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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。
微波电路及其PCB技术设计知识微波电路及其PCB技术设计知识随着科技的不断发展，微波技术在通信、雷达、航空航天等领域中逐渐得到广泛应用。
微波电路是微波技术的核心，而微波电路的设计和制作依靠着PCB技术。
本文将从微波电路的基本概念和PCB技术的基本流程入手，介绍微波电路及其PCB 技术的设计知识。
一、微波电路的基本概念微波电路是指在微波频段（1~300GHz）内工作的电路，通常包括射频电路、微波电路和毫米波电路。
微波电路与一般的低频电路相比，有着不同的特点和要求。
微波电路的特点主要有以下几个方面：1.工作频率高，信号波长短。
微波波长在厘米至毫米级别，与低频电路相比要短得多。
因此在微波电路的设计中，需要特别注意电路的尺寸和传输线的特性阻抗等参数。
2.信号传输损耗大。
由于传输线的损耗、元器件的损耗、导体的损耗等原因，微波电路的传输损耗要比低频电路大得多。
因此，在设计微波电路时需要充分考虑信号传输损耗和信噪比问题。
3.信号噪声低。
微波电路的信噪比要求高，因为在微波频段内，信号与噪声的比例要比低频电路低得多。
因此，在设计微波电路时需要考虑降低噪声的影响，提高信号的质量和可靠性。
4.稳定性要求高。
微波电路的稳定性要求比低频电路高，因为微波电路中的元器件往往是高精度、高质量的，其参数变化容易引起整个电路的性能变化甚至发生故障。
二、PCB技术的基本流程PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）技术是目前电子制造领域中使用最广泛的电路板制造技术之一。
在微波电路的制造过程中，PCB技术也占据着至关重要的地位。
下面简要介绍PCB技术的基本流程，以便更好地理解微波电路和PCB技术的设计。
1.设计。
首先需要进行PCB设计，即绘制电路原理图、布局图和走线图。
PCB设计软件有Altium Designer、Cadence Allegro等。
2.制板。
根据设计好的电路图纸，将其转化为PCB板图，然后使用制板机进行制板。
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微波电路基本原理与设计方法微波电路是指工作频率在1 GHz至300 GHz范围内的电路。
由于微波信号的特殊性质，微波电路的设计与普通射频电路有较大的区别。
本文将介绍微波电路的基本原理和设计方法。
一、微波电路的基本原理微波电路的基本原理包括微波信号传输特性、微波谐振现象以及微波传输线特性等。
1. 微波信号传输特性微波信号在传输过程中会产生传播损耗、反射损耗和衰减损耗等。
了解微波信号传输特性对于微波电路的设计至关重要。
2. 微波谐振现象微波电路中常常使用谐振器来实现对特定频率微波信号的选择性放大或滤波。
因此，了解微波谐振现象对于微波电路的设计和优化至关重要。
3. 微波传输线特性微波传输线是微波电路中的重要组成部分，其特性包括传输线的阻抗特性、传播常数特性等。
了解微波传输线特性可以帮助我们设计出更加优秀的微波电路。
二、微波电路的设计方法微波电路的设计方法通常包括仿真分析、参数优化和实验验证等步骤。
1. 仿真分析仿真分析是微波电路设计的重要环节之一。
通过使用专业的微波电路仿真软件，可以对设计方案进行仿真分析，从而评估其性能和可行性。
常用的微波电路仿真软件包括ADS、CST等。
2. 参数优化通过对仿真得到的电路参数进行优化，可以得到更佳的性能。
参数优化方法有很多种，可以使用遗传算法、粒子群算法等进行优化。
3. 实验验证在完成仿真分析和参数优化后，需要进行实验验证。
通过在实际硬件中实现设计方案，并利用专业的测量仪器对其进行测试，从而验证设计方案的性能和可行性。
总结：微波电路的基本原理和设计方法是微波电路领域的重要内容。
了解微波电路的基本原理，可以更好地进行微波电路的设计和优化。
同时，合理运用仿真分析、参数优化和实验验证等方法，可以设计出性能优秀的微波电路。
在今后的微波电路设计中，我们应该继续深入学习和探索微波电路的基础知识，不断提高自己的微波电路设计能力。
一、射频/微波技术及其基础1、射频/微波技术的基础 ✓ 什么是微波技术研究微波的产生、放大、传输、辐射、接收和测量的科学。
射频/微波技术是研究射频/微波信号的产生、调制、混频、驱动放大、功率放大、发射、空间传输、接收、低噪声放大、中频放大、解调、检测、滤波、衰减、移相、开关等各个电路及器件模块的设计和生产的技术，利用不同的电路和器件可以组合成相应的射频/微波设备。
微波技术主要是指通信设备和系统的研究、设计、生产和应用。
✓ 微波技术的基本理论是以麦克斯韦方程为核心的场与波的理论2、射频/微波的基本特性✓ 频率高、穿透性、量子性、分析方法的独特性射频频段为30 ～ 300MHz ，微波频段为300MHz ～ 3000GHz ，相对应波长为1m ～0.1mm ，照射于介质物体时能深入到该物质的内部。
根据量子理论，电磁辐射能量不是连续的，而是由一个个的“光量子”组成，单个量子的能量与其频率的关系为e = h ·f式中,h = 4×10-15电子伏·秒 (eV ·S) 成为普朗克常数3、射频/微波技术在工程里的应用✓ 无线通信的工作方式1、单向通信方式通信双方中的一方只能接收信号，另一方只能发送信号，不能互逆，收信方不能对发信方直接进行信息反馈2、双向单工通信方式3、双向半双工通信方式通信双方中的一方使用双频双工方式，可同时收发；另一方则使用双频单工方式，发信时要按下“送话”开关。
4、双向全双工通信方式通信双方可以通信进行发信和收信，这时收信与发信一般采用不同的工作频率，通-讲 开关按-讲 按-讲 受话器受话器二、电磁波频谱12、射频/✓GSM900系统的频道配置GSM-900系统采用等间隔方式，频道间隔为200KHz，同一信道的收发频率间隔为45MHz, 频道序号和频道标称中心频率的关系为F上行（n）= 890.2 +（n-1）×0.2 MHzF下行（n）= F上行（n）+ 45 MHz式中：频道序号 n = 1 ～ 124在我国的GSM900网络中，1～94号载频分配给中国移动使用，96～124号载频分配给中国联通使用，95号载频作为保护隔离，不用于业务。
微波技术与微波电路设计微波技术是一门涉及电磁波在微波频段（300MHz至300GHz）的传输、控制和应用的学科。
随着现代通信、雷达、卫星通信和无线网络技术的发展，对微波技术及其应用的需求也越来越高。
而微波电路设计则是微波技术中的重要组成部分，通过设计和优化微波电路，可以实现信号的传输、放大、滤波和调制等功能。
一、微波技术的基本原理微波技术是基于电磁波的传播和辐射原理，其频段介于无线电波和红外线之间。
微波技术具有高频段、宽带、大容量、高可靠性等特点，使其在通信、雷达、航空航天等领域得到广泛应用。
微波技术的基本原理包括：1. 微波的传输特性：微波在传输过程中受到反射、折射和散射等影响，需要通过各种器件和结构来实现微波信号的传输和控制。
2. 微波的辐射特性：微波通过天线进行辐射，根据辐射方向和形式的不同，可以实现点对点通信或广播传输。
二、微波电路设计的基本原则微波电路设计的目标是在保证信号质量的前提下，实现信号的放大、滤波、调制等功能。
微波电路设计需要遵循以下基本原则：1. 高频特性分析：微波电路的高频特性与低频电路有所不同，需要使用稳定的高频参量进行分析和设计。
2. 传输线理论：微波传输线是微波电路设计中常用的元件，需要了解传输线的阻抗匹配、衰减和延迟等特性。
3. 电磁场分布和功率传输：微波电路存在较强的电磁场，设计时需要考虑电磁场的分布和功率传输的效率。
三、微波电路设计的组成和技术微波电路设计主要包括以下几个方面的技术：1. 微带线技术：微带线是微波电路设计中常用的传输线结构，具有简单、便捷和灵活的特点。
通过设计微带线的宽度、厚度和介质参数，可以实现不同的阻抗匹配和传输特性。
2. 微波滤波器设计：微波滤波器是微波电路中重要的功能元件，用于对信号进行滤波和选择。
常用的微波滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3. 微波放大器设计：微波放大器用于放大微波信号的幅度和功率。
常见的微波放大器包括双极性晶体管放大器、场效应晶体管放大器和集成微波放大器等。
微波电路基本概念微波电路是研究和应用微波技术的重要组成部分，其基本概念是理解微波电路原理和设计微波设备的基础。
本文将介绍微波电路的基本概念，包括微波频率范围、传输线、匹配网络、耦合器和功率分配器等。
一、微波频率范围微波频率范围一般指的是几个GHz到几百GHz之间的频率范围。
与常规的低频电路相比，微波电路在频率、尺寸以及特性上都有所不同。
微波电路的频率高，传输的信号具有高速率和大带宽，因此其特性分析和设计方法也有所不同。
二、传输线传输线是微波电路中常见的元件，用于在微波系统中传输信号。
常见的传输线类型包括同轴电缆、矩形波导和微带线。
传输线具有导频率特性、阻抗特性和波导模式等特点，其设计需要考虑阻抗匹配、功率传输以及信号衰减等因素。
三、匹配网络匹配网络是微波电路中用于实现阻抗匹配的关键元件。
在微波系统中，信号的传输需要保证阻抗的匹配，以减少反射和信号功率损失。
常见的匹配网络包括L型匹配器、T型匹配器和π型匹配器等，通过调整元件的参数来实现阻抗匹配。
四、耦合器耦合器是微波电路中用于将信号从一个部分传输到另一个部分的元件。
常见的耦合器包括负载耦合器、耦合隔离器和功率耦合器等。
耦合器的设计需要考虑耦合效率、插入损耗和功率传输等因素，以确保信号的有效传输。
五、功率分配器功率分配器是微波电路中用于将输入功率分配给不同输出端口的元件。
常见的功率分配器包括功分器和合分器等。
功率分配器的设计需要考虑功率均匀分配、射频损耗和相位平衡等因素，以确保各个输出端口的功率和相位稳定。
六、微波器件微波器件是用于产生、放大、调制、调制微波信号的器件。
常见的微波器件包括微带滤波器、微波放大器、微波发生器和微波调制器等。
这些器件通过调整电磁场的特性和信号的特性来实现对微波信号的处理，广泛应用于通信、雷达和卫星系统等领域。
总结微波电路基本概念涵盖了微波频率范围、传输线、匹配网络、耦合器和功率分配器等关键元件。
了解这些基本概念对于理解微波电路的工作原理和设计微波设备至关重要。
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. 微波电路的计算机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：采用分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 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。
2.2 常用的微波传输线电路组件和不连续性组件图9 传输线段图10 耦合线图11 开路线图12 短路线图13 直角拐弯线图14 阶梯线图15 渐变线图16 缝隙图17 T型结图18 十字结其它还有一些如扇形线、Lange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19 片状迭层电容及单层电容图20 片状迭层电感及线绕电感图21 片状电阻图22 贴装可调电容图23 贴装电位器图24 微波二极管（封装及芯片）图25 微波三极管和场效应晶体管（封装及芯片）图26 微波单片集成电路（MMIC）（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。
表1 几种经常使用的微波介质材料名称介电常数（εr）备注聚四氟乙烯玻璃纤维基片 2.7 国产、进口陶瓷（Al2O3）基片(99%) 9.6 国产、进口微波复合介质基片可选国产RT/duroid 5880 2.2 Rogers公司RO4003 3.38 Rogers公司TMM10I 9.8 Rogers公司RT/duroid® Series RO4000® Series TMM® Series 图27 Rogers公司生产的几种微波介质基片3. 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42 31图28平行耦合线定向耦合器3.1.2 兰格（Lange）定向耦合器143 268101214Frequency (GHz)-35-25-15-5DB(|S[2,1]|)Lange CouplerDB(|S[3,1]|)Lange CouplerDB(|S[4,1]|)Lange Coupler图29 Lange定向耦合器3.1.3 威尔金森（Wilkinson）功分器/合路器3211819202122Frequency (GHz)Wilkinson Power Divider-40-30-20-10DB(|S[1,1]|) ~PDDB(|S[2,1]|) ~PDDB(|S[3,1]|)PD图30功分器/合路器3.1.4 阶梯阻抗变换器21图31阶梯阻抗变换器3.1.5 微带线低通滤波器图32微带线低通滤波器3.1.6 平行耦合线带通滤波器9101112131415-80-60-40-20freq, GHzd B (S (2,1))d B (S (1,1))图33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组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λg/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。
图34 二端口微波网络在图34所示的二端口微波网络中，a1和b1分别为埠1的归一化入射电压波和反射电压波；a2和b2分别为埠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⎭⎬⎫+=+=22212122121111a s a s b a s a s b （1） 即 =⎥⎦⎤⎢⎣⎡21b b []⎥⎦⎤⎢⎣⎡21a a S 其中 []=S ⎥⎦⎤⎢⎣⎡22211211s s s s （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：S11=211=a a b ，即当埠2匹配时（Z L =Z 0），埠1的反射系数； S22=122=a a b ，即当埠1匹配时（Z S =Z 0），埠2的反射系数； S12=121=a a b ， 即当埠1匹配时，埠2到埠1的传输系数； S21=212=a a b ，即当埠2匹配时，埠1到埠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。
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。
图35 Smith阻抗圆图Z=30+j25Ω图36 Smith圆图的应用示例图37 图解用的Smith圆图标准图纸由图35我们可以看到，在Smith阻抗圆图中存在等电阻圆、等电抗线、纯电阻线、电感平面（jωL）、电容平面（1/ jωC）、开路点、短路点和50Ω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CAD软件自20世纪70年代以来，微波电路CAD技术已经取得了很大的进步。
一方面是各CAD软件厂商推出了很多通用和专用的微波电路CAD 软件产品，包括电原理图输入和微波电路的图形输入、电路的仿真和优化、容差分析、版图生成及输出、与测试仪器接口等功能，并有许许多多的电路模型库、组件库、半导体器件的线性模型库和非线性模型库等可供选择，应该可以说是功能强大、使用方便、应有尽有。
而另一方面，微波电路CAD软件也已被广泛应用于各种微波电路的设计，并成为微波工程师必须掌握的设计工具。
6.1 常用的微波电路CAD软件微波电路的CAD软件大致可以分成下面几类：①线性/非线性微波电路仿真软件；② 2.5D平面电路电磁场仿真软件；③ 3D电磁场仿真软件；④系统仿真软件；⑤专用电路的设计软件。
⑥排版软件表2 主要的微波电路CAD软件简介6.2 微波电路计算计辅助设计-简介微波电路计算计辅助设计（CAD）技术是电子设计自动化（EDA）技术的一个分支，用于射频及微波电路的计算机仿真和优化设计。
6.2.1 微波电路CAD的特点及主要内容与其它电子EDA技术相比，微波电路CAD软件具有以下几个特点：①必须有精确的传输线模型和各种器件模型；②有时必须采用电磁场仿真等数值仿真工具；③一般都具有S参数分析的功能。
在微波电路CAD技术中，各种传输线及其不均匀区模型、组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、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。
6.2.2 常用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。
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。
6.2.3 优化给定电路的网络拓扑结构、各个组件的初始值，以及电路的设计指针的目标参数，CAD软件将自动改变各组件值，直到满足要求。
CAD软件通常都具有的，也是最常用的优化方法是随机优化和梯度法。
当然，一些软件还提供了其它的优化方法供选择。
6.2.4 设计步骤微波电路CAD设计的步骤可大致总结如下：①根据技术性能指针的要求，选择半导体器件。
②对于不需要半导体器件的微波无源电路，根据技术性能指针的要求，选择网络拓扑结构。
③根据所选器件的具体参数，设计匹配电路的拓扑结构。
④确定（或计算）电路中各个组件的初始值。
⑤根据技术性能指针的要求，设置优化目标（或参数）。
⑥根据经验或试验性地选择若干优化变量（或组件）。
⑦选择优化方法，并进行优化。
⑧进行容差分析。
⑨进行版图的设计并输出版图。
⑩进行性能指针的复核，进行版图的检查，并提出结构设计的要求。
6.2.5 几点经验和建议①必须保证器件选择、匹配电路或网络拓扑设计的正确性。
②电路中各组件初始值的选择应尽量准确。
这将有利于优化计算的快速收敛，并保证优化设计能够达到全局最优点，而不是局部的极小（或极大）点。
③对于存在多个优化目标参数的一般情况，应根据实际的需要，分出主次或考虑折衷，并进行加权。
④关于优化变量（或组件）的选择，一方面可以根据自己的经验，另一方面也可以先选择其中几个进行试探。
