微波电路与系统(19)
微波电路-实验内容
微波通信概述微波无线通信是以空间电磁波为载体传送信息的一种通信方式，构建微波无线通信时不需要用线缆连接发信端和收信端。
因而在航空航天通信、海运和个人移动通信以及军事通信等方面，微波无线通信是其它通信方式所不可替代的。
微波通信是一种先进的通信方式，它利用微波（载频）来携带信息，通过电波空间同时传送若干相互无关的信息，并且还能再生中继。
由于微波具有频率高、频带宽、信息量大的特点，因此被广泛地应用于各种通信业务中。
如微波多路通信，微波接力通信，散射通信，移动通信和卫星通信等。
同时，用微波各波段的不同特点可实现特殊用途的通信，具体如下：A. S-Ku波段的微波适于进行以地面为基地的通信；B. 毫米波适用于空间与空间之间的通信；C. 毫米波段的60GHz频段的电波大气衰减大，适用于近距离的保密通信；D.90GHz频段的电波在大气中衰减很小，是一个无线电窗口频段，适用于地—空和远距离通信。
E.对于很长距离的通信L波段更适合。
微波通信的主要特点根据所传输基带信号的不同，微波通信又分为两种制式。
用于传输频分多路——调频（FDM-FM）基带信号的系统称作模拟微波通信系统。
用于传输数字基带信号的系统称作数字微波通信系统。
后者又进一步的分为PDH微波和SDH微波通信两种通信体制。
SDH微波通信系统是未来微波通信系统发展的主要方向，利用调制和复用技术，一条微波线路可以传送大量的信息。
这是微波通信的一个主要优点，例如，一个标准的4GHz微波载波，带宽约为10%~20%，可以传送几万条电话信道或几十万条电视信道。
微波通信系统的组成微波通信传输线路的组成形式可以是一条主干线,中间有若干分支,也可以是一个枢纽站向若干方向分支.但不论哪种组合形式,主要是有由微波终端站、中继站和分路站等组成的。
如图所示：终端站中继站再生中继站终端站微波微带电路系统实验设计平台一、适用范围本设计平台主要面向各大中专院校微波通信工程、电子工程、通信工程等专业开设的《微波技术》、《微波电路》、《天线原理》、等课程的实验教学及课程设计、毕业设计而研制的最新产品。
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。
非线性微波电路与系统 第三章..
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非线性微波电路与系统
3.1 谐波平衡法
3.1.1 谐波平衡方程的建立
一般非线性二端口部件的等效电路
等效电路中的输入输出网络一般为匹配、偏置、 滤波等电路。
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非线性微波电路与系统
Ym,n diag Ym,n (kwp ) , k 0,1,2,......, K
即
Ym ,n
Ym ,n (0) Y ( w ) m ,n p ... ... ... Ym ,n (kwp )
Vb1 V s 0 0 Vn1 V ...... n 2 V b2 0 ...... 0
非线性微波电路与系统
电子工程学院 电磁场与微波技术 主讲人： 徐锐敏
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（教授）
非线性微波电路与系统
3.1 谐波平衡法
谐波平衡法：
分析单一的频率信号激励强或弱的非线性电 路。用于分析功放、倍频器、带本振激励的混频器 等。 变换矩阵法（大/小信号法）： 分析两个频率信号激励的非线性电路，其中 一个激励信号幅度很大而另一个幅度很小。用于混 频器、调制器、参量放大器、参量上变频器等。
I
即
Is
YNN
V
I = Is + YNN V
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非线性微波电路与系统
3.1.1 谐波平衡方程的建立
电路图中的N+1,N+2端口的激励源转换为端口1至N的电 流源。到此，我们完成了求解流入线性子网络的电流向 量。
即：流入线性子网络的 电流＋流入非线性子网 络的电流＝0
0
《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。
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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。
典型微波炉电路的识图方法，一看就懂
典型微波炉电路的识图⽅法，⼀看就懂普通微波炉电路图4-19所⽰是⼀种典型的机械控制式微波炉电路。
该电路的核⼼元器件是磁控管MT、⾼压变压器T、定时器、主连锁开关，辅助元器件是转盘电动机、炉灯。
图4-19 机械控制式微波炉电路(图中开关处于关门状态)关闭炉门时，连锁机构随之动作，使连锁监控开关S2断开，主连锁开关S3和副连锁开关S1闭合，此时微波炉处于待机状态。
将定时器置于某⼀时间挡后，定时器开关S5闭合，接通炉灯EL 的供电回路，EL开始发光。
再将功率调节器调为需要的挡位，此时220V市电电压不仅为定时器电动机MD、转盘电动机M、风扇电动机MF供电，使它们开始运转，⽽且加到⾼压变压器T的⼀次绕组，使它的灯丝绕组和⾼压绕组输出交流电压。
其中，灯丝绕组向磁控管的灯丝提供3.3V 左右的⼯作电压，点亮灯丝为阴极加热;⾼压绕组输出的2000V左右的交流电压，通过⾼压电容C和⾼压⼆极管VD组成半波倍压整流电路，产⽣4000V的负压，为磁控管的阴极供电，使阴极发射电⼦，磁控管形成2450MHz 的微波能，经波导管传⼊炉腔，通过炉腔反射，刺激⾷物的⽔分⼦使其以每秒24.5亿次的⾼速振动，互相摩擦，从⽽产⽣⾼热，实现⾷物的烹饪。
电脑控制型微波炉电路下⾯以安宝路傻⽠智慧型微波炉的电路为例，介绍电脑控制型微波炉电路的识图⽅法。
该机的电⽓系统构成如图4-20所⽰，电路原理图如图4-21所⽰。
图4-20 安宝路傻⽠智慧型微波炉电⽓构成⽰意图1.电源电路参见图4-21，将该机的电源插头插⼊市电插座后，市电电压通过电源变压器降压后，输出5V和12V两种交流电压，其中，5V交流电压经D5～D8构成的桥式整流堆整流，C3、C4滤波产⽣8V 左右的直流电压，再通过L7905稳压输出5V直流电压，利⽤C2、C5滤波后为CPU、显⽰电路等供电;12V交流电压通过D1～D4桥式整流，再经C1、C2滤波产⽣12V左右的直流电压，为继电器等电路供电。
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
微波控制电路
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2. FET 价格高(但在MMIC中是同一种工艺，反而比PIN容易制造)、速度快(ns量
级)、频率略低(20GHz)、瓦级功率
混合集成电路用PIN管，MMIC则用FET 3. 机械开关
尺寸小、可控制的微波功率高，但通断速度慢(s量级)
2
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§7.2 PIN二极管的基本特性
C j Rr ? RS
R f RS + R j
Cp
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封装PIN二极管等效电路
• 实际使用的PIN二极管大多数是有封装的。PIN管封装的形式有很多种，主要包括螺纹管座型、同轴型、带 状线型、微带型及梁式引线型，它们的结构形状不同，封装参数也不一样。图7．4给出了最常用的同轴型 及梁式引线型封装的PIN管结构。封装PIN管等效电路如图7．5所示。
j1 0 y
0 1
L(dB)on
10 lg 1 +
C j Zc
4
4
24
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当PIN管是低阻状态时，开关为“断”
L(dB)off
10 lg
1
+
1 4
Zc Rf
4
可见两管开关比单管开关隔离度大得多
y1
y2
Zc Rf
例：Zc=50，Rf=1
L(dB)off
10
lg 1
+
1 4
Q0
I 0
对微波只呈现I0工作点时的电阻。
0
I0
7
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2. 反偏压工作点时
• 正半周注入载流子尚未复合构成电流，负半周电压反向又吸出，所以没有 电流。
始终维持在反偏压所决定的高阻抗状态。
微波电路与系统(放大器稳定性)
双向设计首先了解器件的输入/输出稳定性园
改善稳定性的措施
通过在输入回路添加串联电阻或在输出回路添 加并联电阻可以很容易地改善晶体管的稳定性 使其变为无条件稳定。例如本例中的晶体管在 500MHz时，输入端添加一个R=0.18(50) = 9Ω 或R= 1/(0.117*0.02) = 430 Ω 的并联电 阻就会使输入和输出稳定性园出现在原图之外 。当然对具有一定带宽的放大器，在设计完输 入输出匹配电路以后必须检查在整个频带的稳 定性。如果改善稳定性的电阻包含在匹配网络 中，通常它不会影响增益。
Matching for Specific Gain, NF and In/Out Return Loss
设计实例
利用MMBR941设计一个放大器。
放大器的稳定性
利用S参数法设计放大器，第一步就是确定晶 体管是无条件稳定或潜在不稳定。利用稳定性 系数K和晶体管S参数的 值可以很容易地确 定放大器的稳定性。 放大器无条件稳定的条件是：
U
1 S 1 S
2 2 11 22
S12 S21 S11 S22
利用该参数可以判断RF电路的单向特性。利用U值计算下 列不等式的上、下限。 1/[(1+U)(1+U)]<GT/GTU<1/[(1-U)(1-U)] 其中，GT是传输功率增益，GTU为单向特性S12=0时的 传输功率增益。如果上、下限为1或者U接近0，则认为放 大器是单向的。
输入功率
负载吸收功率
信号源资用功率 输出资用功率
转换功率增益
工作（实际）功率增益
资用功率增益
Amplifier Noise
不同类型放大器设计