5-无源微波电路-1
《微波技术与天线》傅文斌-习题标准答案-第4章
《微波技术与天线》傅文斌-习题答案-第4章————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：238第4章 无源微波器件4.1微波网络参量有哪几种？线性网络、对称网络、互易网络的概念在其中有何应用？ 答 微波网络参量主要有转移参量、散射参量、阻抗参量和导纳参量。
线性网络的概念使网络参量可用线性关系定义；对二口网络，对称网络的概念使转移参量的d a =，散射参量的2211S S =，阻抗参量的2211Z Z =，导纳参量的2211Y Y =。
互易网络的概念使转移参量的1=-bc ad ，散射参量的2112S S =，阻抗参量的2112Z Z =，导纳参量的2112Y Y =。
4.2推导Z 参量与A 参量的关系式（4-1-13）。
解 定义A 参量的线性关系为()()⎩⎨⎧-+=-+=221221I d cU I I b aU U 定义Z 参量的线性关系为⎩⎨⎧+=+=22212122121111I Z I Z U I Z I Z U⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=c d c c bc ad ca Z Z Z Z 122211211Z 4.3从I S S =*T出发，写出对称互易无耗三口网络的4个独立方程。
解 由对称性，332211S S S ==；由互易性，2112S S =，3113S S =，3223S S =。
三口网络的散射矩阵简化为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=112313231112131211S S S S S S S S S S 由无耗性，I S S =*T，即⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡100010001*11*23*13*23*11*12*13*12*11112313231112131211S S S S S S S S S S S S S S S S S S39得1213212211=++S S S0*2313*1112*1211=++S S S S S S 0*1113*2312*1311=++S S S S S S 0*1123*2311*1312=++S S S S S S4.4二口网络的级联如图所示。
微波通信原理--1
分体式微波设备系统结构
避雷器
ODU
ODU的接地线应接到铁塔的角钢上， 其接地电阻小于10欧姆 接地装置
地线的接地电阻应小于10欧姆
铁塔的接地电阻应小于10欧姆 接地电阻小 于10欧姆 同轴电缆
IDU
地气
IDU的接地
拉线塔
抛物面天线
增益：
Ga=20lgDa+20lgf+20.4+10lgηA Ga为天线增益(dB)； Da为天线口径(m)； f为工作频率(GHz)； ηA为天线效率，可取50%～70%。 实例: D＝0.6M F=13GHz G=35dBi (VHP2-130,35.5dBi)
1.2.1 普通无线电波波段的划分
波段名称
超长波 长波 中波 短波 超短波
波长范围
105～ 104 m 104～ 103 m 103～ 102 m 102～ 10 m 10 ～ 1 m
频率范围
3k～30k Hz 30k～300k Hz 300k～3M Hz 3M～30M Hz 30M～300M Hz
高频段可以做 用户级传输
越高频段雨衰 越厉害！！
衰落的一般特性
1、波长越短、距离越长，衰落越严重 2、夜间比白天严重，夏季比冬季严重 3、晴天，宁静天气比阴天、风雨天气时严重 4、水上电路比陆上电路严重 5、平地电路比山区电路严重
工作频段用途 频率 用途
7Ｇ
８Ｇ 13G １５Ｇ １８Ｇ ２３Ｇ ２６Ｇ ２８Ｇ
衰落类型
1.多径衰落 2. K型衰落 3.波导型衰落 4.雨衰
• 多径衰落 由 • 于折射波，反射波，散射波等多途径传播引起的衰落。多径衰落周期较短 一般为几秒。多径衰落又叫频率选择性衰落。合成波的电平比正常传输低称 为下衰落，比正常传输高称为上衰落。
5_8GHz微波接收机电路设计
<)=> 编 码 ! 速 率 为 !$"789: ! 调 制 方 式 为 !634 或 &0$634 副 载 波 的 二 进 制 相 移 键 控 ’ /?(@ ( 调
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混频器
+ 设计原理
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低噪声 放大器
2 E A J I/ <5 E J I/
带通 滤波器
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前置中频 放大器
2 E $& I/ <5 E J 0 B I/
数据 中频放大 处理 和 /?(@ 解调电路
本振 信号源 图 ! )(, 接 收 机 组 成 方 框 图 及 各 级 增 益 ) 噪 声 系 数 分 配 图
益 " 其 中 -! 4%$2( " -/ 4&2( " 两 级 共 !#2( " 其 他 增 益 值 如 图 ! 所示! 故可求得?
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微波电路及设计的基础知识
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. 微波电路的电脑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. 应用电路举例微波电路及其设计1.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。
2.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：采用别离组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微波混合集成电路例如图7 微波集成电路〔MIC〕例如图8微波单片集成电路〔MMIC〕例如2.1.3 微波电路还可以按照有源电路和无源电路分类。
微波电路的技术研究与应用
微波电路的技术研究与应用一、微波电路的概述微波电路是一种特殊的高频电路，在通信、雷达、无线电等领域中有着广泛的应用。
微波电路的频率范围一般在300MHz到300GHz之间，其特点是具有高速、大容量等优点，因此在现代通信系统中扮演着重要的角色。
二、微波电路的种类1. 微带线微带线是一种常用的微波传输线路，是用于制作微波集成电路的主要元件。
它由一层金属覆盖在介质基板上构成，嵌入在基板的内部，具有低成本、低损耗、小体积等优点。
2. 高频放大器高频放大器是一种用于放大微波信号的电路，它的主要作用是将输入信号放大到所需的输出幅度。
高频放大器的主要性能指标包括放大增益、频带宽度、可靠性等。
3. 微波滤波器微波滤波器是一种用于滤波微波信号的电路，它的主要作用是将输入信号中某个频率范围内的信号滤去或保留，以实现信号的分离或合并。
微波滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两种类型。
4. 微波混频器微波混频器是一种用于将不同频率的信号混合产生中频信号的电路，它的主要作用是将输入信号的频率转换到新的频率范围内，以实现多路信号的混合和解调。
三、微波电路的应用1. 通信领域微波电路在通信领域中应用广泛，主要包括无线电通信、卫星通信、移动通信等。
无线电通信中，微波电路主要用于收发机、反射器、放大器等电路中，以实现协议通信和广播。
2. 雷达领域雷达是一种用于探测目标位置和速度的设备，微波电路在雷达领域中具有重要作用。
微波电路主要用于雷达天线、放大器和混频器等电路中，以实现雷达信号的发射、接收和处理。
3. 无线通信领域微波电路在无线通信领域中应用广泛，主要包括无线网络、卫星通信、移动通信等。
微波电路主要用于天线、放大器、滤波器等电路中，以实现无线信号的传输和处理。
四、微波电路的制作工艺微波电路制作工艺相对复杂，要求制作精度高，材料的选择和工艺控制也很关键。
一般来说，微波电路的制作工艺包括以下几个方面：1. 材料选择微波电路材料的选择非常重要，主要包括基板材料、电极材料和封装材料等。
Microwave Office(微波办公室)教程 微波无源电路仿真技术(01平面电路)
简单PDK的四个文件
[Foundry] Name=AWR_Training Description=Example PDK for AWR Training Classes Version=1.0.0 [FilePathMacros] GDS_LIB=Library [File Locations] ModelPath=$DEFAULT;Models CellPath=$DEFAULT;Cells SymbolPath=$DEFAULT;Symbols LayerProcessFile=Library/AWR_Train ing_FR4.lpf AdditionalXML=AWR Training;Library/AWR_Training.xml DefaultTemplate=Library/AWR_Traini ng.emt EM_Models_Dir=$DEFAULT;NPorts
微波无源电路仿真技术
平面无源电路仿真
电子科技大学 贾宝富 博士
前言
平面无源电路仿真软件可以分为两类，一类是专门用于平 面无源电路电磁（EM）仿真的软件，例如：Sonnet和 IE3D。这类软件通常计算精度比较高，但图形输入界面不 太友好；功能单一。因此，这类软件的使用者不是很多。 另外一类平面无源电路仿真软件是既可以做电路仿真、又 可以做EM仿真的软件，例如：Agilent ADS、AWR Microwave Office、Agilent Genesys 和 Ansoft Designer等。这类软件既可以做无源电路的仿真又可以做 有源电路的仿真。因而用户较多。比较这些软件，其中 ADS和MWO是两款不错的软件。ADS的培训资料比较多 ，比较容易找到。MWO的资料比较少。而且根据我的使 用经验，MWO在做无源平面电路仿真时在优化手段和计 算精度上有其独到之处。因此，我们在这里给大家介绍 MWO在平面无源电路中的使用。
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
第七章微波控制电路
滤波器型开关 ：用PIN管代替滤波器元件就可构成宽频带
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多管单路开关
90º
Z0 Z0 Z0
90º
Z0
Z0
Y1 Y2
Z0
2V0
（a）并联型开关电路 并联 开关电路
（b）串联型开关电路 串联 开关电路
（c）并联型开关等效电路 并联 开关等效电路
两只PIN二极管组成的开关电路
双管并联型隔离度L (PIN管工作于低阻)： 1 1 2 L 10 lg (2 y1 y2 ) cos j(2 y1 y2 y1 y2 )sin 10 lg y1 y2 sin 4 4 2 2 2 900 2 y1 y2 y1 y2 g 10 lg g 10 lg g 6( (dB ) 10 lg 4 2 2
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微波开关
从电路形式分有：串联型开关、并联型开关、串/并联型 开关； 从电路性能分有：反射式开关、谐振式开关、滤波器式开 关 阵列式开关 关、阵列式开关。
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单 单 单刀单掷开关（ SPST）
D Z0 Z0 Z0 D Z0
正偏低阻通；（a）串联型 正偏低阻通 反偏高阻断；
Pa ZD Pout
Cp
（a）正偏等效电路 12 /53
（b）反偏等效电路
封装后的PIN管正、反向偏压下的等效电路
开关例题
例7.1 设PIN管的参数如下：Cj=0.5pF，Rf=Rr=1Ω，传输线 的特性阻抗为50Ω，工作频率f=2GHz。计算开关并联谐 振时的插入损耗和隔离度。 解 根据并联型开关的插入损耗及其正、负偏置状态导纳公 根据并联型开关的插入损耗及其正 负偏置状态导纳公 式，可求得 L并（插入损耗） 并 插入损耗）≈0.1dB， L并（隔离度）≈28.3dB 如果考虑PIN管封装后的参数，则在等效电路中引入 C p ，令 Ls 0.5nH, C p 0.2pF，当PIN管处于正偏时 Ls 、 为隔离状态 此时容抗很大 可以忽略 PIN管归一化导 为隔离状态，此时容抗很大，可以忽略， 管归 化导 纳为 1 y Z 0Y Z 0 1.23 1 23 j7 j7.76 76 R j L s f
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§5.4 衰减器
三、旋转极化式衰减器
原理： 1、3起固定极化的作用，旋转吸收片2的角度调节衰减量。
垂直于吸收片 2的场分量: E E1 cos
5. 无源微波电路
§5.2—5.6 ： 一、二端口元件 §5.7—5.8： 功分器
负载、接头和衰减器
T型接头、微带电阻功分器
§5.9—5.11：定向耦合器 魔T、微带耦合器
§5.15： 铁氧体器件 §5.16： 谐振腔 §5.17： 微波滤波器 隔离器、环行器
微波传输线谐振腔、微扰法
设计与实现法、低通和带通
~ 4b b B ln csc p 2b
23
§5.4 谐振窗
谐振窗: 在横向金属膜片上开设一个小窗，称为谐振窗，只对 相应谐振频率完全匹配。
谐振波长
ab r a b 2a 2 1 b / b
2
7
§5.3波导和同轴接头
一、 波导接头
扼(抗)流接头
实现机械上无接触而有良好电接触。
平法兰/抗流法兰盘
8
§5.3波导和同轴接头
9
§5.3波导和同轴接头
二、 同轴接头
N型接头 发展于1942年，以贝尔实验室P.Neil命名，插座的外直径大约 0.625in ,使用的频率上限范围为11－18GHz，取决于同轴线尺 寸大小，结构结实但体积较大。
10
§5.3波导和同轴接头
SMA接头 (SubMiniature version A )
SMA接头发展于20世纪60年代，插座的直径为0.25in，它可 以应用频率高至18～25GHz的范围，是目前应用最广泛的 微波连接器
TNC接头<10GHz
11
§5.3波导和同轴接头
12
§5.3波导和同轴接头
1
§5.2终端元件
常用的终端负载有: 匹配负载、短路负载和开路负载 只须用一个反射系数ΓL来表示
匹配负载—全部吸收输入功率
各 种 匹 配 负 载
2
§5.2匹配负载
小功率匹配负载 功 率 中功率匹配负载
大功率水负载
频 带 材 料
原理：
宽带匹配负载
窄带匹配负载
木材、石墨、羰基铁、吸收负载
长度一般取λg /2的整数倍，越长吸收效果和匹配性能越好
~
1 4a ln 2 de
(单销钉)
式中，d=2r，r为销钉半径。
B
~
4 p a 40.4a a ln 2 24.66r 1000
2
(三销钉)
式中, λ和λp分别为工作波长和波导波长。
21
电感膜片 当在波导窄壁上放置金属膜片后，会使波导宽壁上的电流 产生分流，于是在膜片的附近必然会产生磁场，并存储一部分 磁能，因此这种膜片称为电感膜片。
二、截至式衰减器
圆波导处于截至状态： >>(c )TE11 衰减系数：
?kc2 k 2
2
2 1 c c
2
衰减器、相移器的散射矩阵： 截止衰减器通常有20～30dB的起始衰 减，最大衰减量可达120dB～160dB。 频带宽，量程大，精度高是其优点。
λp 4 λp d 4 λp d 4 d
螺钉及等效电路
19
§5.4 销钉
(a) 单销钉； (b) 三销钉 矩形波导中垂直于宽边的金属圆棒，直径越大，感抗越小； 直径越小，感抗越大。采用多根销钉可减小感抗。
20
§5.4 销钉
电感销钉的相对电导近似值计算公式为
2 p B B Y0 a
常用射频/微波接头
13
§5.4 短路器
吸收物质
△
△
e
平 板 活 塞
太紧的配合会使移动不方便，间隙Δ又会造成不理想短路。 因此，间隙Δ和理想短路构成了设计的主要矛盾。
14
§5.4 短路器
有一、吸收式衰减器
移动式可调衰减器(a)
旋转式可调衰减器(b)
16
§5.4 衰减器
24
§5.5 其他平面电路元件
25
§5.5 其他平面电路元件
26
§5.5其他平面电路元件--微带的拐角
微带拐角 (a) 任意角度的拐角； (b) 等宽与不等宽两种匹配直角拐角 实验表明，此时从L波段到X 波段均能得到较好的匹配
27
表面电流 J =E 在吸收片上转化为热能
3
§5.2匹配负载
4
§5.2匹配负载
微波元器件的闲置端 口都必须配置匹配负载。 右图为微带线型耦合 器，其 4 端口配置了一 个 50 欧姆的匹配负载。 尽管从理论上讲 4 端 口是没有输出的。
5
§5.2微波暗室
吸波材料采用复合吸波材料(锥 形含碳海绵吸波材料粘贴在铁氧体上) 吸波材料反射损耗: 30MHz~18GHz≥15dB
输出到矩形波导的场分量: E2 E1 cos2 2 衰减量：LI 10 lg P1 / P2 20 lg E1 / E2 40 lg cos
与 有关、与频率无关。
用于衰减量的精密测量
18
§5.4 销钉
调谐螺钉: 螺钉插入波导的深度可以调节，电导的性质和大小 可随之改变，使用方便，是小功率微波设备中常采用的调谐和 匹配元件。
6
§5.3波导和同轴接头
在微波技术中，把相同类型传输线连接在一起的装置统称 为接头。常用的接头有同轴接头和波导接头两种。把不同类型 的传输线连接在一起的装置称为转接元件，又称作转换接头。 常用的有同轴线与波导、同轴线与微带线、波导与微带线间的 转接元件。
对接头的基本要求是：连接点接触可靠，不引起电磁的反射， 输入驻波比尽可能小（一般在1.2以下）；工作频带要宽；电磁 能量无泄漏；结构牢固，装拆方便，易于加工等。
§5.4 电感膜片
电感膜片及其等效电路
电感膜片电导的近似计算公式为
P ~ 2 a B cot a 2a
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§5.4 电容膜片
电容膜片 在矩形波导的横向放置一块金属膜片，在其上对称或不 对称之处开一个与波导宽壁尺寸相同的窄长窗口。
电容膜片及其等效电路 电导的计算公式为