微波电路与系统(01).ppt

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1、第1讲 绪论第1讲 内容n射频/微波的定义；n 射频/微波的特点；n常规电路元件的射频特性；n 射频/微波的简史；n课程内容设置；n本课程的要求与建议；1.1 RF/MW的定义n射频(Radio Frequency)/微波(Microwave)n无线电频谱中占据某一特殊频段的电磁波。无线频谱的划分RF/MW典型应用的频谱1.2 RF/MW的特点n频率高q通信系统中相对带宽f/f通常为一定值，q所以频率f越高，越容易实现更大的带宽f，从而信息的容量就越大。q例如，对于1%的相对带宽，600MHz频率下宽带为6MHz（一个电视频道的带宽），而60GHz频率下带宽为600MHz（100个电视频道！）

2、。q因此，RF/MW的一个最广泛应用就是无线通信。微波接力通讯蜂窝电话系统波长短n天线与RF电路的特性是与其电尺寸l/相关的。在保持特性不变的前提下，波长越短，天线和电路的尺寸 l 就越小，因此，波长短有利于电路的小型化。n目标的雷达散射截面（RCS）也与目标的电尺寸成正比，因此在目标尺寸一定的情况下，波长越小，RCS就越大。这就是雷达系统通常工作在MW的原因。雷达n大气窗口n地球大气层中的电离层对大部分无线电波呈反射状态（短波传播的原理），但在MW波段存在若干窗口。因此，卫星通信、射频天文通常采用微波波段。n分子谐振n各种分子、原子和原子核的谐振都发生在MW波段，这使得微波在基础科学、医学、

3、遥感和加热等领域有独特的应用。12微波频段的电波传播特性 电波传播大气窗口 36GHz(8mm),94GHz(3.2mm)电波传播衰减峰 22GHz(15mm),60GHz(5mm)卫星通讯卫星定位导航射电天文望远镜微波炉微波治疗仪n上述特点使得RF/MW有着广泛的应用，但是真正使RF/MW成为一门独立学科是因其具有一个独特特点：RF/MW的波长与自然界物体尺寸相比拟。n在RF/MW相邻低端以下的频段，波长比物体尺寸长很多，可以采用集总模型研究。n在RF/MW相邻高端以上的频段，波长比物体尺寸小很多，可以采用几何光学研究。n当波长与物体的尺寸相比拟时，电磁波波动性呈主流，因此必须采用电磁场理论

4、和分布模型研究。1.3 常规电路元件的射频特性n在常规交流电路中，最常用的电路元件是电阻R，电感L，电容C和连接这些元件的导线。n在频率较低时，电阻器，电感器和电容器分别对应于热能，磁场能量和电场能量集中的区域，所以可以用“集总”元件表征。这时R，L，C基本为常数，不随频率变化，导线也相当于与频率无关的短路线段。n在RF/MW波段，由于导体的趋肤效应，介质损耗效应，电磁感应等的影响，器件区域不再是单纯能量的集中区，而呈现分布特性。1.3.1 长线概念对应的波长1.3.2 导体的趋肤效应1.3.3 高频电阻1.3.4 高频电容1.3.5 高频电感1.4 RF/MW发展简史1.5 课程内容设置无线

5、通信系统射频前端原理框图雷达系统框图射频/微波电路基本常识（一）c=velocity of wave=3 x 108 m/sr=relative dielectric constant f=frequency of signal,Hz =wavelength of signal,m射频电路射频电路常用参数指标（常用参数指标（1）dB为相对单位，dBm为绝对单位。双端口网络P1P2射频/微波电路基本常识（二）射频电路射频电路常用参数指标（常用参数指标（2）射频/微波电路基本常识（三）F=Noise FigureNF(dB)=Noise FactorSNR=signal-to-noise powe

6、r ratio(SNR)in(SNR)out2-PortNetworkf射频电路射频电路常用参数指标（常用参数指标（3）射频/微波电路基本常识（四）相位噪声,Single Sided Band Phase Noisefofo+fSSB Phase Noise(dBc/Hz)offset fSpurs(dBc)RBWRBW=ResolutionBand Widthof spectrumanalyzerExample：The testing result is as follows:the SSB phase noise is less than-97.5dBc/Hz100KHz,and less

7、 than-120dBc/HzlMHz,the output power is large than 8dBm at the center frequency.振荡器在偏离载频100KHz时的相位噪声为-97.5dBcHz，在偏离载频1MHz的相位噪声为-120dBcHz。振荡器的输出功率大于8dBm。射频电路射频电路常用参数指标（常用参数指标（4）不匹配：有劲使不上匹配：最大功率传输最大功率传输ZsVsZSZLPoutZLZL=ZS*即匹配(Matched)射频/微波电路基本常识（五）匹配概念匹配概念传输线 源（激励）微波元件 接收（负载）传输线射频/微波网络按网络与传输系统的通道口数目来分

8、可分为：一端口网络-与传输系统有一个联络通道 ex:Source/Load二端口网络-与传输系统有二个联络通道 ex:Attenuator/Amplifier三端口网络-与传输系统有三个联络通道 ex:Power Divider四端口网络-与传输系统有四个联络通道 ex:Directional Coupler射频/微波电路基本常识（六）描述网络特性矩阵，根据不同定义，常用的有Z,Y,A,S四种。传输系统及网络传输系统及网络射频/微波电路基本常识（七）n常见射频信号接头q各种电路模块需要用接插件连接起来。这种连接可以是硬连接,也可以通过电缆软连接。电缆分为柔性电缆、软电缆和半刚性电缆。工程中的具

9、体选择由总体结构、成本与性能等因素决定。接头的特性见下页。q这些接头都是阴阳配对使用。旋接时一手捏紧阴头端，另一手旋转阳头端螺套，使接头插针沿轴向拔出或插入，不应旋转阴头端，以免损伤插针和插孔。接头另一端焊接射频/微波电路或与合适的电缆相接。频率低，频率低，中功率，低价中功率，低价频率低，低价频率低，低价小型化，现代多用小型化，现代多用Connector Type Frequency Range VSWR RF Leakage Insertion Loss Comments BNC DC 3 GHz (50/75/300/1M)-medium,lower price,lower freq.,l

10、imited connectors/disconnectors N-Type DC 18 GHz (50/75)1.06+0.007(f)-(100-f)dB 0.05 f dB larger,extremely rugged TNC DC 15 GHz (50/75)1.07+0.007(f)-(90-f)dB 0.05 f dB lower price SMA DC 18 GHz (50,3.5mm)1.02+0.005(f)-(100-f)dB 0.03 f dB small,moderate price,limited connectors/disconnectors APC-7 DC

11、 18 GHz (50,7mm)1.004+0.001(f)-larger,high quality,many connect/disconnect cycles K DC 40 GHz (50)1.4 -(106-f)dB 0.03 f dB medium,moderate price,high quality,high freq.,many connect/disconnect cycles 尺寸大，结构稳定尺寸大，结构稳定尺寸大，质量高尺寸大，质量高高频，高价，高频，高价，高质量高质量常见射频信号接头特性表1.6 本课程要求与建议n成绩评定与作业要求q作业30%，期未考试70%。q每周交一次作业，课件从网上下载n教材与参考书籍q1 李绪益，微波技术与微波电路，华南理工大学出版社，2007，（教材，习题）q2 R.Ludwig,P.Bretchko,RF circuit Design Theory and Applications,电子工业出版社（中、英本），2004。q3 P.M.Pozar,Microwave Engineering,(Thirdedition),电子工业出版社（中、英本），2006。小结1n射频/微波的基本概念与特点n射频/微波的简史n课程内容设置n本课程的要求与建议n习题1qP10:0-1，0-2