射频微波电路导论 (西电版)第6章
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微波电路西电雷振亚老师的课件绪论
谐振器
总结词
谐振器是微波电路中的重要元件，用于产生共振并储存能量。
详细描述
谐振器是微波电路中的基本元件之一，其作用是产生共振并储存能量。谐振器通常由介质、导线和磁 芯等结构组成，其谐振频率可以通过调节尺寸、介质常数和磁导率来精确控制。谐振器在微波电路中 广泛应用于信号选频、滤波器设计以及振荡器等方面。
详细描述
LTCC工艺通过将低温烧结陶瓷与金属导体混合，制造 出具有优良性能的微波电路。这种工艺适用于高频率、 高集成度、小型化的微波电路，广泛应用于卫星通信、 军事电子等领域。
PCB工艺具有加工灵活、成本低等 优点。
详细描述
PCB工艺通过在印制电路板上钻孔、电镀、贴装电子元件等步骤，将电子元件与电路板 连接起来。这种工艺适用于中低频电路的制造，广泛应用于消费电子产品、工业控制等
电感
总结词
电感在微波电路中起到存储磁场能的作用，可以用于调谐和滤波等应用。
详细描述
电感是微波电路中的基本元件之一，其作用是存储磁场能。在微波频段，电感通常由线圈、磁芯或传输线结构制 成，其电感量可以通过调节线圈匝数、半径和磁芯材料来精确控制。电感在微波电路中广泛应用于调谐、滤波器 设计以及信号相位控制等方面。
新材料、新工艺的应用与挑战
新材料
新型材料如氮化镓、碳化硅等具有更 高的电子迁移率和更高的击穿电场， 为微波电路的发展提供了新的可能。
新工艺
先进的微纳加工工艺和薄膜工艺为微 波电路的小型化和集成化提供了技术 支持。
系统集成与小型化的挑战
系统集成
微波电路正朝着系统集成的方向发展 ，需要解决不同模块之间的兼容性和 协同工作问题。
02
微波电路的基本元件与电路
Chapter
(西电第四版)高频电子线路第6章参考答案
2 g DU c 2 1 co s 2 2 t co s 4 2 t ...... 3 3
6
i L c i 1 i 2 g D K ( c t )( u u c ) g D K ( c t )( u u c ) g D K ( c t ) K ( c t ) u g D K ( c t ) K ( c t ) uc g D K ( c t ) u g D u c 4 4 g D co s c t co s 3 c t ...... U co s t g D U c co s c t 3 2 g DU co s( c ) t co s( c ) t g U co s t D c c 1 co s( 3 ) t 1 co s( 3 ) t ..... c c 3 3
13
(2) 接收到 1080 kHz信号时，同时可以收到540 kHz的信号；证明 也是副波道干扰信号，此时本振频率为fL=1080+465=1545kHz,当 p=1,q=2时， fL-2fJ=1545-1080=465=fI。因此断定这是3阶副波道 干扰。
(3) 当接收有用台信号时，同时又接收到两个另外台的信号，但 又不能单独收到一个干扰台，而且这两个电台信号频率都接近 有用信号并小于有用信号频率，根据fS-fJ1=fJ1-fJ2的判断条件， 930-810=810-690=120kHZ，因此可证明这可是互调干扰,且在混 频器中由4次方项产生，在放大器中由3次方项产生，是3阶互调 干扰。
7
所以，（b）和（c）能实现DSB调幅 而且在（b）中，包含了ωc的奇次谐波与Ω的和频与差频分 量，以及ωc的偶次谐波分量。 在（c）中，包含了ωc的奇次谐波与Ω的和频与差频分量， 以及ωc的基频分量。
射频微波电路导论课件
滤波器设计
滤波器的作用
滤波器用于选择特定频率范围的 信号，抑制不需要的频率成分，
从而提高信号的纯度。
滤波器的设计方法
可以采用LC电路、微带线等方法进 行滤波器的设计，通过调整元件的 值和连接方式来实现不同的滤波特 性。
滤波器的应用场景
在射频微波电路中，滤波器广泛应 用于信号处理、通信系统等领域。
天线设计
THANKS
感谢观看
物联网技术将促进射频微波电路与其他技术的 结合，如传感器技术、云计算技术等，为射频 微波电路的创新发展提供更多可能性。
新材料的应用前景
新材料的出现将为射频微波电 路的设计和制造提供更多的选 择和可能性。
新材料具有优异的物理性能和 化学性能，可以提高射频微波 电路的性能和稳定性。
新材料的应用将推动射频微波 电路向绿色环保、可持续发展 方向迈进，降低对环境的负面 影响。
04
射频微波电路的设计与实现
匹配网络设计
匹配网络的作用
匹配网络的应用场景
匹配网络是用于实现射频微波电路中 各个元件之间的阻抗匹配，确保信号 传输的效率和质量。
在射频微波电路中，如放大器、滤波 器、混频器等元件都需要用到匹配网 络，以确保信号的顺畅传输。
匹配网络的设计方法
可以采用传输线理论、Smith Chart 等方法进行匹配网络的设计，通过调 整元件的阻抗值来实现匹配。
01
03
滤波器在射频微波电路中的设计和制作需考虑其频率 响应特性、插入损耗和群时延等因素，以确保电路性
能的稳定性和可靠性。
04
滤波器的种类繁多，常见的有LC滤波器、微带线滤波 器和介质滤波器等，根据不同的应用需求选择合适的 滤波器类型和规格。
03
西电 高频电子线路 RF6&7
uSSB U cos(C ) t 或U cos(C ) t
U cosΩ t cos C t U sinΩ t sin C t
10
6.1.1
振幅调制信号分析
ˆ (t ) sin t uSSB f (t ) cosC t f C
11
6.1.1
振幅调制信号分析
1 mU C 2 m2 P 1 ( mU )2 m Pc 2 边频功率: P 2 RL ( 2 C ) 4 Pc 1 uC U 2 2 P d2 ct 2R 2 4 1 u 2 c( 1 u AM (t ) 1 t ) 1 L 22 AM 2 R P d t U (1 d m cos t t ) U L c C c C( 2 2 2 2 R 2 R 2 RL 1 uCL RL U C 2 L AM信号平均 1 m Pc d ct 2 ) P Pd t P (1 2 R 2 R 2 2 av c 1 m (周期内): t ) L) L 功率 P P (1 m cos t ) u 2 (t ) 2 1 Pav 2 Pd t P (1 c (1 m cos c AM c P d ct 2 2 2 RL 2 1 u AM (t ) 1 2 2 2 d t U (1 m cos t) c周期内AM功率: P P (1 m cos t ) c C c 2 RL 2 RL
(t ) c t k p U cos t
( t ) d( t ) / dt
c k f U sin t
uPM=UC cos(ωct+ mpcos t )
U cosΩ t cos C t U sinΩ t sin C t
10
6.1.1
振幅调制信号分析
ˆ (t ) sin t uSSB f (t ) cosC t f C
11
6.1.1
振幅调制信号分析
1 mU C 2 m2 P 1 ( mU )2 m Pc 2 边频功率: P 2 RL ( 2 C ) 4 Pc 1 uC U 2 2 P d2 ct 2R 2 4 1 u 2 c( 1 u AM (t ) 1 t ) 1 L 22 AM 2 R P d t U (1 d m cos t t ) U L c C c C( 2 2 2 2 R 2 R 2 RL 1 uCL RL U C 2 L AM信号平均 1 m Pc d ct 2 ) P Pd t P (1 2 R 2 R 2 2 av c 1 m (周期内): t ) L) L 功率 P P (1 m cos t ) u 2 (t ) 2 1 Pav 2 Pd t P (1 c (1 m cos c AM c P d ct 2 2 2 RL 2 1 u AM (t ) 1 2 2 2 d t U (1 m cos t) c周期内AM功率: P P (1 m cos t ) c C c 2 RL 2 RL
(t ) c t k p U cos t
( t ) d( t ) / dt
c k f U sin t
uPM=UC cos(ωct+ mpcos t )
射频微波电路导论 课件(西电版)第1章
射频电路布线与PCB制作
高功率发射电路远离低功率接收电路 〃保证充足的物理空间 〃布置在PCB板的两面 〃加金属屏蔽罩
射频电路布线与PCB制作
布线时作为常规应考虑以下基本原则 1、射频器件管脚间引线越短越好 2、可靠的接地是器件稳定工作的保证 3、射频信号间避免近距离平行走线，射频 输出远离射输入 4、保证印制板导线最小宽度 因设计条件的制约无法实施常规准则时，必须学会 进折中处理
ΓOUT = S’22
ΓL
' S22 S22
RL
放大器电路方块图
S12 S21S 1 S11S
小信号放大器设计步骤
小信号放大器设计步骤
1.根据指标选择适当晶体管 2.设计直流偏置电路 3.测量晶体管的S参数 3.判断稳定性 4.根据单向化系数确定单、双向化设计 5.设计输入输出匹配网络 ①最大增益设计 ②等增益设计 ③最佳噪声设计
两大步骤：布局、布线
布局 布局是设计中一个重要的环节，合理的布局是 PCB设计成功的第一步，是实现一个优秀RF设 计的关键。 布局规则 1、设置去耦电容 2、确保射频信号路径最短 3、高功率发射电路远离低功率接收电路
射频电路布线与PCB制作
电源设置去耦电容
射频电路布线
与PCB制作
确定射频信号最短路径
射频模块
项次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 OPEN/SHORT/THRU п 型 T 型阻抗匹配器 电阻式功率分配器 威尔金森微带功率分配器 п 型 T 型衰减器 L－C 定向耦合器 微带线定向耦合器 滤波器 放大器 振荡器 压控振荡器 变频器，倍频器 混频器 微波控制电路 天线 模块
平行线定向耦合器的应用
射频与微波电路电子课件
• D.M.Pozar著，张肇仪等译，微波工程（第三版），电子工业出版社， 2002年
• 廖承恩著，微波技术基础（第三版），西安电子科技大学出版社，1994年 • 沙湘月，伍瑞新著，电磁场理论与微波技术，南京大学出版社，2004年 • 范寿康，卢春兰，李平辉著，微波技术与微波电路，机械工业出版社，
2003年 • 吴培亨著，微波电路, 科学出版社，1980年 • I. Bahl,P.Bhartia著，郑新等译，微波固态电路设计（第二版），电子工业
3D全波仿 平面电路 3D全波仿真 3D全波 各种专门
真
仿真
仿真 问题
教材与参考书目
• 雷振亚编著，射频/微波电路导论，西安电子科技大学出版社，2005年（教 材）
• D．K.Misra著，张肇仪等译，射频与微波通信电路：分析与设计（第二 版），电子工业出版社，2005年
• R.J.Weber著，朱建清等译，微波电路引论：射频与应用设计，电子工业 出版社，2005年
• 基本理论：经典电磁场理论 • 基本研究方法：“场”与“路” • 工作波长与电路几何尺寸相近：“结构就是电路元
件”，分布参数
射频与微波段电磁波的特点
• 基本特性： ① 似光性 ② 穿透性 ③ 非电离性 ④ 信息性 • 优点： ① 频带宽 ② 波长短 • 缺点： ① 成本高 ② 损耗大 ③ 不能使用硅器件
出版社，2006年 • 程邦媛著，射频通信电路,科学出版社，2002年 • R.Ludwig，P.Bretchko著，王子宇等译，射频电路设计：理论与应用；电
子工业出版社，2002年
• 射频和微波的常用接头包括：
接头型号 频率范围 阻抗/Ω
说明
BNC（Q9） DC~3GHz 75/50/300 频率低、中功率、价格低
• 廖承恩著，微波技术基础（第三版），西安电子科技大学出版社，1994年 • 沙湘月，伍瑞新著，电磁场理论与微波技术，南京大学出版社，2004年 • 范寿康，卢春兰，李平辉著，微波技术与微波电路，机械工业出版社，
2003年 • 吴培亨著，微波电路, 科学出版社，1980年 • I. Bahl,P.Bhartia著，郑新等译，微波固态电路设计（第二版），电子工业
3D全波仿 平面电路 3D全波仿真 3D全波 各种专门
真
仿真
仿真 问题
教材与参考书目
• 雷振亚编著，射频/微波电路导论，西安电子科技大学出版社，2005年（教 材）
• D．K.Misra著，张肇仪等译，射频与微波通信电路：分析与设计（第二 版），电子工业出版社，2005年
• R.J.Weber著，朱建清等译，微波电路引论：射频与应用设计，电子工业 出版社，2005年
• 基本理论：经典电磁场理论 • 基本研究方法：“场”与“路” • 工作波长与电路几何尺寸相近：“结构就是电路元
件”，分布参数
射频与微波段电磁波的特点
• 基本特性： ① 似光性 ② 穿透性 ③ 非电离性 ④ 信息性 • 优点： ① 频带宽 ② 波长短 • 缺点： ① 成本高 ② 损耗大 ③ 不能使用硅器件
出版社，2006年 • 程邦媛著，射频通信电路,科学出版社，2002年 • R.Ludwig，P.Bretchko著，王子宇等译，射频电路设计：理论与应用；电
子工业出版社，2002年
• 射频和微波的常用接头包括：
接头型号 频率范围 阻抗/Ω
说明
BNC（Q9） DC~3GHz 75/50/300 频率低、中功率、价格低
西电射频电路基础复习要点(2013版)
射频电路基础复习要点（2013版）第一章射频电路导论1. 无线电发射机和接收机的基本结构。
2. 各单元的功能。
3. 使用非线性电路的单元。
4. 非线性电路与线性电路的区别。
第二章谐振功率放大器1. 根据转移特性曲线和输入电压波形作出输出电流波形，计算通角。
2. 根据动特性曲线和余弦脉冲分解系数表计算通角、输出回路的电压、电流，以及功率和效率。
3. 根据输入、输出回路的电压和电流，画出动特性曲线。
4. 根据动特性曲线判断工作状态。
5. 参数调整与动特性曲线变化之间的相互关系，调整最佳工作状态。
6. 用变压器阻抗变换实现功率匹配。
第三章正弦波振荡器1. 产生振荡的六个条件。
2. 画交流通路；确定输入、输出和反馈电压的位置和方向。
3. 标注变压器耦合式振荡器的同名端。
4. 判断三端式振荡器能否振荡，确定振荡频率范围和对元件参数的要求。
5. 判断差分对振荡器能否振荡。
6. 用方法二计算LC正弦波振荡器的振荡频率，推导振幅起振条件。
7. 判断三端式振荡器的类型。
8. 提高LC正弦波振荡器频率稳定度的措施和电路。
9. 判断石英晶体振荡器的类型，计算振荡频率；石英谐振器和微调电容的作用。
10. 判断RC正弦波振荡器能否振荡。
11. 文氏桥振荡器的结构、热敏电阻的温度特性，计算振荡频率。
第五章振幅调制与解调1. 普通调幅信号和双边带调幅信号的表达式、波形和频谱。
2. 根据表达式判断调幅信号类型，计算功率。
3. LC并联谐振回路的选频滤波作用。
4. 非线性器件调幅电路分析，两种失真和解决措施。
5. 线性时变电路调幅分析。
6. 包络检波的输入输出电压关系，两种失真和解决措施。
7. 乘积型同步检波电路的结构和分析。
8. 叠加型同步检波电路的结构和分析。
第六章混频1. 下混频和上混频时，输入、输出已调波和本振信号频率之间的关系。
2. 线性时变电路混频分析。
3. 基于时变静态电流和时变电导，计算混频跨导，完成混频电路分析。
西电-射频微波教程课件
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设计实例
雷达系统的设计实例包括气象雷达、军事雷达、航空雷达 等。在设计过程中，需要考虑目标的探测精度、跟踪速度 、抗干扰能力等因素，同时还需要考虑设备的可靠性、可 维护性和成本等因素。
卫星通信系统设计实例
要点一
卫星通信系统概述
卫星通信是一种利用人造地球卫星作 为中继站实现地球站之间通信的方式 。它具有覆盖范围广、传输容量大、 可靠性高等优点，广泛应用于国际通 信、远程教育、电视广播等领域。
网络分析应用
在微波器件测试、电路 设计、天线测量等领域 有广泛应用，用于网络 性能评估、故障诊断和 优化设计。
信号分析
信号分析概述
信号分析是研究信号的时域和频域特性的方法，用于信号处理、 通信和雷达等领域。
信号分析原理
基于傅里叶变换、小波变换等数学工具，将信号从时域转换到频域， 分析信号的频率成分、调制方式和动态特性。
无线通信系统主要由发射机、接收机、天线和传输媒介等部分组成。发射机负责将信号转换为电磁波并发送出去，接 收机则负责接收电磁波并将其还原为信号。天线的作用是发射和接收电磁波，传输媒介则负责传输电磁波。
设计实例
无线通信系统的设计实例包括移动通信基站、无线局域网路由器、广播发射机等。在设计过程中，需要 考虑信号的覆盖范围、系统容量、传输速率、抗干扰能力等因素，同时还需要考虑设备的可靠性、可维 护性和成本等因素。
挑战
混频器的性能受到非线性效应、噪声 和失真等因素的影响，需要精心设计 和优化。
振荡器
种类
原理
振荡器可分为LC振荡器、 晶体振荡器和负阻振荡
器等。
振荡器通过正反馈和选频网 络，使电路产生自激振荡，
输出一定频率的信号。
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Z0e Z0
110C 20 110C 20
110C 20 Z0o Z0 110C 20
3 利用所得奇偶模特征阻抗在奇偶模特征阻抗设计 数据中查得S/b,W/b(其中S为耦合线间距，W耦合 线宽度，b为基片厚度)
4 用微波设计软件验证优精品课化件
例如：设计一个耦合度为15dB的微带线定向耦合器， 中心频率为7.5GHz，基片厚度为0.508mm,介电常数是 10
o 0
To
1 (1 j) 2
精品课件
叠加奇偶模的到的结果可得
B1 0
B2
j 2
端口1是匹配的
抗Z0（Ω），电路的工作频率fc
k 10C1 0
Z0s Z0 1k
Z0p Z0
1k k
低通L-C式
cLs2fcLsZ0s
Z0p
1
cCp
1
2fcCp
高通L-C式
cLp2fcLpZ0p
Z0s
1
cCs
1
2fcCs
考虑C＝-3dB时所得的定向耦精品合课件 器与功率分配器的关系？
6.2 耦合微带定向耦合器
3
主路输出端和主路输入端的功率比值，包
括耦合损耗以及导体介质的热损耗
3 耦合度
4
描述耦合输出端口与主路输入端的比例关
系
精品课件
4 方向性 描述耦合输 5 隔离度
描述主路输入端口和耦合支路隔离端口的比例 关系。理想情况下，隔离度为无限大
精品课件
插入损耗
W=0.9*0.85 =0.46mm
λ/4@7.5GHz=3.9mm
精品课件
ADS仿真原理图
精品课件
m2
m1
freq=7.500GHz freq=7.500GHz
dB(S(3,1))=-19.293 dB(S(2,1))=-14.492
m3
0
m3
freq=7.510GHz dB(S(4,1))=-0.224
-50 -60 -70 -80 -90 -100 -110
5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0
freq, GHz
主传输线上输入端和输出端相位相差90°，主传输 线长度等于中心频率7.5GHz的四分之一个波长
精品课件
多节耦合线定向耦合器 单节耦合线定向耦合器器由于需要四分之一波 长长度，所以带宽上是受限制的，可以采用多 节结构增加其带宽。一般做成奇数个节，在中 心频率处每节的长度为四分之一波长。
精品课件
奇模激励 在两个端口的输入波振幅是±1/2
由对称性可知，在中心线处电压为零，相当于短路
精品课件
各个端口的反射波的振幅可表示为
B1 12e 12o
B3
1 2Te
12To
B2
1 2Te
12To
B4 12e 12o
通过ABCD传输矩阵可以分别得到奇偶模的反射系数和 传输系数
e 0
1
Te
(1 j) 2
精品课件
电耦合：通过耦合电
容Cm的耦合，在辅传 输线上激励起相反传
输方向的电流ic3和
ic4，与iL在端口4叠 加从耦合口4输出，而
在端口3相互抵消，端 口3为隔离端口
平行耦合线耦合器设计方法
1 确定耦合器指标：耦合系数C（dB），各端口的 特征阻抗Z0(Ω)，中心频率ƒc，基片参数(εr，h)
2 利用奇偶模阻抗计算式计算奇偶模特征阻抗
精品课件
由计算公式可得奇偶模阻抗：
15
C1020 0.1778
Z0e
50
10.177859.8ohms 10.1778
Z0o50
10.177841.8ohms 10.1778
精品课件
通过查找耦合线奇 偶模特征阻抗设计 数据图可得： S/d=0.85
S=0.85*0.508 =0.43mm
W/d=0.9
串联臂的特征阻抗为 Z0 / 2 精品课件 ,并联臂的特征阻抗
奇偶模分析
对线上所有阻抗用Z0归一化，在端口1输入单位幅值1 的波，采用偶模激励和奇模激励相叠加的方式来分析 分支线耦合器，奇模激励为±1/2,偶模激励为1/2
精品课件
偶模激励 在两个端口的输入波振幅是1/2
由对称性可知，在中心线处无电流通过，相当于开路
第六章 定向耦合器
精品课件
在射频/微波领域按一定相位和功率关系 分配功率的器件称为定向耦合器，通常具 有无耗、互易、匹配的特性
在混频器、倍频器、衰减器、移相器、功 率放大器等微波电路中应用较多。
精品课件
定向耦合器的基本指标
1 工作频带
定向耦合器的功能实现主要依靠波程相位的
关系，也就跟频率有关系
2 插入损耗
耦合度 这种设计有组于补偿偶模和奇模相速不相等，
提高带宽，带宽可以达到1个倍频程或者更宽 输出线之间有90°相位差，属于正交混合网络
缺点： 耦合线很窄，相互紧靠，还要横跨在耦合线的
金丝跳线加工比较困难
精品课件
展开型Lange耦合器 所有耦合线都有相同的宽度和间距
精品课件
6.4 3dB分之线定向耦合器
两平行微带线的长 度为四分之一波长
在辅线上耦合输出 的方向与主线上传 播的方向相反，也 称为反定向耦合器
精品课件
耦合线方向性解释
磁耦合：电流i1的交 变磁场会在辅传输线
激励起相反方向传输
的电流IL
主传输线和辅传输线相互靠近，
相互间有能量耦合，有电耦合
(以耦合电容表示)，也有磁耦合
(以耦合电感表示)
精品课件
单节微带定向耦合器实物图 精品课件
6.3 Lange耦合器
普通的耦合线耦合器属于松耦合，耦合度一般较小。提 高边缘耦合的方法是几根彼此平行的线，以便线两边缘 的散射场对耦合都有贡献。Lange 耦合器就是这种耦合 器的一个典型应用。
精品课件
微带电路设计的Lange耦合器
精品课件
优点： Lange耦合器属于紧耦合方式，很容易达到3dB
T(dB )10lgP2 P1
10lgS2112
耦合度
C(dB )10lgP3 P1
1 10lgS312
隔离度
I(dB)10lgP4 P1
1 10lgS412
方向性
D(dB)10lgP3精品课件IC P4
6.1 集总参数定向耦合器
低通式L-C
高通式L-C
精品课件
集总参数定向耦合器设计公式
定向耦合器参数：耦合系数C（dB）、端口等效阻
-5
dB(S(4,1)) dB(S(3,1)) dB(S(2,1))
-10
m1
-15
m2
-20
-25 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0
freq, GHz
微带定向耦合器ADS仿真结果，可
以在ADS中对定向耦合器优化得到 更好的结果 精品课件
phase(S(4,1))