微波集成电路思考题
第九章 微波器件与微波集成电路
9.2 微波元器件
一、分立微波元器件
1，无源器件
20世纪60~70年代，主要采用由铜或 者铝制作的方形波导、圆形波导。
环形隔离器（用于收、发两
方向信号隔离）
一、分立微波元器件
1，无源器件
可调衰减器
移相器
双脊波导 可调衰减器
2，有源器件
磁控管
行波管放大器
微波电真空器件
微波晶体管
二、 微波元器件
雷达和通信是微波技术应用的两个最重要领域。微波集 成电路在微波信号处理和微波设备中具有特别重要的地位。
第九章 微波器件 与微波集成电路
9.1 概述 9.2 微波元器件 9.3 微波天线 9.4 平面微波电路 9.5 微波电路与系统设计工具简介 9.6 我国微波的特性
1
2
3
4
5
6
似光性：微 似声性：传 穿透性：微 共渡性：电
波的传播特 送微波的波 波能深入到某 子在真空管
性和几何光 学相似，能 像光线一样 直线传播； 当照射到地 球上的一般
导类似于声 些物体内部或 内的渡越时
学中的传声 者穿透物体， 间（10-9秒左
筒；发射微 波的喇叭天 线和缝隙天
这和可见光不 同，和某些射 线相同（微波
二、微带元器件
2，器件
微带线匹配的50M功率放 大器
30GHZ微带毫米波耦合电路
印制电路板上微带线
二、微带元器件
3，应用
利用微带线理论可以设计微波带通滤波器；根据基片厚度、介质厚度、 介电常数等参数设计好结构样图后，利用扩散、外延、沉积、蚀刻等 工艺制造。
由于所用材料、工艺都不同于半导体集成电路，因而不能将微波集成 电路和半导体集成电路等同。
模拟电子实验思考题及答案(64学时)
位置设置 300V（╳）; 30mv （√） 交流有效值（√）; 峰值 （╳） 量程指示灯会闪烁（√）； 无指示反映（╳） 需要（╳）； 不需要（√） 能（╳）； 不能（√）
实验 2.1 晶体管共射极单管放大电路
理论要求：电路原理图参看实验指导书。 1、静态工作点的计算。 2、放大电路性能：电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算。
大，出了屏幕，会看不到波形； Y 轴校准方法； DC 和 AC 档位的区别。
2、交流毫伏表的使用 测量 10-2MHz 正弦信号的有效值。频带比示波器小，比万用表大。 一定要选择合适的量程，否则误差大。比如：正弦信号 Ui=1V，要选 3V 量
程档，用 30V 的话，误差大！ 3、数字万用表
测直流电压、电流信号，电阻值。 测交流信号不如交流毫伏表精度高，模拟电子技术实验室的交流信号有效值 都用交流毫伏表测量！ 4、模拟万用表 在本实验室只用于单管放大时测静态工作点的电流 IB 和 IC。 5、信号发生器 正弦信号输入是有效值，切记！要注意分清题目给的条件是指正弦信号的有 效值（示例 Ui =1V）和最大值（示例 Uim=1V）。 6、集成运算放大器的使用 +12V、地、-12V 这三个电源必须接上，运放才能工作。同时注意要打开电 源开关。
思考题 2：示波器、信号发生器和交流毫伏表都使用的是同种测试线，哪种 仪器的测试线在单独使用时红夹子和黑夹子可以短接?为什么? 答：示波器和交流毫伏表在单独使用时，红黑夹子可以短接。因为它们是信 号的输入端，短接时，输入信号为零。
6
模拟电子技术实验
信号发生器的红黑饺子不可短接，短接会烧毁仪器。因为它们是信号的输出 端，短接相当于把信号端直接接地，会烧毁设备。 六、预习要求
R1=RF
微波感应电路8页
微波感应人体传感器2008-11-12 08:531。
工作原理微波感应控制器使用直径9厘米的微型环形天线作微波探测，其天线在轴线方向产生一个椭圆形半径为0～5米（可调）空间微波戒备区，当人体活动时其反射的回波和微波感应控制器发出的原微波场（或频率）相干涉而发生变化，这一变化量经HT7610A进行检测、放大、整形、多重比较以及延时处理后由白色导线输出电压控制信号。
高可靠微波感应控制器内部由环形天线和微波三极管组成一个工作频率为2.4GHz的微波振荡器，环形天线既做发射天线也可接收由人体移动而反射的回波。
内部微波三极管的半导体PN结混频后差拍检出微弱的频移信号（即检测到人体的移动信号) ,微波专用微处理器HT7610A首先去除幅度太小的干扰信号只将一定强度的探测频移信号转化成宽度不同的等幅脉冲，电路只识别脉冲足够宽的单体信号，如人体、车辆其鉴别电路才被触发，或者两秒内有2～3个窄脉冲，如防范边沿区人走动2～3步，鉴宽电路也被触发，启动延时控制电路工作。
如果是较弱的干扰信号，如小体积的动物，远距离的树木晃动、高频通讯信号、远距离的闪电和家用电器开关时产生的干扰予以排除。
最后输HT7610A 鉴别出真正大物体移动信号时，控制电路被触发，输出2秒左右的高电平，并有LED2同步显示，输出方式为电压方式，有输出时为高电平（4伏以上），没有输出时为低电平。
微波专用的微处理器HT7610A的时钟频率为16KH，当初次加电时，系统将闭锁60秒，期间完成微处理器的初始化并建立电场，这时LED1点亮60秒后熄灭，系统自动进入检测状态，当检测到有效信号时，将有5秒信号输出，并由指示灯LED2同步显示。
控制器的外形上图所示，面板上设置有灵敏度调整孔，可以使监控距离在1～7米范围内可调，顺时针转动距离变远，逆时针转动距离变近， LED1、LED2用于指示TX982的工作状态，1.2米长的双芯屏蔽线用于连接电源和负载，其中红色线用来接正电源，白色线接输出，铜网屏蔽层接电源负极，必要时可以用类似电缆加长至50米以内使用。
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》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。
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
微波射频器件考核试卷
D.放大器
8.以下哪些器件在微波射频电路中起到阻抗匹配作用？（）
A.耦合器
B.匹配网络
C.变压器
D.功率分配器
9.微波射频器件中，哪些器件可以用于信号幅度调制？（）
A.调制器பைடு நூலகம்
B.放大器
C.检波器
D.滤波器
10.以下哪些器件在微波射频电路中起到隔离作用？（）
A.隔离器
B.检波器
C.耦合器
D.功率分配器
3.请解释混频器在微波射频系统中的作用，并简述其工作原理。（）
4.讨论微波射频器件中滤波器的设计考虑因素，以及它对整个射频系统性能的影响。（）
标准答案
一、单项选择题
1. C
2. C
3. C
4. B
5. A
6. A
7. C
8. B
9. C
10. A
11. C
12. C
13. A
14. C
15. A
16. A
4.微波射频器件中，______是一种常用的无源耦合元件。（）
5.以下单位表示功率的是______，它是一种相对单位。（）
6.微波射频电路设计时，为了提高信号的传输效率，需要保证传输线阻抗与器件阻抗之间的______。（）
7.在微波射频电路中，______是一种常用的有源放大器件。（）
8.微波射频器件的______是指器件在工作频率范围内的性能表现。（）
微波射频器件考核试卷
考生姓名：________________答题日期：______年__月__日得分：_________________判卷人：_________________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
微波电路基础知识
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。
微波电路 CAD 包括线性微波电路的 S 参数计算、直流分析、线性/非线性噪 声分析、非线性电路的瞬态分析、非线性电路的谐波分析（功率压缩、交调和谐 波特性等）、优化设计、容差分析、2.5D 及 3D 电磁场仿真、布线和版图设计等， 甚至还可以包括微波器件的建模和参数提取以及计算机辅助测试。
3
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
图 6 微波混合集成电路示例
图 7 微波集成电路（MIC）示例
图 8 微波单片集成电路（MMIC）示例
2.1.3 按源分
微波电路还可以按照有源电路和无源电路分类。其中，有源电路包括放大器、 振荡器等；无源电路包括分路器、耦合器、移相器、开关、混频器和滤波器等。
表达式，这时 [S ]为 N×N 维的矩阵。
13
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
4. 史密斯（Smith）圆图 Smith 圆图是一个非常有用的图形化的匹配电路设计和分析工具，且方便有
效，在微波电路设计过程中会经常用到。 另外，Smith 圆图有阻抗圆图和导纳圆图两种形式，可以视具体情况选用。
b1 S11= a1 a2=0 ，即当端口 2 匹配时（ZL=Z0），端口 1 的反射系数；
b2 S22= a2 a1=0 ，即当端口 1 匹配时（ZS=Z0），端口 2 的反射系数；
微波技术基础电子科大第12次课
低频的集总参数带通滤波器，关心每 一个元器件的值，与传输线无关。
分布参数电路与集总参数电路的区别
分布参数电路：当元器件的尺寸与波长可比拟时， 电磁场（幅度相位）不仅随时间变化，而且同时随 空间位置变化，电磁波在电路中传输的滞后效应显 著。传输线就不能再简单的认为只是电路上两点之 间的连接方式，而应该等效为具有分布参数的电路 网络，线上各点的电位不同，处处有储能和损耗， 导体上存在有损耗电阻、电感，导体间存在分布电 容和漏电导。在设计时必须把传输线作为电路的一 部分来考虑。
TEM模的一个重要特性就是电磁场垂直于传播方向，场 分布与静场相同，电压、电流和特性阻抗可以由电磁场 唯一确定。另外，传输线参数，如，单位长度的电感和 电容等也可以由电磁场唯一定义，这样，传输线理论就 把集总参数电路理论用来解决一般的电磁场问题（化场 为路）。 最后，矩形波导，圆波导和槽线支持的是非TEM模，单 导体系统也无法确定对应电压波和电流波。在这次课， 我们只研究TEM模传输线的分布参数电路理论，对于波 导系统的分布参数理论在以后的课程中介绍。
专业资料发电厂发电厂用户家中用户家中交流电频率fis50hz波长llis5??106m传输线的形式1专业资料集成电路微带线带状线通孔从此处截面pcb基板tw上图的横截面t信号微带地地电源信号带状线信号带状线地地电源信号微带铜导线copperplanefr4基板w信号频率f5ghz波长ll6cm微带线带状线传输线的形式2专业资料?选择何种形式的传输线必须根据其应用场合和目的例如用于传输兆瓦级电磁能量的高功率传输线必须具有高功率容量和低损耗特性一般都非常笨重
传输线的参量
每个单元均可由L1，C1，G1，R1四个参数来决定。 L1表示导体的自感，与单位长度传输线内存储的磁 能时均值相关。 C1表示导体之间的电容耦合，决定于导体的接近程 度，与单位长度传输线内存储的电能时均值相关。 G1表示由介质引起的单位长度的传输线上的功率耗 散的时均值。 R1表示由金属的有限导电率引起的传输线上的功率 损耗的时均值。 G1，R1表示的是传输线的衰减（损耗）参量。
单片射频微波集成电路技术与设计
单片射频微波集成电路技术与设计单片射频微波集成电路（Monolithic RF Microwave Integrated Circuit，简称MMIC）是一种在单个芯片上集成了射频（RF）和微波电路的技术。
它在通信、雷达、卫星通信等领域有着广泛的应用。
本文将介绍单片射频微波集成电路的技术原理和设计方法。
单片射频微波集成电路的核心是集成电路芯片，该芯片上集成了射频和微波电路所需的各种功能模块，如放大器、混频器、滤波器、功率放大器等。
相比传统的离散组件，单片射频微波集成电路具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等优点，能够满足复杂电路的集成需求，提高系统性能。
单片射频微波集成电路的设计过程包括射频电路设计、微波电路设计、封装和测试等环节。
首先，需要根据系统需求和设计规范确定电路的工作频带、增益、带宽等参数。
然后，通过射频和微波电路的基本理论知识，选择合适的电路拓扑结构和器件参数。
在设计过程中，需要考虑电路的稳定性、噪声、线性度等指标，并进行相应的优化和调整。
在单片射频微波集成电路的设计中，还需要充分考虑电路的布局和封装技术。
合理的布局和封装可以降低电路的串扰和杂散，提高电路的性能。
同时，封装技术也需要考虑电路的散热和可靠性等因素。
现代封装技术如BGA（Ball Grid Array）和CSP（Chip Scale Package）等，可以满足单片射频微波集成电路的高集成度和小尺寸的要求。
当单片射频微波集成电路设计完成后，还需要进行测试和验证。
测试过程中需要使用专业的测试设备和仪器，对电路的性能进行准确的测量和评估。
通过测试结果，可以了解到电路的工作状态和性能指标是否符合设计要求，并进行必要的调整和优化。
随着射频和微波技术的不断发展，单片射频微波集成电路在无线通信、雷达、卫星通信等领域的应用越来越广泛。
它能够实现高度集成化、低功耗、小尺寸的设计要求，为现代通信系统的发展提供了强大的支持。
未来，随着射频和微波集成电路技术的进一步突破，单片射频微波集成电路将会在更多的领域发挥重要作用。
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1. 已知某微带的导带宽度为ω=2mm，厚度t→0，介质基片厚度h=1mm，
相对介电常数εr=9，求此微带的有效填充因子q和有效介电常数
ε
e及特性阻抗Z0（设空气微带特性阻抗Za0=88Ω）。
解：5.6)121(21215.0whrre
69.0])121(1[215.0whq
、5.340eoZZ
2.
一根以聚四氟乙烯(εr=2.1)为填充介质的带状线，已知b=5mm，
t=0，ω=2mm，求此带状线的特性阻抗及其不出现高次模式的最高工
作频率。
解：由于35.04.05/2/bw所以可得中心导带的有效宽度为
mmwwe2
，由此可得带状线的特性阻抗为
3.77441,0300bwbZer
带状线的主模为TEM模，但若尺寸选择不当也会引起高次模，为抑制
高次模，带状线的最短工作波长应满足：
),max(1010cTMcTE
5.142,8.521010rcTMrcTEbw
所以，她的最高工作频率为
GHZcf20105.1410338
3.已知带状线两接地板之间距离b=10mm，中心导带宽度ω=2mm，厚
度t=0.5mm，填充介质εr=2.25，求带状线的特性阻抗。
解：有由于35.021.0)5.010/(2)/(tbw,故属于窄导体带情况，其特
性阻抗应由下式求出：
)4ln(60dbZrc
其中，d为等效的中心导体直径。
当11.0105.0wt时，d与w和t的关系为
]})(51.0)4ln(1[2{2wttwwtwd
而 5.1,0625.0)(,0796.0,5.0,102rwtwimmtmmw
故 03188.0)(51.0,917.34ln,423.12wttwd
所以65.87cZ