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1、第四章 微波有源电路?微波放大器 ?微波混频器与倍频器?微波混频器与倍频器 ?微波振荡器 ?微波调制器与控制电路?微波调制器与控制电路 ?微波前端 微波电路?微波电路CAD ?微波电路测量微波前端与微波测量3天线发射机接收机无线系统微波通信系统 雷达系统 微波系统雷达系统 无线传感网络等微波系统发射机功率、噪声、效率 T/R组件发射机T/R组件天 线线接收机灵敏度选择性接收机灵敏度、选择性?发射机的任务是将语音、图像等基带信号对载波进行调 制实现频率的转换利用电磁波将信息传送到远端制，实现频率的转换，利用电磁波将信息传送到远端， 发射机的主要技术指标为功率、噪声与效率。 ?接收机是信号的还原过
2、程它要在复杂的电磁环境中筛?接收机是信号的还原过程，它要在复杂的电磁环境中筛 选出有用的信号，将微波信号转换为基带信号。接收机 接收的信号的微弱性空间环境的复杂性使得接收机接收的信号的微弱性，空间环境的复杂性，使得接收机 的主要指标是灵敏度和信号的选择性。 ?发射机通常与接收机组合成收发机，或称T/R组件。在 收发机中，为了使用一个天线，必须采用双工器将发射 信号或接收信号分离，防止发射信号直接进入接收机， 使其烧毁。双工器可以是开关、环行器或滤波器的组合。?微波发射机的主要功能 ?对信号进行调制上变频功率放大和滤波有时前两个功?对信号进行调制、上变频、功率放大和滤波，有时前两个功 能会合并在
3、一起。形式较固定，对发射机中如噪声、干扰抑 制和频带选择等的要求要比在接收机中宽松得多制和频带选择等的要求要比在接收机中宽松得多。 ?微波发射机的基本参数 ?频率或频率范围?频率或频率范围 ?功率最大输出功率、功率波动、功率时间/温度稳定性 ?效率供电电源到输出功率的转换效率?效率供电电源到输出功率的转换效率 ?噪声调幅、调频和调相噪声 谐波抑制对高次谐波的抑制能力dd?谐波抑制对高次谐波的抑制能力2nd3nd ?杂波抑制除基波和谐波外的任何信号某8mm收发组件发射支路中心频率：35GHz中心频率：35GHz带宽：600MHz功率增益功率增益：Gp30dB输出功率：P028dBm功率平坦度：
4、0.2dB效率10%效率：10%工作重复频率：30KHz70KHz,占空比：50%谐波抑制：优于30dBc杂波抑制：优于45dBc杂波抑制：优于45dBc?发射机的典型结构?不同的应用需求，可能形式稍有不同。?雷达系统直接产生输出微波信号频率再使用调制器进?雷达系统直接产生输出微波信号频率，再使用调制器进 行幅度/相位调制，放大输出 ?通信系统先将发射的低频信号调制到发射中频（如?通信系统先将发射的低频信号调制到发射中频（如 70MHz），再混频、滤波放大输出 ?将发射的低频信号调制到发射中频上，经多次倍频得到发射?将发射的低频信号调制到发射中频上，经多次倍频得到发射 机频率，再滤波放大输出。
5、?发射机的功率输出特性?微波接收机?在复杂电磁环境下检测微弱信号?在复杂电磁环境下检测微弱信号?高工作频率、高集成度、低电压、低功耗、低成本。?高工作频率、高集成度、低电压、低功耗、低成本。?低噪声系数、小互调失真（IMD）、大的频率动态范围、稳定的自动增益控制（AGC）、适当的射频和中频增益、低相位噪声等特性声等特性?外差/超外差接收机、零中频接收机、数字中频接收机、其它?微波接收机的主要性能参数 ?接收机灵敏度描述接收机对小信号的接收能力?接收机灵敏度描述接收机对小信号的接收能力。式中S为接收机灵敏度k 1 38 1023（J/K）是玻尔兹()TwsdSF kTBSNRZ= 式中，S为接收
6、机灵敏度；k=1.38x10-23（J/K），是玻尔兹 曼常数；T为绝对温度；BW是系统的等效噪声频宽；SNRd系 统要求的信噪比；Z 是系统阻抗；F 是总等效输入噪声系数统要求的信噪比；ZS是系统阻抗；FT是总等效输入噪声系数?频率选择性描述接收机对邻近信道频率的抑制能力?动态范围接收机线性放大能力某8mm收发组件?接收支路?中心频率：35GHz?中心频率：35GHz?带宽：600MHz?噪声系数：5dB?最大输入功率：-10dBm?增益：80dB0 5dB?增益：80dB0.5dB?杂波抑制：35dBc?保护开关：30dB?外差式接收机 ?在收发的链路上引入中频（IF）中频进行滤波处理相比
7、微波?在收发的链路上引入中频（IF）、中频进行滤波处理相比微波 频段具有很高优势?外差式接收机的优缺点 ?频带选择性好动态范围大稳定性高干扰少容易实现?频带选择性好，动态范围大，稳定性高，干扰少，容易实现； ?组合频率干扰多，若落入中频通道，直接干扰有用信号。?“镜像抑制滤波器” 中频频率的选择（高中频低中频等）中频频率的选择（高中频、低中频等） 双中频方案?零中频接收机 ?将射频信号经过次变频直接转换为基带信号零中频结构?将射频信号经过一次变频直接转换为基带信号，零中频结构?系统简单、所需集成电路芯片和外部元器件极少、集成度高、 易单片集成 ?无混频组合分量?零中频收发机的特有问题 ?载波频
8、率与本振频率相同发射机信号部分会反馈回本振?载波频率与本振频率相同，发射机信号部分会反馈回本振， 恶化输出频谱，造成频率偏移，最终使调制频谱恶化?零中频收发机的特有问题 ?接收部分直流分量大接收机易饱和基带信号易受干扰?接收部分：直流分量大，接收机易饱和、基带信号易受干扰本振泄漏本振泄漏强干扰?器件不理想造成接收干扰“正交失配”等 ?要有定的镜频抑制能力?要有一定的镜频抑制能力 ?对其它零中频接收机的干扰大?总体性能低于外差接收机 ?但集成度高易单片集成成本低?但集成度高、易单片集成、成本低 在对性能要求不是特别高的领域特别适用其它：低中频接收机、镜像抑制接收机等。微波测量微波测量?微波测量技
9、术的进展 ?信号源方面以模拟式和合成式扫频信号源为特征扫频范?信号源方面，以模拟式和合成式扫频信号源为特征，扫频范 围极宽，在微机控制下增加了智能和自动测量功能； ?在微波参数测量方面阻抗与网络参数测量以自动网络分析?在微波参数测量方面，阻抗与网络参数测量以自动网络分析 仪（ANA）为重点， ?频率与功率测量仍属于信号特性分析的主要内容?频率与功率测量仍属于信号特性分析的主要内容。 ?近代微波测量技术的内容概括起来可分为微波扫频信号的产 生与控制、微波信号特性和微波网络特性测量技术等三类。生与控制、微波信号特性和微波网络特性测量技术等三类。 ?微波测量设备 ?价格昂贵；?价格昂贵； ?种类多，
10、不同频率范围对应不同测试仪器 通用测试仪器和专用测试仪器等通用测试仪器和专用测试仪器等?常见的微波测试仪器 ?微波网络分析仪矢量/标量网络分析仪?微波网络分析仪矢量/标量网络分析仪 矢量网络分析仪主要用来测试如频响、增益、插损、带外 抑制VSWRS参数（包括幅值和相位）阻抗插入抑制、VSWR、S参数（包括幅值和相位）、阻抗、插入 相移、群延时等指标；而标量网络分析仪则只能测试上述 指标中与相位无关的参数。指标中与相位无关的参数。?矢量信号分析仪具有频域、相位域、时域和调制域（调幅、调频、 调相）分析能力；具有猝发信号和瞬变信号分析以及瞬时功率测调相）分析能力；具有猝发信号和瞬变信号分析以及瞬时
11、功率测 量的能力；具有眼图、星座图和矢量（即坐标图）等显示形式， 可用于采用数字调制体制的设备和系统的测试。?频谱分析仪 主要用来分析和测试信号的频谱相位噪声杂波以及谐波等主要用来分析和测试信号的频谱、相位噪声、杂波以及谐波等。?噪声系数分析仪 ?进行噪声系数测试的专用仪器?进行噪声系数测试的专用仪器?功率计频率计等?功率计、频率计等?微波信号源 ?可以产生CW及各种调制的微波信号?可以产生CW及各种调制的微波信号。 ?从实现方式和输出信号的频率特征 ?模拟式微波扫频信号源 既可输出快速连续的扫频信号又可?模拟式微波扫频信号源 既可输出快速连续的扫频信号，又可 输出点频信号。其输出信号的指标较
12、差，但价格便宜，可应 用于一般通用测试用于一般通用测试。 ?微波合成信号源可输出频率精确、频谱优良的信号，一般还 可进行步进和列表扫频，价格较高。可进行步进和列表扫频，价格较高。 ?微波合成扫频信号源。微波合成扫频信号源将以上两种信号 发生器有机结合，功能丰富，性能优良，但价格昂贵。发生器有机结合，功能丰富，性能优良，但价格昂贵。?相位噪声测试系统?示波器?微波测量微波噪声系数测量的基本原理噪声发生器(冷/热源)Y参数法：通过获得待测网络对不同温度的噪声源的 噪声输出功率的比值获得待测网络的等效噪声温度/噪噪声输出功率的比值，获得待测网络的等效噪声温度/噪 声系数。基本原理1.冷态时的噪声输出
13、11()tNGk TT B=+11()outeNGk TT B+2.热态时的噪声输出22()outeNGk TTB=+3 热态时的噪声输出3.热态时的噪声输出22()outeNTTY+= 11()outeYNTT=+ 4.等效噪声温度21 1eTYTTY=1Y5.噪声系数()()201021/1(/1)11eTTY T TTTYTF= += +=()()0011TYTYY TT()()()10102201 111Y TT Y TTTENRTT Y=()0201111YTYTT微波电路CAD微波电路CAD? 线性/非线性微波电路仿真软件； ? 2 5D平面电路电磁场仿真软件；名称主要性能厂商AD
14、S综合软件包Agilent ? 2.5D平面电路电磁场仿真软件； ? 3D电磁场仿真软件； ? 系统仿真软件；Serenade综合软件包AnsoftMW Office线性/非线性电路、2.5D电磁场 仿真AWR ? 系统仿真软件； ? 专用电路的设计软件。 ? 排版软件仿真 GENESYS线性/非线性电路、滤波器设计等EaglewareMMICAD线性/非线性电路设计OPTOTEK? 排版软件MMICAD线性/非线性电路设计OPTOTEKMomentum2.5D平面电路电磁场仿真AgilentEnsemble2 5D平面电路电磁场仿真AnsoftEnsemble2.5D平面电路电磁场仿真Ans
15、oftEm2.5D平面电路电磁场仿真SonnetHFSS3D电磁场仿真AnsoftHFSS3D电磁场仿真AnsoftMW Studio3D电磁场仿真CSTSymphony系统仿真AnsoftSymphony系统仿真AnsoftClementine共形天线设计AnsoftProtel电路板布线PROTELProtel电路板布线PROTELAutoCAD电路板布线Autodesk?微波电路CAD软件的特点 ?必须有精确的传输线模型和各种器件模型?必须有精确的传输线模型和各种器件模型； ? 有时必须采用电磁场仿真等数值仿真工具； ?般都具有S参数分析的功能? 一般都具有S参数分析的功能。 ?在微波电
16、路CAD技术中，各种传输线及其不均匀区模型、元 件之间的寄生耦合模型以及微波有源器件的非线性模型等件之间的寄生耦合模型以及微波有源器件的非线性模型等， 在技术上的难度都非常大。 ?微波电路CAD 包括线性微波电路的S 参数计算直流分析?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、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 试试。?常见的分析方法 ?线性电路采用等效电路模型和S 参数矩阵级联计算?线性电路：采用等效电路模型和S 参数矩阵级联计算。 ?非线性电路：Spice、谐波平衡法、包络仿真法等。 ?电磁场仿真常采用矩量法和有限元法等数值计算方法?电磁场仿真：常采用矩量法和有限元法等数值计算方法。 ?优化 给
