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微波电路的工艺原理及应用1. 引言微波电路是在微波频段进行信号传输、处理和控制的电路系统。
它在通信、雷达、无线电测量以及其他应用中发挥着重要作用。
本文将介绍微波电路的工艺原理及其在各个领域的应用。
2. 微波电路的工艺原理微波电路的工艺原理主要包括材料、设计和制造过程，下面将分别进行讲解。
2.1 材料微波电路的工艺中需要使用一些特殊的材料，以满足高频高速传输的需求。
常用的材料包括： - 陶瓷基片：具有优良的绝缘性能和稳定的电性能，能够实现高频传输。
- 金属化膜：用于制作导线、电极等电路元件。
- 衬底材料：提供电路支撑和封装的基础。
2.2 设计微波电路的设计需要考虑信号的传输、耦合和抗干扰等因素。
设计时需要充分理解电路元件参数和信号传输特性，应用电磁场理论和微波传输线理论进行设计优化。
常用的设计工具有： - 微波仿真软件：用于仿真电路的工作性能，验证设计方案的可行性。
- 条线和微带线：用于传输微波信号，具有低损耗和可靠性。
2.3 制造过程制造微波电路时，需要采用一些特殊的工艺步骤，以保证电路的性能和稳定性。
- 掩膜光刻技术：用于制作电路的导线、电极等元件。
- 焊接技术：将电路元件进行连接，保证信号的传输和耦合。
- 薄膜沉积技术：用于制作微波电路的金属化膜，提高电路的导电性能。
3. 微波电路的应用微波电路在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍其在通信、雷达和无线电测量中的应用。
3.1 通信在通信领域，微波电路被广泛应用于无线传输和网络设备中。
它可以实现高速数据传输、信号放大和滤波等功能。
常见的应用包括： - 宽带通信系统：通过微波电路实现高速数据传输，提供稳定的通信连接。
- 无线基站：微波电路用于信号的放大和滤波，提高信号的传输质量和可靠性。
3.2 雷达雷达技术中的微波电路用于发射和接收雷达信号，提供距离、速度和方向等信息。
在雷达系统中，微波电路的应用包括： - 天线：微波电路用于天线的匹配和信号的传输。
微波设备的PCB设计与生产在微波设备的PCB设计与生产领域中，关注电路板(PCB)的设计和制造是至关重要的。
本文将针对微波设备中PCB的设计与生产进行探讨，涵盖从设计原理到最终生产的整个过程。
一、PCB设计原理在进行微波设备的PCB设计之前，我们需要了解一些基本原理。
微波频段的特点是其高频信号需要考虑传输线的特性阻抗匹配、排布布线和电源抗干扰等因素。
此外，还需要充分考虑电磁兼容性(EMC)问题以及抗干扰能力等。
1.1 传输线特性阻抗匹配传输线特性阻抗匹配是保证信号传输的一项重要技术指标。
在微波设备中，尤其需要考虑信号的传输线特性阻抗匹配，以确保信号的质量和稳定性。
1.2 排布布线在微波设备的PCB设计中，合理的排布布线是非常重要的。
通过合理的布线，可以最大限度地减少信号的损耗和串扰。
因此，在布线过程中需要严格按照规范进行，同时考虑信号的层次，采用合适的布线方式。
1.3 电源抗干扰微波设备的高频信号对于电源的干扰非常敏感，因此在PCB设计中需要充分考虑电源的抗干扰能力。
采用滤波器、电源分层、跳线等方式可以有效降低电源对于信号的干扰。
1.4 电磁兼容性(EMC)电磁兼容性(EMC)是指电子设备在电磁环境中正常运行并与其他设备共存的能力。
在微波设备的PCB设计中，需要充分考虑电磁兼容性(EMC)，采用屏蔽技术和地线设计等方式，降低电磁辐射和电磁感应。
二、PCB设计流程基于PCB设计原理的基础上，我们可以按照以下流程进行微波设备的PCB设计。
2.1 确定设计要求在PCB设计之前，首先需要明确微波设备的设计要求。
包括电路功能、频率范围、尺寸、层次、电源要求等。
这些要求将直接决定PCB设计的方向和目标。
2.2 电路原理图设计根据设计要求，进行电路原理图的设计。
在这一步中，需要将设备功能拆分成各个部分，完成电路的结构和信号传输路径的规划。
2.3 PCB布局设计在完成电路原理图设计后，需要进行PCB的布局设计。
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。
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微波结构设计书籍微波结构设计是无线通信领域中的重要一环，它涉及到无线设备的性能和可靠性。
许多书籍都涵盖了微波结构设计的各个方面，包括理论知识、设计方法和实际应用等。
本文将介绍一些经典的微波结构设计书籍，帮助读者了解和学习这一领域的知识。
一、《微波电路设计基础》这本书是微波电路设计的入门级教材，适合初学者阅读。
它涵盖了微波电路的基本原理、常用元器件的特性和设计方法等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波电路的基本概念和设计流程，为后续深入学习打下坚实的基础。
二、《微波集成电路设计》这本书介绍了微波集成电路的设计理论和方法。
它详细讲解了微波集成电路的特点、设计流程以及常用的封装和布线技术等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波集成电路的设计原理和实际应用，为实际工程项目提供指导和参考。
三、《微波器件与电路设计》这本书主要介绍了微波器件和电路的设计方法和技巧。
它包括了微波器件的特性和参数、微波电路设计的基本原理和方法以及微波电路的优化和调试等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波器件和电路设计的基本知识，提高设计的准确性和可靠性。
四、《微波天线设计与应用》这本书主要介绍了微波天线的设计原理和应用技巧。
它包括了微波天线的基本原理、常见微波天线的特点和设计方法以及微波天线的优化和调试等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波天线的设计流程和实际应用，提高微波通信系统的性能和覆盖范围。
五、《微波射频集成电路设计与应用》这本书主要介绍了微波射频集成电路的设计原理和应用技巧。
它包括了微波射频集成电路的基本知识、射频电路的特性和设计方法以及射频电路的优化和调试等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波射频集成电路的设计流程和实际应用，提高无线通信设备的性能和可靠性。
六、《微波系统设计与仿真》这本书主要介绍了微波系统的设计和仿真方法。
它包括了微波系统的基本原理、系统设计的流程和方法以及系统仿真和优化等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波系统设计的基本知识和仿真技术，提高微波通信系统的设计效率和性能。
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。
基础1、 数字微波应用微波是无线电波的一种。
在我国无线电广播按波长分为：长波 (LW) 波长在介于1000〜2000米，中波(MW)波长在介于200-600米、短波(SW )波长在介于10〜100米。
CDMA800 工作波长( 35.93~36.36、 34.09~34.48)米。
在我国分配微波频率为：微波通信的特点：视距传输；电波在传播过程中遇到尺寸和工作波长相近的障碍物时， 会绕过障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射。
微波通信建设快、投资小、应用灵活； 传输质量可靠，抗干扰能力强。
至今与光缆通信和卫星通信并列为现代通信传输的三大支柱， 容量的网络中，微波传输是一种最灵活、适应性最强的通信手段。
在移动网络中的应用：在移动接入网络中， 随着网络不断扩容和无缝覆盖的需求， 量移动基站，如城区的“楼宇室内覆盖”，边远地区的“边际网覆盖”， 沿海地区“海岛移动覆盖”。
但由于市政建设限制(如架空线难、开挖 路面铺管道难)，在自然环境很恶劣的山区和海洋，光缆建设非常困难、 造价太高，造成大量光纤死角，部分基站的接入必须采用无线方式解决， 产生了大量无线传输需求。
如沿海城市大连， 拥有诸多的岛屿， 岛屿上的移动通信成为大连移动提高移动网络覆盖率的重要任务。
大连采用SDH 微波作为各海岛移动基站 的中继链路，并通过与光传输系统的连接，组成完整的传输网络。
在中等新建了大SDH 微波链路干线全长 162.28公里，支线全长 66.68公里，最长站距 34.80 公里，最短站距 6.89 公里，平均站距 19.08 公里，且全部为跨 海电路（跨海微波链路的设计，由于海面环境和气候情况复杂，有微波应用中难度最大）。
容量可以从E1〜STM-1,同时满足2G 3G 以及2G/3G 共站传输的需求。
在移动应急通信或临时通信中，如移动应急通信车等。
2、 自由空间的电波传播现象，也就是说，总能量并没有被损耗掉。
L T-R =20lg(4 n L Km / 入)=32.45+20lgf MHz +20lgL km =92.45+20lgf GHz +20lgL km上式中：L J R ------T 和R 间的直接视通的自由空间衰减 L km ----- T 和R 间的距离。
（单位为Km ）入 ——传播电波的波长（单位为米）。
设发信功率Pt=1W ，工作频率f=3.8GHz ，两站相距45km ,通常是所使用微波设备不仅可以缓解传输网络资源不足的压力。
而且提高了整个网络工程进度，降低了整个网络投资。
在移动核心网络中， 微波设备可提供高达 2.5Gbps 的传输容量， 用来与光纤混合组网 , 作为城域光环和重要链路的备份。
在 3G 网络中， Node-B 对传输容量要求已经远远的大于2G 网络中BTS对传输容量的要求，Node-B 上已经不再只有 E1接口，而是可以提供STM-1 接口和 IP 接口的基站。
因此，带来移动基站传输接入网络的升级和扩容 需求。
当今，数字微波设备在统一平台上同时可以传输TMD 和IP 业务,2.1、 自由空间传播损耗在自由空间传播的电磁波不产生反射、 折射、吸收和散射等单位为 dB ）。
f MHz ， f GHZ传播电波的频率，单位分别为MH z 、和 GH Z收发天线增益Gt = Gr= 39dB,收发两端馈线系统损耗Lft = Lfr=2 dB,收发两端分路系统损耗Lbt= Lbr= 1 dB。
求：在自由空间传播条件下接收机的输入电平和输入功率。
解：Pt=10lg1000mW= 30 dBm在自由空间传播条件下,自由空间传播损耗：Ls (dB) = 45 +20lg 3.8~ 137 dB 137.1099Pr (dBm)= Pt (dBm) + (Gt+Gr)-( Lft + Lfr) — ( Lbt＋Lbr) －Ls=30+(39+39)-(2+2)-(1+1)-137 =-35 dBm Pr(mW)=10-35/10=0.00032 mW=0.32 卩W0.000322.2、费涅耳区半径惠更斯原理：光和电磁波都是一种振动,振动源周围的媒质是有弹性的,一点的振动可通过媒质传递给邻近的质点,并依次向外扩展,而成为在媒质中传播的波。
根据惠更斯-费涅耳原理,在电波的传输过程中,波阵面上的每一点都是一个进行二次辐射的球面波的波源，这种波源称为二次波源。
而空间任一点的辐射场都是由包围波面的任意封闭曲面上各点的二次波源发出的波在该点相互干涉,叠加的结果。
显然,封闭曲面上各点的二次波源到达接收点的远近不同,这就使得接收点的信号场强的大小发生变化, 分析这种变化引入费涅耳区的概念。
由图可见r1+r2-d就是反射波和直射波的行程差△ r=n入/2显然当△!是半波长的奇数倍时，反射波和直射波在R点的作用是相同的且是最强的，此时的场强得到加强；而△为半波长的偶数倍长时，反射波在 R 点的作用是相互抵消的，此时 R 点的场 强最弱。
我们就把这些 n 相同的点组成的面称为费涅耳区 , 费涅 耳区就是以收发点为焦点的一系列椭球面所包围的空间。
费涅耳区上一点 P 到收发点连线的垂直距离称为费涅耳区 半径，用 Fn 表示。
当n=1时，F1称为第一费涅耳区半径。
式中：F1 --- 第一费涅耳区半径， m ；入 --- 工作波长，m ；d ---- 收发天线之间的距离为， Km;理论证明，在相当于第 1 费涅尔区面积 1 /3的圆孔就能获得 自由空间传播。
F0 代表该圆孔的半径，称为最小费涅尔区半径。
式中：Fo --- 称为最小费涅尔区半径， m ；入 -- 工作波长，m ；f --- 工作频率， GHz ；d --- 收发天线之间的距离为， Km; 分别为障碍点与收发天线之间的距离， Km ；第一费涅尔半径 F1 和最小费涅尔半径 F 0是微波通路勘测 中两个重要的物理参量 , F0 被称为障碍物禁区。
显然，当波长入和距离d 一定时，F0与d1、d2的位置有关, 且中点（d1 = d2）处的F0最大。
2.2.1、 第一费涅耳区半径d1、d2分别为障碍点与收发天线之间的距离， Km ；2.2.2、 最小费涅耳区半径d1、d23、余隙3.1、余隙传播余隙是指在微波传播路径的剖面图上，收发两点的连线与最高障碍物顶点之间的距离。
如下图所示，hc即为余隙。
从图中几何关系可知，收发两点的连线在障碍点的高度h为:d i(h2 H2) d2(h i H i)考虑地球凸起he后，余隙hc等于:式中:a----为地球半径，单位为米。
H3—为微波中继剖面中，障碍点顶端的海拔标高;4、大气折射4.1、大气折射从地面算起，垂直向上，可把大气分为6层，依次称作对流层、同温层、中间层、电离层、超离导以及逸散层。
对流层是指自地面向上大约10km范围的低空大气层。
对流层集中了整个大气质量的四分之三。
对流层的大气压力、温度及湿度都随离开地面的高度而变化、是不均匀的，会使电波产生折射。
由于对流层的折射率随高度而变，因此电波在对流层中传输时会发生不断的折射，从而导致轨迹弯曲，这种现象称为大气折射。
折射率梯度dn折射率梯度表示折射率随高度的变化率。
折射率梯度不同, 对流层中电波传播路径有如下三种类型:1、零折射:折射率dn = 0,对流层大气为均匀大气，电波射线为直线, dh射线的曲率半径为X;2、负折射:折射率dn >0,折射率随高度增加而增加，上层空间的电波dh射线速度小，下层空间电波射线速度大，电波传播的轨迹向上弯曲与地面的弯曲反向，称为负折射;以上两种情况很少发生。
3、正折射:折射率dn <0,折射率随高度增加而减小，上层空间的电dh波射线速度大，下层空间电波射线速度小，电波传播的轨迹向下弯曲与地面的弯曲同向，称为正折射。
正折射中又可根据特殊的折射率dh分成三种特殊的折射:(1)标准大气折射：在正常标准大气下的折射；(2)临界折射：电波射线的曲率半径刚好等于地球的半径, 水平发射的电波射线将与地球同步弯曲，形成一种临界状态；(3)超折射：电波射线的曲率半径小于地球曲率的为超折射，有逆温层(气温随高度增加)或水汽随高度急剧减小时，可以形成超折射。
此时电波从上层折回，再被下层反射，似在波导内传播一样，产生这种现象的空气层称为大气波导。
大气波导可在一个薄层内使电磁能向远方传播，这个薄层在对流层中可以是贴地面的,也可以是悬空的。
临界折射和超折射可使电波传播距离远远超过视距，特别是海上的大气波导，这也是有时能收到远地的超短波信号的主要原因。
正折射4.2、 等效地球半径由上所述，由于大气的折射作用，使实际的电波传播不是按 直线进行，而是按曲线传播的，但为了链路附加衰落因子计算方 便，仍假设电波射线按直线传播，而认为地球半径有了变化，即 由实际半径变为等效半径。
定义等效地球半径因子K 为：1 " dn1 a —— dh式中:a e 等效地球半径;a 实际地球半径; 由上式可见：4.3、等效地球凸起高度d i d 2不考虑地球折射时，地球凸起高度he= ---------- ，考虑大气的折2a射作用后，等效地球凸起高度 he ：式中:d1 --- 记录点到起始点的距离，(Km); d2 --- 记录点到终点距离，(Km);he 等效地面突起的高度 - 由于大气折射而产生的等效地 面突起的高度（ m ）。
K -- 为等效地球半径系数； 正常传输剖面图 K =4/3，最坏气象传输剖面图 K MIN =2/3；a -- 为地球半径；一般取 a=6370 km 。
a e a负折射，折射率dn dh> 0、K < 1等效地球半径a e 减小;正折射，折射率dh <0、K >1等效地球半径a e 增大;4.4、余隙计算前面没有考虑大气折射时电波传播余隙hc 等于：考虑大气的折射作用后，等效地球凸起高度he有了变化,所以余隙he也发生了变化:式中：he—为中继剖面中，发收两点间射线中心线在障碍点上方的传播余隙；单位为米。
H1--为中继剖面中，发端天线地面的海拔高度；单位为米。
hi--- 发端天线中心对地面的挂高；单位为米。
H2--为中继剖面中，收端天线地面的海拔高度；单位为米。
h2--- 收端天线中心对地面的挂高；单位为米。
di—为中继剖面中，发端天线至障碍点的水平距离；单位为米。
d2—-为中继剖面中，收端天线R至障碍点的水平距离；单位为米。
d—收发天线之间的距离d=d i+d2.a -- 为地球等效半径，单位为米。
k -- 为地球等效半径系数，正常传输剖面图K =4/3，最坏气象传输剖面图K MIN =2/3H3—为微波中继剖面中，障碍点顶端的海拔标高；一般在图中无树木的地方要考虑另加3 米灌木杂草高度的余量；有树时也要根据出图日期，考虑一定的生长余量；单位为米。
