/2同轴腔
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λ/4同轴腔
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电容加载同轴腔
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第46页/共60页
12.6 微带谐振器
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Q值的计算
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12.4 圆柱谐振腔
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圆柱腔常用的三种模式
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12.7 谐振器的耦合
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有载、无载和外界Q值
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耦合系数
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微波电路与系统
仿真分析
通过CAD软件对设计进行 仿真分析，可以预测电路 性能并优化设计方案。
典型微波电路设计实例
放大器设计
根据性能指标选择合适的晶体 管或场效应管，设计匹配网络 和偏置电路，实现放大功能。
混频器设计
利用非线性元件实现频率转换 ，设计本振电路和滤波网络， 实现混频功能。
振荡器设计
选择合适的振荡器件，设计反 馈网络和输出匹配网络，实现 振荡功能。
接收机系统组成及工作原理
低噪声放大器
对接收到的微弱信号进行放大 ，同时降低噪声干扰。
中频放大器
对中频信号进行放大，以便于 后续处理。
天线
接收空间中的微波信号。
混频器
将接收到的微波信号与本振信 号进行混频，产生中频信号。
解调器
从中频信号中解调出原始信息 信号。
天线系统与馈线系统
天线类型
根据应用需求选择不同类型的天线，如抛物面天线、微带天线等。
功率放大器
是微波电路中的重要组成部分，用于将微弱的微波信号放大到足够的功率水平 以驱动负载。常见的功率放大器有行波管放大器、速调管放大器等。在选择功 率放大器时，需要考虑输出功率、效率、线性度等指标。
03
微波电路分析与设计
微波电路分析方法
等效电路法
数值分析法
将微波电路中的元件用集总参数元件 等效，进而利用电路理论进行分析。 这种方法适用于低频段和简单电路。
是一种具有放大、振荡等功能的三端器件。根据工作原理和结构不同，可分为双 极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）两大类。在微波电路中，常采用具有 高电子迁移率和高频特性的FET，如GaAs FET、GaN FET等。
场效应管与功率放大器
场效应管（FET）
微波第三章 微波谐振腔
于是有：
§3.2 微波谐振器的主要参数
v H dv r W Q0 r r 2 1 1 2 P Rs H t ds 2 s
2 f r
2
H H
v s
2
dv ds
2
t
H H
v s
2
dv
2
t
ds
2
H H
v s
2
dv ds
所以当谐振腔的形状、几何尺寸和填充介质给定后，可以 有许多（无穷多个）模可以使之谐振。 多谐性。 对应着许多不同的谐振频率
§3.2 微波谐振器的主要参数
二. 品质因数
（一）固有品质因数 谐振器不与任何外电路相连接（空载）时的品质因数。 固有品质因数的定义为谐振时：
Q0 2 WT 腔体在一个周期中的损耗能量 W 腔体的总储能
0
根据边界条件①： z 0处， z z 0 0 H 0 H 0 0 H 0 H 0 H
H z H J m Kc r
0
cos m
e sin m
j z
e
j z
j 2H
m
0
J m Kcr
cos m sin m
H t 2 为一常数，用2A表示。
当工作模式一定的时候 H
§3.2 微波谐振器的主要参数
则
V V Q0 A Q0 S S
可见: ① Q0 ∝ V/S， 应选择谐振器形状使其V/S大;
V r3 S r2 , ② 因谐振器尺寸与工作波长成正比即 ,
故有 Q0 r
§3.2 微波谐振器的主要参数
微波电路与系统(12)PPT课件
第12讲 传输线谐振器
电子科技大学 贾宝富 博士
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第12讲内容
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12.1 RLC谐振电路
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串联谐振电路
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并联谐振电路
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12.2 传输线谐振器
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短路传输线谐振器
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λ/2短路传输线谐振器
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λ/4短路传输线谐振器
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开路传输线谐振器
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12.3 矩形谐振腔
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场分布与谐振频率
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12.5 同轴谐振腔
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λ/2同轴腔
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λ/4同轴腔
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电容加载同轴腔
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12.6 微带谐振器
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12.7 谐振器的耦合
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Hale Waihona Puke 52精选ppt精选ppt
微波电路基本概念
微波电路基本概念微波电路是研究和应用微波技术的重要组成部分，其基本概念是理解微波电路原理和设计微波设备的基础。
本文将介绍微波电路的基本概念，包括微波频率范围、传输线、匹配网络、耦合器和功率分配器等。
一、微波频率范围微波频率范围一般指的是几个GHz到几百GHz之间的频率范围。
与常规的低频电路相比，微波电路在频率、尺寸以及特性上都有所不同。
微波电路的频率高，传输的信号具有高速率和大带宽，因此其特性分析和设计方法也有所不同。
二、传输线传输线是微波电路中常见的元件，用于在微波系统中传输信号。
常见的传输线类型包括同轴电缆、矩形波导和微带线。
传输线具有导频率特性、阻抗特性和波导模式等特点，其设计需要考虑阻抗匹配、功率传输以及信号衰减等因素。
三、匹配网络匹配网络是微波电路中用于实现阻抗匹配的关键元件。
在微波系统中，信号的传输需要保证阻抗的匹配，以减少反射和信号功率损失。
常见的匹配网络包括L型匹配器、T型匹配器和π型匹配器等，通过调整元件的参数来实现阻抗匹配。
四、耦合器耦合器是微波电路中用于将信号从一个部分传输到另一个部分的元件。
常见的耦合器包括负载耦合器、耦合隔离器和功率耦合器等。
耦合器的设计需要考虑耦合效率、插入损耗和功率传输等因素，以确保信号的有效传输。
五、功率分配器功率分配器是微波电路中用于将输入功率分配给不同输出端口的元件。
常见的功率分配器包括功分器和合分器等。
功率分配器的设计需要考虑功率均匀分配、射频损耗和相位平衡等因素，以确保各个输出端口的功率和相位稳定。
六、微波器件微波器件是用于产生、放大、调制、调制微波信号的器件。
常见的微波器件包括微带滤波器、微波放大器、微波发生器和微波调制器等。
这些器件通过调整电磁场的特性和信号的特性来实现对微波信号的处理，广泛应用于通信、雷达和卫星系统等领域。
总结微波电路基本概念涵盖了微波频率范围、传输线、匹配网络、耦合器和功率分配器等关键元件。
了解这些基本概念对于理解微波电路的工作原理和设计微波设备至关重要。
谐振腔的激励与耦合
§4.7 谐振腔的激励和耦合微波谐振腔必须与外电路相连接作为微波系统的一个部件才能工作,即它必须由外电路引进微波信号在腔中激励起所需模式的电磁振荡;腔中的振荡必须通过电磁耦合才能将腔内的部分能量输送到外界负载上去.由于微波元件大多数都具有互逆性,谐振腔的激励和耦合结构及工作特性是完全一样的,即一个元件用作激励或耦合时其特性相同.两者的差别只是波的传播方向相反而已.对谐振腔的激励(或耦合)元件的基本要求,是它必须保证能在腔中吉利起所需的振荡模式,而又能避免其他干扰模式的产生.谐振腔中某一振荡模式的建立,是通过激励元件首先在腔中某一局部区域激励起与所需模式相一致的电场或磁场分量,然后在由这一电场或磁场在整个腔中激励起所需的振荡.根据激励方式的不同;一般分为电耦合、磁耦合、绕射耦合和电子耦合四种。
下面分别对它们作简单的定性的介绍。
一、电耦合（探针耦合）它是利用插入谐振腔壁孔的一个探针来实现的，即通过电场的作用来实现耦合，因此称为电耦合。
为激励起腔中所需的振荡模式，要求探针轴线方向和腔中所需要模式在该处的电力线方向一致。
探针耦合常用于同轴传输线与谐振腔的耦合。
这时探针即由同轴线内导体延伸至腔内所构成。
二、磁耦合磁耦合是利用通过谐振腔壁的小孔而引入的耦合环实现的，因此也称为环耦合。
耦合环是通过磁场耦合以激励腔中所需的振荡模式，因此耦合环平面的法线，应与腔中磁力线平行，或者说，腔中振荡模式的磁力线应穿过耦合环，才能实现所需的模式。
耦合环也常用用于同轴线与谐振腔的耦合，它由同轴的内导体在腔中延伸并弯曲成环状，且的末端与腔壁要有良好的接触，以保证高频电流有闭合回路。
三、绕射耦合（小孔耦合）波导与谐振腔的耦合通常是采用小孔耦合方式，它是利用谐振腔与波导的公共壁上开小孔或槽孔来实现的，谷又称小孔耦合。
耦合孔位置的选择，应使孔所在处腔中所需模式的电力线或磁力线（或者两者兼而有之）与波导中传输波型在该处的同类力线相一致。
微波电路与系统01
第1讲内容■射频/微波的定义；■射频/微波的特点；■常规电路元件的射频特性; ■射频/微波的简史；■课程内容设置;■本课程的要求与建议;■身寸频(Radio Frequency)/微波(Microwave) ■无线电频谱中占据某一特殊频段的电磁波。
1.1 RF/MW的定义无线频谱的划分频段代号频率(GHz)波长(cm)P0. 23—1130—30L1—230—15S2—415—7. 5C4—87. 5—3. 75X8—12. 5 3. 75—2. 4Ku12. 5—18 2.4—1.67K18—26. 5 1.67—1. 13Ka26. 5—40 1. 13—0. 75毫米波40—3000. 75—0. 1亚毫米波300—30000. 1—0. 01RF/MW典型应用的频谱应用范围电视移动电话GPS全球定位系统微波炉美国UWB通信卫星通信雷达频率范围54MHz—890MHz 900MHz—1800MHz 1227MHz （军用）1575MHz （民用）2.45GHz3.1—10.6GHz C波段和Kii波霞L、S、X波段RFID 43MHz, 900MHz,2.4GHz, 5.4GHz1.2 RF/MW的特点■频率咼□通信系统中相对带宽Af/f通常为一定值,□所以频率僦高,越容易实现更大的带宽Z\f ,从而信息的容量就越大。
□例如,对于1%的相对带宽,600MHz频率下宽带为6MHz （—个电視频道的带宽）,而60GHz频率下带宽为600MHz （100个电视频道！）。
□因此,RF/MW的一个最广泛应用就是无线通信。
微波接力通讯Tran$m^$KXi Trar^rrt?$$ion蜂窝电话系统波长短■天线与RF电路的特性是与其电尺寸1/入相关的。
在保持特性不变的前提下,波长入越短 ,天线和电路的尺寸I就越小，因此，波长短有利于电路的小型化。
■目标的雷达散射截面（RCS ）也与目标的电尺寸成正比z因此在目标尺寸一定的情况下,波长越小,RCS就磁大。