微波电路与系统(03)(稻谷书苑)
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。
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》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
微波电路与系统课程介绍
参考资料：《射频/微波电路导论》 雷振亚 西安 电子科技大学出版社 2005.8
参考资料：《微波固态电路》言华 北京理工大学 出版社 1995
参考资料： 《Microwave Solid State Circuits Design》 Inder Bahl A John Wiley & Sons Inc，Publication， 2003
要讲授PIN开关、衰减器和移相器的设计方 法。本章授课学时—4学时。 实践性教学环节 实践性教学环节主要以仿真实验为主。实验 部分学时—4学时。
7
考核方式
本课程平时考核占总分20%（以作业和出勤率 综合考核）；
实验环节占总分20%（实验报告）； 期末考试占总分60%（开卷笔试）；
8
建议教材及参考资料
微波电路与系统
微波电路与系统课程介绍
电子科技大学 贾宝富 博士
1
绪论
前期课：微波技术， 电子线路 内容： 微波电路理论，应用技术，
半导体知识，通信系统概念
2
本课的相关课程与技术
相关课程：
电磁场 -- 基础课， 电场磁场分布，电波传播 微波技术--无源电路， 分布参数、传输线、微波网络、
滤波器、匹配、 阻抗变换 射频电路--有源电路， 放大、振荡、变频、滤波、收发信机
• 第一章：引言 • 简单介绍微该章内容 。本章授课学时—1学时。 • 第二章：微波集成电路基础 • 介绍微波平面集成传输线、微波单片集成电 路。理解微带电路的不连续性。掌握阻抗变 换电路、功率分配器和耦合器。本章授课学 时—5学时。
4
教学内容
5
教学内容
第五章：微波倍频器 了解微波倍频器的工作机理。本章主要讲授
微波学习的书籍推荐列表
微波学习的书籍推荐列表1。
微波集成电路，中国集成电路大全编委会国防工业2。
砷化镓微波功率场效应晶体管及其集成电路李效白科学出版社3。
微波固体电路黄香稪成都电讯工程学院4。
薄厚膜混合集成电路胡忠偦等国防工业5。
微波器件和电路（美）S。
Y。
利奥科学6。
微波集成电路设计顾其诤人民邮电7。
微波电路计算机辅助设计（上，下）高葆新清华8。
射频电路设计------理论与应用美（有英文原版和中译本）电子工业9。
微波电路CAD软件应用技术李润旗国防工业10。
微波技术与天线王新稳电子工业11。
微波半导体控制电路(米)J.F.怀特科学12。
微波固态频率源理论。
设计。
应用费元春国防13。
微波工程基础米R.E.柯林人民邮电*14。
宽带匹配网络的理论与设计米陈惠开人民邮电15。
有源网络与反馈放大器理论米陈惠开科学16。
晶体管原理与设计陈新弼成都电讯工程学院17。
微带功率晶体管放大器袁效康人民邮电18。
宽带匹配网络黄香稪西北电讯工程学院19。
微波晶体管放大器分析与设计米Guillermo Gonzalez中英文清华大学20。
电子线路PSPICE分析与设计赵雅兴天津大学21。
模拟电路的计算机分析与设计PSPICE程序应用高文焕清华大学22。
微带电路清华大学《微带电路》编写组人民邮电23。
微波低噪声晶体管放大器陈天麒人民邮电24。
微波半导体器件毛钧业成都电讯工程学院25。
Microwave and RF Circuits: Analysis,Synthesis and design, Max W.Medley,Artech House ,Boston.London26。
毫米波工程基础薛良金国防工业27。
固态高频电路胡见堂谭博文余德泉国防科技大学28。
相控阵雷达系统张光义国防工业29。
微波线性无源网络林守远科学30。
微波电路的计算机辅助设计K.C.格普塔科学31。
现代微波滤波器的结构与设计上下册甘本跋吴万春科学32。
微波电路喝崇俊国防科技大学33。
《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。
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第3讲 传输线理论(2)
电子科技大学 贾宝富 博士
1
第3讲内容
无耗传输线的工作状态 无耗传输线的特解
详细课资
2
3.1 无耗传输线的工作状态
详细课资
3
3.1.1 行波状态
详细课资
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6
3.1.2 驻波状态（全反射）
详细课资
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9
短路线的几个特点
详细课资
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29
详细课资
30
详细课资
31
3.2 有耗传输线
详细课资
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详细课资
33
详细课资
34
详细课资
35
详细课资
36
传输功率
详细课资
37
详细课资
38
详细课资
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传输线效率
详细课资
40
详细课资
41
详细课资
42
小结3
详细课资
43
习题3
P36:1-16, 1-22,1-23
详细课资
10
详细课资
11
开路线
详细课资
12
详细课资
13
详细课资
14
3.1.3 行驻波状态（部分反射）
详细课资
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详细课资
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详细课资
22
3.2 无耗传输线的特解
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详细课资
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