射频微波工程介绍
电子通信广电工程设计中的射频与微波技术应用
电子通信广电工程设计中的射频与微波技术应用在电子通信广电工程设计中，射频与微波技术应用日益重要。
射频（Radio Frequency）技术是指处于30kHz到300GHz频率范围内的电磁波的应用技术，而微波（Microwave）则是指频率范围在300MHz到300GHz之间的电磁波。
这两种技术在无线通信、广播、电视、雷达和卫星通信等领域发挥着关键作用。
在电子通信广电工程设计中，射频与微波技术应用主要包括以下几个方面：1. 无线通信系统设计：在移动通信系统中，如4G、5G等，射频技术被广泛应用。
射频技术可以实现信号的送受，频率选择，信号放大与整形等功能。
通过合理的射频技术应用，可以提高系统的传输速率、信号质量和覆盖范围。
2. 广播与电视频道设计：无线电广播和电视广播是人们获取信息、娱乐和文化的重要途径。
射频技术在广播和电视频道设计中起到了至关重要的作用。
通过合理的射频技术应用，可以提高广播和电视频道的覆盖范围，提高音视频质量，减少信号干扰等。
3. 卫星通信系统设计：卫星通信是国际间远距离通信的主要手段之一。
射频与微波技术在卫星通信系统的设计中起到了关键作用。
通过合理的射频与微波技术应用，可以实现卫星与地面站之间的高速数据传输，实现全球范围内的通信覆盖。
4. 雷达系统设计：雷达是一种利用射频与微波技术进行目标探测与跟踪的系统。
雷达在军事、航空、航海、气象等领域都有广泛应用。
射频与微波技术在雷达系统的发射、接收、信号处理和目标识别等环节中起到了关键作用，决定了雷达系统的性能和精度。
针对上述应用领域，射频与微波技术在电子通信广电工程设计中还有以下几个具体的应用方面：1. 射频集成电路设计：在电子通信广电工程中，射频集成电路（RFIC）的设计是至关重要的。
RFIC可以实现射频信号的调制、放大、滤波和混频等功能。
射频集成电路设计需要考虑功耗、噪声、线性度、带宽等因素，以满足系统的性能要求。
2. 天线设计：天线是射频与微波技术应用的重要组成部分。
射频与微波信号发生器工作原理
射频与微波信号发生器工作原理射频与微波信号发生器的工作原理是基于射频电子学和微波工程的理论原理。
这些原理涉及到电磁学、电子器件、射频电路和信号处理等领域，需要深入的专业知识。
以下将从基本概念、工作原理、应用领域及发展趋势等方面展开介绍。
一、基本概念1.1 射频信号与微波信号射频（Radio Frequency，RF）信号通常指在300 kHz至1 GHz范围内的电磁波信号，而微波（Microwave）信号则指频率在1 GHz至300 GHz范围内的电磁波。
射频与微波信号的特点是在传输和处理过程中，有较高的频率、短波长和较高的传输能力。
1.2 信号发生器信号发生器是一种电子仪器，用于产生各种频率、振幅和波形的信号。
在射频与微波工程领域中，信号发生器通常用于产生射频和微波信号，包括正弦波、方波、脉冲等信号，以供射频测试、通信、雷达、微波加热等应用的需求。
二、工作原理2.1 振荡器原理射频与微波信号发生器的核心部件是振荡器。
振荡器实质上是一种能够产生连续振荡的电路，它能够将直流电能转换为无线电频率的交流电能输出，是信号发生器产生射频与微波信号的基础。
振荡器的振荡原理主要包括对振荡电路中的负反馈、放大元件（如晶体管、场效应管、二极管）、振荡电路的谐振条件等的分析。
当振荡电路处于稳定的谐振状态时，将会产生稳定的射频或微波信号输出。
2.2 频率合成原理在实际应用中，需要产生不同频率的射频与微波信号，这就需要用频率合成技术来实现。
频率合成技术通常采用数字频率合成（DDS）或模拟频率合成的方法，它能够通过对不同频率的信号进行合成从而获得所需频率的信号输出。
三、应用领域射频与微波信号发生器在通信、雷达、无线电测试、科学研究、医学成像、微波加热等领域有广泛的应用。
在通信领域，射频与微波信号发生器用于产生各种载波信号、调制信号，用于移动通信、卫星通信和无线局域网等系统。
在雷达系统中，信号发生器用于产生雷达脉冲信号和各种波形信号。
射频与微波原理及应用介绍
射频与微波原理及应⽤介绍射频与微波技术原理及应⽤培训教材华东师范⼤学微波研究所⼀、Maxwell(麦克斯韦)⽅程Maxwell ⽅程是经典电磁理论的基本⽅程，是解决所有电磁问题的基础，它⽤数学形式概括了宏观电磁场的基本性质。
其微分形式为0B E t DH J tD B ρ=-=+??=?=(1.1)对于各向同性介质，有D E B H J E εµσ===(1.2)其中D 为电位移⽮量、B为磁感应强度、J 为电流密度⽮量。
电磁场的问题就是通过边界条件求解Maxwell ⽅程，得到空间任何位置的电场、磁场分布。
对于规则边界条件，Maxwell ⽅程有严格的解析解。
但对于任意形状的边界条件，Maxwell ⽅程只有近似解，此时应采⽤数值分析⽅法求解，如矩量法、有限元法、时域有限差分法等等。
⽬前对应这些数值⽅法，有很多商业的电磁场仿真软件，如Ansoft 公司的Ensemble 和HFSS 、Agilent 公司的Momentum 和ADS 、CST 公司的Microwave Studio 以及Remcom 公司的XFDTD 等。
由⽮量亥姆霍兹⽅程联⽴Maxwell ⽅程就得到⽮量波动⽅程。
当0,0J ρ==时，有 22220E k E H k H ?+=?+= (1.3) 其中k 为传播波数，22k ωµε=。
⼆、传输线理论传输线理论⼜称⼀维分布参数电路理论，是射频、微波电路设计和计算的理论基础。
传输线理论在电路理论与场的理论之间起着桥梁作⽤，在微波⽹络分析中也相当重要。
1、微波等效电路法低频时是利⽤路的概念和⽅法，各点有确切的电压、电流概念，以及明确的电阻、电感、电容等，这是集总参数电路。
在集总参数电路中，基本电路参数为L、C、R。
由于频率低，波长长，电路尺⼨与波长相⽐很⼩，电磁场随时间变化⽽不随长度变化，⽽且电感、电阻、线间电容和电导的作⽤都可忽略，因此整个电路的电能仅集中于电容中，磁能集中于电感线圈中，损耗集中于电阻中。
射频微波工程介绍分解课件
射频微波信号具有高频率、短波长和 宽带宽等特点，使得射频微波工程在 通信、雷达、电子对抗、电磁兼容等 领域具有广泛的应用。
射频微波技术的应用范围
通信
射频微波技术是现代通信系统 的核心，包括无线通信、卫星
通信、移动通信等。
雷达
射频微波雷达用于目标检测、 跟踪和定位，在军事和民用领 域均有广泛应用。
电路进行优化。
性能指标
根据电路的功能需求，制定相应的性 能指标，如频率范围、增益、噪声系 数等。
可靠性测试
对优化后的电路进行可靠性测试，以 确保其在实际应用中的稳定性和可靠 性。
03 射频微波材料与器件
射频微波材料的基本特性
电介质材料
这类材料具有高绝缘、低损耗的特性，常用于制 造微波电容、微波天线等。
磁性材料
具有高磁导率、低损耗的特性，常用作制造微波 磁性器件，如变压器、电感器等。
导电材料
具有良好的导电性能，常用于制造微波传输线、 微波电阻等。
射频微波器件的种类与应用
射频微波晶体管
广泛应用于通信、雷达、电子对抗等 领域。
射频微波二极管
常用作混频器、检波器等。
射频微波放大器
用于增强射频信号的功率，提高通信 系统的性能。
05 射频微波工程的挑战与未 来发展
当前射频微波工程面临的挑战
技术更新换代快速
射频微波工程领域涉及的技术不断发展，新旧技术更新换 代迅速，对行业内的工程师和技术人员提出了更高的要求 。
高精度和高稳定性
射频微波工程在通信、雷达、电子对抗等领域的应用需要 高精度和高稳定性的系统，以确保传输和接收的信号质量 。
发展
近年来，随着通信技术的快速发展，射频微波工程在高速数 字信号处理、高精度测量、无线充电等领域的应用不断扩展 。同时，随着5G、物联网等新兴技术的发展，射频微波工程 在未来的应用前景更加广阔。
微波电路西电雷振亚老师的课件1章射频微波工程介绍
射频微波工程的重要性
通信技术发展
随着通信技术的不断发展，射频微波 工程在移动通信、卫星通信、物联网 等领域发挥着至关重要的作用。
国家安全
科学研究
射频微波工程在物理学、化学、生物 学等基础学科的研究中也有广泛应用 ，为科学研究提供了重要的工具和手 段。
在军事和国防领域，射频微波技术对 于雷达探测、电子战和通信系统具有 重要意义，直接关系到国家安全。
各种参数。
测量流程
03
包括信号源校准、信号传输、接收和处理等步骤，以确保测量
结果的准确性和可靠性。
04
射频微波工程案例分析
无线通信系统中的射频微波电路设计
无线通信系统概述：无线通信系统是利用电磁波 进行信息传输的系统，包括移动通信、无线局域 网、蓝牙等。
无线通信系统中射频微波电路设计的挑战：无线 通信系统中的射频微波电路设计面临许多挑战， 如信号干扰、多径效应、频谱拥挤等。
雷达系统中的射频微波电路设计
雷达系统概述
雷达是一种利用电磁波探测目标的系统，广泛应用于军事、气象、航 空等领域。
射频微波电路设计在雷达系统中的作用
在雷达系统中，射频微波电路设计主要负责发射和接收电磁波，并进 行信号处理和分析。
雷达系统中射频微波电路设计的挑战
雷达系统中射频微波电路设计面临许多挑战，如电磁波的传播特性、 目标反射特性、干扰等。
电路仿真软件
如Multisim、PSPICE等，用于模拟电路的工作状 态和性能。
仿真设计流程
包括建立电路模型、设置参数、进行仿真分析和 优化等步骤，以提高射频微波电路的性能。
微波测量技术
测量原理
01
基于电磁波传播和散射的原理，研究微波信号的测量方法和技
射频工程介绍
第1章 射频/微波工程介绍
卫星通信使用了SHF波 段——超高频 GSM移动通信属于UHF波 段——特高频 电视广播属于VHF和UHF 波段——甚高频、特高 频 调频广播属于VHF频段— —甚高频 调幅广播属于MF频段— —中频 50Hz交流电属/微波工程介绍 对不同频段无线电信号的使用不能随意确定。 频谱作为一种资源,各国各级政府都有相应的机构对无线 电设备的工作频率和发射功率进行严格管理。 国际范围内详细的规定了雷达、通信、导航、工业应用 等军用或民用无线电设备所允许的工作频段。
允许所有的使用者同时使用全部频带(1.2288MHz)，并且把 其他使用者发出的讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞 (collision) 的问题。 CDMA的优点包括： CDMA中所提供的语音编码技术， 其通话品质比目前的GSM好，而且可以把用户对话时周围环 境的噪音降低，使通话更为清晰。
第1章 射频/微波工程介绍
第1章 射频/微波工程介绍
QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 正交相移键控， 是一种数字调制方式。具有较高的频谱利用率、较强的抗 干扰性、在电路上实现也较为简单。
QDPSK：四相绝对相移键控
第1章 射频/微波工程介绍 GMSK (高斯滤波最小频移键控)，GMSK 是一种特殊的 数字 FM 调制方式：给 RF 载波频率加上或者减去 67.708kHz 表示 1和 0。 在 GSM 中，数据速率选为 270.833kbit/sec，正好是 RF
第1章 射频/微波工程介绍 常用移动通信系统频段分布
第1章 射频/微波工程介绍 IS-95是由高通公司(Qualcomm) 发起的第一个基于CDMA
的数字蜂窝标准。基于 IS-95的第一个品牌是cdmaOne。IS-95是
射频微波基础知识
射频微波基础知识射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。
每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。
有线电视系统就是采用射频传输方式的。
在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。
在电磁波频率低于100khz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波成为射频，英文缩写：RF一、射频和微波技术基础知识1、什么是射频?射频(RF)是指无线通信系统中使用的电磁频率范围。
它涵盖了广泛的频率范围，通常从3kHz(千赫)到300GHz(千兆赫)。
射频信号的特点是能够长距离传播并穿过障碍物，这使其成为各种通信应用的理想选择。
2、微波频率微波是射频频率的一个子集，频率范围为300MHz(兆赫)到300GHz。
虽然微波仍然是像射频一样的电磁波，但它们具有更短的波长，这在特定应用中提供了某些优势，例如高数据传输速率和精确成像能力。
二、射频和微波技术的应用1、无线通信射频和微波技术最突出的应用之一是在无线通信系统中。
从简单的无线电传输到复杂的蜂窝网络，射频技术使移动设备上的语音通话、短信、互联网浏览和视频流成为可能。
此外，Wi-Fi网络、蓝牙连接和其他无线协议依赖RF信号进行无缝数据交换。
2、卫星通信卫星通信严重依赖微波频率。
地球静止轨道或近地轨道卫星利用微波远距离传输电视信号、互联网数据和电话，确保在传统通信基础设施有限，或无法使用的偏远地区实现全球连接。
3、雷达系统微波雷达系统对各种应用至关重要，包括空中交通管制、天气监测和军事防御。
雷达使用微波脉冲来探测物体的存在、距离和速度，从而进行精确的跟踪和分析。
4、医疗应用射频和微波技术在医学领域有着重要的应用，例如磁共振成像(MRI)和微波消融。
第1章 射频微波工程介绍
第1章 射频 微波工程介绍 章 射频/微波工程介绍
射频/微波的重要特性 1.2 射频/微波的重要特性
1.2.1 射频/微波的基本特性 1． 似光性 射频/微波能像光线一样在空气或其他媒体中沿直 线以光速传播,在不同的媒体界面上存在入射和反射现 象。这是因为射频/微波的波长很短,比地球上的一般 物体（如舰船、 飞机、 火箭、 导弹、 汽车、 房屋 等）的几何尺寸小的多或在同一个数量级。 当射频/微波照射到这些物体上时将产生明显的反 射,对于某些物体将会产生镜面反射。
第1章 射频 微波工程介绍 章 射频/微波工程介绍 表1-3 常用移动通信系统频段分布
第1章 射频 微波工程介绍 章 射频/微波工程介绍 一般地,射频/微波技术所涉及的无线电频谱是表 1-1 中甚高频(VHF)到毫米波段或者P波段到毫米波段 很宽范围内的无线电信号的发射与接收设备的工作频 率。具体地,这些技术包括信号的产生、 调制、 功 率放大、 辐射、 接收、 低噪声放大、 混频、 解调、 检测、 滤波、 衰减、 移相、 开关等各个模块单元 的设计和生产。它的基本理论是经典的电磁场理论。 研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。一 种是“场”的分析方法,即从麦克斯韦方程出发,在特 定边界条件下解电磁波动方程,求得场量的时空变化规 律,分析电磁波沿线的各种传输特性；
第1章 射频 微波工程介绍 章 射频/微波工程介绍 因此,可以制成尺寸、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体积合适的天线,用来传输 信息,实现通信； 可接收物体所引起的回波或其他物 体发射的微弱信号,用来确定物体的方向、 距离和特 征,实现雷达探测。 2. 穿透性 射频/微波照射某些物体时,能够深入物体的内部。 微波（特别是厘米波段）信号能穿透电离层,成为人们 探测外层空间的宇宙窗口； 能够穿透云雾、 植被、 积雪和地表层,具有全天候的工作能力,是遥感技术的 重要手段； 能够穿透生物组织,是医学透热疗法的重 要方法； 能穿透等离子体,是等离子体诊断、 研究的 重要手段。
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4.
射频/微波频带比普通的中波、 短波和超短波的 频带要宽几千倍以上,这就意味着射频/微波可以携带 的信息量要比普通无线电波可能携带的信息量大的多。 因此,现代生活中的移动通信、 多路通信、 图像传输、 卫星通信等设备全都使用射频/微波作为传送手段。
1.2.1 射频/
1． 射频/微波能像光线一样在空气或其他媒体中沿直 线以光速传播,在不同的媒体界面上存在入射和反射现 象。这是因为射频/微波的波长很短,比地球上的一般 物体（如舰船、 飞机、 火箭、 导弹、 汽车、 房屋 等）的几何尺寸小的多或在同一个数量级。 当射频/微波照射到这些物体上时将产生明显的反 射,对于某些物体将会产生镜面反射。
3.
一般情况下,射频/微波的量子能量还不够大,不足 以改变物质分子的内部结构或破坏物质分子的键结构。 由物理学可知,在外加电磁场周期力的作用下,物质内 分子、 原子和原子核会产生多种共振现象,其中,许多 共振频率就处于射频/微波频段。这就为研究物质内部 结构提供了强有力的实验手段,从而形成了一门独立的 分支学科——微波波谱学。从另一方面考虑,利用物质 的射频/微波共振特性,可以用某些特定的物质研制射 频/微波元器件,完成许多射频/微波系统的建立。
在射频/微波频率范围内,模块的几何尺寸与信号的 工作波长可以比拟,分布参数概念始终贯穿于工程技术 的各个方面。而且,同一功能的模块,在不同的工作频段 的结构和实现方式大不相同。“结构就是电路”是射频 /微波电路的显著特征。射频/微波电路的设计目标就是 处理好材料、 结构与电路功能的关系。
1.2 射频/
另一种是“路”的分析方法,即将传输线作为分布 参数电路处理,用基尔霍夫定律建立传输线方程,求得 传输线上电压和电流的时空变化规律,分析电压和电流 的各种传输特性。用这两种方法研究同一个问题,其结 论是相同的。到底是用“场”的方法还是用“路”的 方法,应由研究的方便程度来决定。对于射频/微波工 程中的大量问题,采用网络方法和分布参数概念可以得 到满意的工程结果,而不是拘泥于严谨的麦克斯韦方程 组及其数值解法。
表1-1
以上这些波段的划分并不是惟一的,还有其他许多 不同的划分方法,它们分别由不同的学术组织和政府机 构提出,甚至还在相同的名称代号下有不同的范围,因 此波段代号只是大致的频谱范围。其次,以上这些波段 的分界也并不严格,工作于分界线两边临近频率的系统 并没有质和量上的跃变,这些划分完全是人为的,仅是 一种助记符号。
1.1 常用无线电频段
当今社会,技术发展之迅猛,对人们生活影响之重 大,首推无线电技术。射频/微波工程就是这一领域的 核心。过去的100多年来,人们对射频/微波技术的认识 和使用日趋成熟。
从图1-1 所示的无线电技术的发展历史可以看出, 近年来射频/微波工程的应用已经发展到了近乎极至的 状态。
1900 年
电报
1920 广播
1940
1960
1980
2000
雷达
卫星通信 中继通信 卫星遥感 蜂窝移动通信 直播卫星 全球定位 自动驾驶 个人信系统 图像传输 数据网络
图 1-1 无线电技术的发展历史
对电磁波频谱的划分是美国国防部于第二次世界 大战期间提出的,后由国际电工电子工程协会（IEEE） 推广,被工业界和政府部门广泛接受。具体电磁波频谱 分段见表1-1。在整个电磁波谱中,射频/微波处于普通 无线电波与红外线之间,是频率最高的无线电波,它的 频带宽度比所有普通无线电波波段总和大1000倍以上, 可携带的信息量不可想象。一般情况下,射频/微波频 段又可划分为米波（波长10～1 m,频率30～300 MHz）、 分米波（波长10～1 dm,频率300～3000 MHz）、 厘米 波（波长10～1 cm,频率3～30 GHz）和毫米波（波长 10～1 mm,频率30～300 GHz）四个波段。其后是亚毫 米波、 远红外线、 红外线、 可见光。
表1-2 各无线电频段的基本用途
பைடு நூலகம்
和平年代,在某个地区,要避免用途不同的无线电 设备使用相同的频率,否则,将会带来灾难性的后果。 相反地,在电子对抗或电子战系统中,就是要设法掌握 敌方所使用的无线电频率,给对方实施毁灭性打击。
目前,发展最快的民用领域是移动通信。巨大的市 场潜力和飞速的更新步伐,使得这一领域成为全球的一 个支柱产业。表1-3给出了常用移动通信系统频段分布 及其工作方式。
作为工科电子类专业的学生,有必要掌握这方面的 知识。
表1-3
一般地,射频/微波技术所涉及的无线电频谱是表 1-1 中甚高频(VHF)到毫米波段或者P波段到毫米波段 很宽范围内的无线电信号的发射与接收设备的工作频 率。具体地,这些技术包括信号的产生、 调制、 功 率放大、 辐射、 接收、 低噪声放大、 混频、 解调、 检测、 滤波、 衰减、 移相、 开关等各个模块单元 的设计和生产。它的基本理论是经典的电磁场理论。 研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。一 种是“场”的分析方法,即从麦克斯韦方程出发,在特 定边界条件下解电磁波动方程,求得场量的时空变化规 律,分析电磁波沿线的各种传输特性；
对不同频段无线电信号的使用不能随意确定。也 就是说,频谱作为一种资源,各国各级政府都有相应的 机构对无线电设备的工作频率和发射功率进行严格管 理。国际范围内更有详细的频谱用途规定,即CCIR建议 文件,在这个文件中,规定了雷达、 通信、 导航、 工 业应用等军用或民用无线电设备所允许的工作频段。 表1-2是各无线电频段的基本用途。各个用途在相应频 段内只占有很小的一段频谱或点频工作。
因此,可以制成尺寸、 体积合适的天线,用来传输 信息,实现通信； 可接收物体所引起的回波或其他物 体发射的微弱信号,用来确定物体的方向、 距离和特 征,实现雷达探测。
2.
射频/微波照射某些物体时,能够深入物体的内部。 微波（特别是厘米波段）信号能穿透电离层,成为人们 探测外层空间的宇宙窗口； 能够穿透云雾、 植被、 积雪和地表层,具有全天候的工作能力,是遥感技术的 重要手段； 能够穿透生物组织,是医学透热疗法的重 要方法； 能穿透等离子体,是等离子体诊断、 研究的 重要手段。