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1、1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 .S m i t h 圆图4 .简单的匹配电路设计5 .微波电路的计算机辅助设计技术及常用的 C A D 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Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer2第1 章概述所谓微波电路，通常是指工作频段的波长在 1 0 m 1 c m ( 即 3
2、0 M H z 3 0 G H z ) 之 间的电路。此外，还有毫米波（3 0 3 0 0 G H z ）及亚毫米波（1 5 0 G H z 3 0 0 0 G H z ） 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 （R F ）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
3、飞速发展，目前芯片的工作速度已经超过 了 1 G H z 。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。第 2 章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Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer
4、3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：采用分离元件及分布参数电路混合集成。 微波集成电路（M I C ） ：采用管芯及陶瓷基片。 微波单片集成电路（M M I C ） ：采用半导体工艺的微波集成电路。Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer4图 6 微波混合集成电路示例图 7微波集成电路（M I C ）示例图 8 微波单片集成电路（M M I C ）示例2.1.3 按源分微波电路还可以按照
5、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。Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer52.2 常用的微波传输线电路元件和不连续性元件图 9传输线段图 1 0耦合线图 1 1开路线图 1 2短路线Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to
6、 buy Virtual PDF Printer6图 1 3直角拐弯线图 1 4阶梯线图 1 5渐变线图 1 6缝隙图 1 7T 型结Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer7图 1 8十字结 其他还有一些如扇形线、L a n g e 耦合器、交指电容和螺旋电感等等。2.3 常用的微波元器件这 里 主 要 介 绍 一 些 常 用 的 贴 装 无 源 器 件 和 微 波 半 导 体 器 件 。图 1 9片状叠层电容及单层电容图 2
7、0片状叠层电感及线绕电感Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer8图 2 1片状电阻图 2 2贴装可调电容图 2 3贴装电位器图 2 4微波二极管（封装及芯片）Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer9图 2 5微波三极管和场效应晶体管（封装及芯片）图 2 6微波单片
8、集成电路（M M I C ） （封装及芯片）2.4 常用的微波介质基片我们经常使用的微波介质材料如表 1 所示。Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer10表 1几种经常使用的微波介质材料 名称介电常数（r ）备注 聚四氟乙烯玻璃纤维基片2 . 7国产、进口 陶瓷（A l2O3）基片( 9 9 % )9 . 6国产、进口 微波复合介质基片可选国产 R T / d u r o i d5 8 8 02 . 2R o g e r s 公
9、司 R O 4 0 0 33 . 3 8R o g e r s 公司 T M M 1 0 I9 . 8R o g e r s 公司R T / d u r o i d S e r i e sR O 4 0 0 0 S e r i e sT M M S e r i e s 图 2 7R o g e r s 公司生产的几种微波介质基片第 3 章微波网络及网络参数3 . 1具有特定内容（含义）的特殊微波网络 3 . 1 . 1平行耦合线定向耦合器4231图 2 8 平行耦合线定向耦合器 3 . 1 . 2兰格（L a n g e ）定向耦合器Create PDF with GO2PDF for fre
10、e, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer11143268101214 Frequency (GHz)-35-25-15-50DB(|S2,1|) Lange CouplerDB(|S3,1|) Lange CouplerDB(|S4,1|) Lange Coupler图 2 9L a n g e 定向耦合器 3 . 1 . 3威尔金森（W i l k i n s o n ）功分器/ 合路器3211819202122 Frequency (GH z)Wilkinson Power Divid
11、er-40-30-20-100DB (|S1,1 |) PDDB (|S2,1 |) PDDB (|S3,1 |) PD图 3 0 功分器/ 合路器 3 . 1 . 4阶梯阻抗变换器21图 3 1 阶梯阻抗变换器 3 . 1 . 5微带线低通滤波器Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer12图 3 2 微带线低通滤波器3 . 1 . 6平行耦合线带通滤波器9101112131415-80-60-40-200freq, GHzdB(
12、S(2,1)dB(S(1,1)图 3 3 平行耦合线带通滤波器 3 . 1 . 7其它，如交指滤波器、谢夫曼移相器及分支线定向耦合器等，也都具有固 定（特定）的网络形式。 3 . 2一般网络微波网络是由各种微波元件根据需要组合而成，所以网络的形式具有任意性。上面介绍的那些特殊网络只是其中一些典型的形式而已。一般来说，简单的网络通常是窄带的电路，如g / 4 线。这一点，在设计宽 带匹配电路时，需要引起注意。 3 . 3网络参数 我们经常使用 S 参数（即散射参数）来描述微波网络。以下面的二端口网络 为例。Create PDF with GO2PDF for free, if you wish
13、to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer13图 3 4二端口微波网络 在图 3 4所示的二端口微波网络中，a 1和 b 1 分别为端口 1 的归一化入射电 压波和反射电压波；a 2 和 b 2 分别为端口 2 的归一化入射电压波和反射电压波。 二端口微波网络的输入和输出之间的关系可以表示为 +=+= 22212122121111 asasbasasb （1 ）即 21 aaS其中 =S 22211211 ssss （2 ）式（1 ）称做散射方程，S叫散射矩阵或散射参数。由式（1 ）可以得出二端口网络的 S 参数为：S
14、1 1 =0211 =aab ，即当端口 2 匹配时（Z L = Z 0 ） ，端口 1 的反射系数；S 2 2 =0122 =aab ，即当端口 1 匹配时（Z S = Z 0 ） ，端口 2 的反射系数；S 1 2 =0121 =aab， 即当端口 1 匹配时，端口 2 到端口 1 的传输系数；S 2 1 =0212 =aab，即当端口 2 匹配时，端口 1 到端口 2 的传输系数。通过上面的分析我们可以看出，微波网络的 S 参数具有确定的物理意义。 实 际上，我们以往所经常使用的如 Z 参数、Y 参数和 H 参数等均可以通过计算与 S 参数互相换算。但在微波频率上，只有 S 参数是可以测
15、量出来的，这样也就解决 了微波网络参数的测量问题。 另外，对于端口数为 N的多端口网络，我们同样可以得到类似于式（1 ）的表达式，这时S为 N N 维的矩阵。Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer144 .史密斯（S m i t h ）圆图 S m i t h 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，S m i t h 圆图有阻抗圆图和导纳圆图两种形式，可以视具体
16、情况选用。图 3 5S m i t h 阻抗圆图Z=30+j25图 3 6S m i t h 圆图的应用示例Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer15图 3 7图解用的 S m i t h 圆图标准图纸 由图 3 5 我们可以看到，在 S m i t h 阻抗圆图中存在等电阻圆、等电抗线、纯 电阻线、电感平面（j L ） 、电容平面（1 / j C ） 、开路点、短路点和 5 0 点等 等。 当然，相对应的在导纳圆图中也存在等电导圆和等导纳线等。 5 .简单的匹配电路设计举例 晶体管放大器匹配电路设计示例 6 .微波电路的计算机辅助设计技术及常用的 C A D 软件 自 2 0 世纪 7 0 年代以来， 微波电路 C A D 技术已经取得了很大的进步。 一方面 是各 C A D 软件厂商推出了很多通用和专用的微波电
