微波工程CAD

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微波电路及其CAD

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第六章微波低噪声放大器的CAD
? 以有源小信号放大器为例介绍电路拓扑，设定初值，确定优化算法，每步应当注意的问题，主要从电路CAD设计角度出发，除放大器以外，对其它电路的设计也是普遍适用的。
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第七章微波滤波器的CAD
? 结合在电子工程系统中大量应用的射频与微波滤波器，介绍典型实例的CAD方法。
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微波电路的组成和计算复杂性
? 每个微波电路都由一些微波传输线（波导、同轴线、微带线等）和微波元器件组成，在微波频段，各种传输线和电路元件（如电
抗膜片、销钉、耦合微带、螺旋电感、各种传输结构的不连续性，
谐振器等等）的特性与其尺寸、形状、填充介质及工作频率有关，
有源器件的寄生参量效应在微波频段已十分严重，不容忽略。在
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? 随着计算技术，元器件模型技术和精确的自动化测试技术的发展，使原先只能用近似模型表示的一些元器件可用比较精确的模型表示，从而使计算机能较精确的模拟各种微波电路，通过人机对话，使设计者能方便地改变电路参数，进行各种模拟分析，这时计算机不再只是一种计算工具，人们可以利用它试验各种设计思想。直到电路满足预定特性。不过这时的CAD实质上只是一种计算机辅助微波电路的分析即CAA 。后来最优化设计与计算机辅助分析技术结合起来，使计算机能根据分析结果自动修改电路元件参数，从而使电路设计性能最优化。这就是现代CAD概念16 。
CAD将是设计的唯一手段。
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? 随着卫星通信，移动通信的蓬勃发展，对微波电路小型化、标准化、模块化、高成品率，提出了越来越高的要求，使人们越来越依赖于CAD ，以免除烦琐调测之苦，CAD成为微波工程师赖以生存和发展的基本工具。
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研究方法

微波电路CAD-重庆邮电大学-2

输入相位
i (t ) (i r )t
输出相位
o (t ) ( o r )t
瞬时角频差
e ( i o )
d e
误差相位 e (t ) i o ( i o )t
2.锁相与频率合成技术
鉴相器的功能：产生一个输出电压，此电压的平均分量
vd (t ) Ud sin e (t ) Ude (t )
④ 正弦鉴相器的鉴相灵敏度为： Ad
dvd d e
Ud
e 0
正弦鉴相器的灵敏度在数值上等于其最大输出电压
2.锁相与频率合成技术
正弦鉴相器的数学模型
vd (t ) Ud sin e (t )
模型两层含义两输入相位相减
d e d i d o d i U d Ao AF ( P)sin e dt dt dt dt
d dt :
0
t
pe (t ) pi (t ) Ud Ao AF ( p)sin e (t )
2.锁相与频率合成技术
环路方程的含义: 用频率表示:
d e e (t ) —— 瞬时频差 dt d i i (t ) —— 输入固有频差 dt
当时， AF () 0 低通特性
2.锁相与频率合成技术
无源比例积分滤波器
AF (s ) VC (s ) Vd (s ) R2 1 sC 1 sC 1 s 2 1 s ( 1 2 )
R1 R 2
时间常数 1 R1C ， 2 R 2C
vd (t ) Ud sin e (t ) Ud sin(i o )t
i
vi
鉴相器

微波放大器匹配电路的CAD设计

微波放大器匹配电路的CAD设计
李佩
【期刊名称】《雷达科学与技术》
【年(卷),期】2001(000)003
【摘要】分析了微波放大器设计中利用Smith圆图计算匹配电路的方法,给出了利用微波CAD设计软件计算匹配电路的具体步骤。

设计表明,这种方法是微波工程师设计微波放大器的有力工具。

【总页数】4页(P30-33)
【作者】李佩
【作者单位】华东电子工程研究所合肥 230031
【正文语种】中文
【中图分类】TN95
【相关文献】
1.有效设计阻抗匹配电路改善数字电路信号传输的完整性 [J], 庄良;张涌
2.一种宽带微波放大器偏置电路的设计 [J], 姚波;张永慧
3.一种实用的微波放大器CAD技术 [J], 石保平
4.微波放大器匹配电路的CAD设计 [J], 李佩
5.提高微波放大器稳定性的一种CAD方法 [J], 孙玲玲;陈显萼
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微波集成电路及其CAD概念综述

第1章绪论微波电路开始于40年代应用的立体微波电路[1]，它是由波导传输线、波导元件、谐振腔和微波电子管组成。

随着微波固态器件的发展以及分布型传输线的出现，60年代初，出现了平面微波电路，它是由微带元件、集总元件、微波固态器件等利用扩散、外延、沉积、蚀刻等制造技术将这些无源微波器件和有源微波元件制作在一块半导体基片上的微波混合电路[2]，即HMIC。

它属于第二代微波电路。

与以波导和同轴线等组成的第一代微波电路相比较，它具有体积小、重量轻等优点，避免了复杂的机械加工，而且易与波导器件，铁氧体器件连接，可以适应当时迅速发展起来的小型微波固体器件。

又由于其性能好、可靠性强、使用方便等优点，因此即被用于各种微波整机，并且在提高军用电子系统的性能和小型化方面起了显著的作用[3]。

70年代，GaAs材料制造工艺的成熟，对微波半导体技术的发展有着极为重要的影响。

GaAs材料的电子迁移率比Si高七倍，而且漂移速度也比Si高的多，这种高频高速性能是由其材料特性决定的。

又由于GaAs材料的半绝缘性(其电阻率可达105Ω/cm)可以不需要采用特殊的隔离技术而将平面传输线，所以无源元件和有源元件集可以成在同一块芯片上，更进一步地减小了微波电路的体积。

正是由于GaAs技术的问世与GaAs材料的特性而促成了由微波集成电路向单片集成电路的过渡。

与第二代的微波混合电路HMIC相比较，MMIC的体积更小、寿命更长、可靠性高、噪声低、功耗小、工作的极限频率更高等优点。

例如在在HMIC与MMIC就高增益放大器的比较中可以发现（见表1-1）[4]：放大器的尺寸，MMIC元件数，连线接头数均比要HMIC少，且二者的电器性能相近，MMIC的极限频率和增益要比HMIC大。

因此，受到广泛的重视。

尽管MMIC技术发展很快，但至今为止仍然存在这某些互联困难。

某些性能指标的常规电路元件不能制造，开发费用高等问题。

我国MMIC受到投资不足，技术水平低等条件的限制，发展一直比较缓慢。

网格生成

Refine at PEC edges
You have already learned that CST MICROWAVE STUDIO® recognises metallic edges. As you know, the field singularities at these edges require a fine grid resolution in order to resolve them adequately. This factor allows you to define a mesh refinement particularly at PEC edges. In the planar coupler template it is set to 4, while the default value is 2. Please look again at the comparison of the two meshes and you will notice the local difference in grid resolution. The check button Refine mesh in dielectric materials ensures that the lines per wavelength setting will also be fulfilled for the shortened wavelength inside the substrate. Only PEC edges running along gridlines are marked with a green line indicating that a singularity model is applied here. You can also confine the refinement to those edges by applying the “ Consider pec edges along coordinate axes only” check button. The singularity model itself can be switched on or off in the subfolder General:

微波电路CAD基础讲解

D P( ,)max 4 P( ,)av A
(总)波束范围 A(或波束立体角)由主瓣范围加上副瓣范围所构成。波束范围越小，则定向性越高。
天线增益 G kD
效率因子k(0 k 1)
3. 天线&微带天线
天线增益实际上是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。天线增益是一个实际(或现实)参量。由于天线总有损耗
(天线或天线罩的欧姆损耗)，天线辐射功率比馈入功率总要小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。有很多设计良好的天线，其 k 值可以接近于1，但实际上G总是小于D且以D为理想的最大值。
3. 天线&微带天线
天线基础
天线的特性参数
③天线效率
天线效率为天线辐射功率Pr与天线输入功率Pin(辐射功率Pr
微波电路CAD基础讲解
3. 天线&微带天线
天线基础
3. 天线&微带天线
天线基础
天线是一种导行波与自由空间波之间的转换器件或换能器。接收端：将空间传播的电磁波转换为高频电流发射端：将发射机的高频电流转换为空间电磁波
3. 天线&微带天线
天线基础
天线辐射电磁波原理
导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。如果导线位置如由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度l远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱。
3. 天线&微带天线
天线基础
天线的特性参数 ⑥输入阻抗&驻波比
为使天线能获得最多的功率，应使天线与馈线匹配。因此，当天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗时，天线获得最大的功率。驻波比(VSWR)：由于入射波能量传输到天线输入端未被全波吸收（辐射）、产生反射波，迭加而成。

微波管CAD软件

4 .三维微波管模拟器套装
• 微波管模拟器MTSS系统框架
4.1 微波管设计环境MTDE
• MTDE是整个软件的人机交互接口，采用通用Windows程序设计方法，使用户可以在很短的时间掌握软件的使用。MTDE中集成了三维实体建模、三维网格划分、三维显示及后处理功能，如图所示。
4.1 微波管设计环境MTDE
• 数值建模和模拟技术已经成为了微波管设计的有机组成部分。在设计一个新器件时，电子枪、互作用电路和收集极等部件都需要模拟和优化。在开发模拟软件的过程中，应引入各相关学科的最新研究成果。 • 现在，计算机已经在向多核CPU方向发展，研发多核并行计算版本的微波管CAD软件成为发展趋势。
谢谢观看！
2.1 稳态电子轨迹模拟软件
• 目前，国内外已有大量的二维、三维电子枪 /收集极软件面世。这些软件可分为两类：一类是稳态电子轨迹软件如EGUN、 DEMEOS、TRAK、UGUN；另一类是稳态静电粒子模拟(PIC)软件如ARGUS、 AVGUN、MICHELLE等。
2.2 高频系统电磁特性分析软件
• 注波互作用计算过程动态显示窗口
3.5 周期永磁聚焦系统软件UESTC_PPM
• UESTC_PPM是磁系统设计软件，采用有限差分法，用超松弛迭代法求解，求得相应参数，如图所示。磁环的退磁曲线和极靴的磁化曲线通过多个点拟合而成。
3.5 周期永磁聚焦系统软件UESTC_PPM
• 轴上磁场分布
• 美国海军实验室资助的CTLSS(cold-test and large-single simulator)是包含冷测和大信号计算的软件，它将冷测软件和大信号计算紧密联系在一起，大信号软件采用 CHRISTINE用于计算螺旋线行波管的注波互作用。而高频电路冷测模块采用三维数值计算方法，可处理各种复杂的几何结构(螺旋线、耦合腔、速调管腔体、回旋速调管腔体等)和损耗材料。

微波电路CAD-重庆邮电大学-1

1. 振荡器

压控振荡器
环形振荡器
特点与工作原理：奇数个反相器构成的环路，利用每一级的时延形成振荡；没有选频回路，输出方波。控制频率方法：控制反相器时延。
1. 振荡器

振荡器的频率稳定度
1. 振荡器

振荡器的频率稳定度
1. 振荡器

振荡器的频率稳定度
1. 振荡器

振荡器的频率稳定度
1. 振荡器
石英晶体振荡器 ⑷等效电路单一石英片可以等效为一串联谐振电路。
1. 振荡器
石英晶体振荡器 ⑸谐振频率与电抗特性两个谐振频率点，即串联谐振频率点和并联谐振频率点。
1. 振荡器
石英晶体振荡器晶体谐振器的电抗特性
1. 振荡器
石英晶体振荡器 ⑹泛音特性
应用：可以采用特定的切割方式加强某次泛音；克服了工作频率很高时，要求石英晶体片极薄而容易损坏的缺点。
1. 振荡器

反馈型振荡器
起振条件
振荡器在平衡时的输出,是靠振荡器在接通电源瞬间产生的电流突变以及电路内各种微弱噪声通过振荡环路内的选频回路选频，循环地送入放大器放大和反馈而形成的。 ①振幅条件
即环路增益T>1，而且增益越大越易起振。
②相位条件 T ( j ) A( j) F ( j) 0 即环路增益的相位为0，满足正反馈条件。
——振荡器。放大器，反馈网络，选频回路
引出两点：⑴振荡器基本组成 ⑵平衡条件
1. 振荡器

反馈型振荡器
平衡条件
环路增益T
1 ①振幅平衡： T AF
②相位平衡： T A F 2n (n 0,1, 2) 相位平衡条件决定了振荡频率满足，因为只有在某一特殊频点。，这就是振荡频率

微波通信铁塔CAD软件开发与应用

微波通信铁塔CAD软件开发与应用
马红昕
【期刊名称】《油气储运》
【年(卷),期】1995(14)5
【摘要】微波通信铁塔是微波通信系统中最常用的构筑物,其设计、计算及绘图较复杂。

为减轻设计人员的劳动强度,开发了代替人工计算、绘图的“微波通信铁塔CAD”软件,该软件有三个显著的特点,第一,模块化设计,整个软件分为四大模块,即荷载内力计算模块、铁塔结构设计模块、附属结构设计模块和铁塔基础设计模块,各模块既各自独立又相互联系;第二,菜单化设计,针对普通用户采用Auto CAD系统提供的菜单技术设计了人机界面,制作了荷载内力计算、铁塔结构、附属结构、铁塔基础等一组屏幕菜单,层次清晰的各级菜单操作灵活,一目了然;第三,一体化程序设计,改进了数据接口,并编制了图形数据转换接口程序,实现了从数据输入、计算到图形生成、输出一体化。

该软件已先后应用于多项工程,实现了铁塔设计自动化。

【总页数】4页(P26-28)
【关键词】微波通信;自动化;CAD;通信;构筑物;铁塔
【作者】马红昕
【作者单位】中国石油天然气管道勘察设计院
【正文语种】中文
【中图分类】TN925
【相关文献】
1.工程地质CAD工具软件的开发与应用 [J], 蔡江
2.基于CAD系统的航道工程设计软件开发与应用 [J], 周超;田林
3.基于同步电机电磁设计CAD软件的开发与应用 [J], 才庆龙
4.试论计算机辅助软件CAD的开发与应用 [J], 李朝林
5.长输管道CAD软件V4．0的开发与应用 [J], 杨智慧;乔晓霞;温逢林;栾爱芳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

微波电路CAD-重庆邮电大学-5

5. 微波半导体器件与电真空器件
5. 微波半导体器件与电真空器件
5. 微波半导体器件与电真空器件

微波电真空器件及其概况
电子学主要是研究带电粒子在气体、真空或半导体中运动的科学。由于带电粒子在不同的媒质中运动，形成了电子学的不同分支。研究带电粒子在真空中的运动时，形成了真空电子学和电真空器件。微波电真空器件是指在真空或气体媒质中，由于电子或离子在电极间的传输，电子注(或离子注)与高频场的相互作用而实现微波能量(或微波信号)的产生和放大的有源器件。微波电真空器件在国防装备上，是雷达、通信、电子对抗、遥测遥控和精密制导设备的“心脏”；在信息系统中，作为广播电台、电视台的发射源，微波通信和卫星通信的转发器，以及接收和显示图像各种显示器件已广泛应用于我们的工作和生活。

微波电真空器件的主要应用
1.雷达系统的核心器件
指标；④要求发射源具有相位或频率调制的能力和相位稳定性； ⑤多模雷达要求发射微波器件具有可变的脉冲宽度和重复频率； ⑥良好的冷却系统。 2.电子对抗系统的威力来自大功率微波器件
电子对抗(ECM)系统在现代高技术战争中具有重要的作用，它的主要任务是：①获取敌方信息；②减小、避免或修正敌方的电磁辐射以保护自己；③保证我方有效地利用电磁辐射武器。大功率微波器件主要用于达到两个目的，即干扰敌方和保护自己。
5. 微波半导体器件与电真空器件

微波电真空器件的主要应用
5.工业能源与医学应用
当微波通过介质传输时，将被介质所吸收并转化为热效应。微波加热的过程和红外加热过程不同，微波的加热很快，透入深度达几厘米，而红外加热透入深度浅，只加热表面，热量要投入介质内部只有通过长时间的热传导，因而效率很低。微波加热由于速度快、效率高，除作为微波炉进入家庭加工食品外，在工业加热中也得到广泛应用，如烟草、木材、竹材、纸张、橡胶等材料加工和花生、瓜子、方便面等食品的工业加热，在医疗中，微波可用于纱布、棉花及其他医用物品的消毒。X射线 (又称伦琴射线)微波管及粒子加速器也广泛用于医学领域，为人类的病情诊断，肿瘤治疗等方面服务。

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