1、第四章 微波有源電路微波放大器微波混頻器與倍頻器微波振蕩器微波調制器與控制電路微波前端微波電路CAD微波電路測量微波前端與微波測量3無線系統微波系統發射機天線接收機微波通信系統雷達系統無線傳感網絡等發射機接收機天線 功率、噪聲、效率、諧波抑制、雜波抑制等靈敏度、選擇性、雜波響應、接收互調截止點等T/R組件發射機的任務是將語音、圖像等基帶信號對載波進行調制，實現頻率的轉換，利用電磁波將信息傳送到遠端，發射機的主要技術指標為功率、噪聲與效率。接收機是信號的還原過程，它要在復雜的電磁環境中篩選出有用的信號，將微波信號轉換為基帶信號。接收機接收的信號的微弱性，空間環境的復雜性，使得接收機的主要指標是靈

2、敏度和信號的選擇性。發射機通常與接收機組合成收發機，或稱T/R組件。在收發機中，為了使用一個天線，必須采用雙工器將發射信號或接收信號分離，防止發射信號直接進入接收機，使其燒毀。雙工器可以是開關、環行器或濾波器的組合。微波發射機的主要功能對信號進行調制、上變頻、功率放大和濾波，有時前兩個功能會合并在一起。形式較固定，對發射機中如噪聲、干擾抑制和頻帶選擇等的要求要比在接收機中寬松得多。微波發射機的基本參數頻率或頻率范圍功率最大輸出功率、功率波動、功率時間/溫度穩定性效率供電電源到輸出功率的轉換效率噪聲調幅、調頻和調相噪聲諧波抑制對高次諧波的抑制能力2nd 3nd 雜波抑制除基波和諧波外的任何信號發

3、射支路中心頻率：35GHz帶寬： 600MHz功率增益： Gp30dB輸出功率： P028dBm功率平坦度： 0.2dB效率： 10%工作重復頻率：30KHz70KHz,占空比：50%諧波抑制：優于30dBc雜波抑制：優于45dBc某8mm收發組件發射機的典型結構不同的應用需求，可能形式稍有不同。雷達系統直接產生輸出微波信號頻率，再使用調制器進行幅度/相位調制，放大輸出通信系統先將發射的低頻信號調制到發射中頻（如70MHz），再混頻、濾波放大輸出將發射的低頻信號調制到發射中頻上，經多次倍頻得到發射機頻率，再濾波放大輸出。發射機的功率輸出特性微波接收機在復雜電磁環境下檢測微弱信號高工作頻率、高集

4、成度、低電壓、低功耗、低成本。低噪聲系數、小互調失真（IMD）、大的頻率動態范圍、穩定的自動增益控制（AGC）、適當的射頻和中頻增益、低相位噪聲等特性外差/超外差接收機、零中頻接收機、數字中頻接收機、其它微波接收機的主要性能參數接收機靈敏度描述接收機對小信號的接收能力。 式中，S為接收機靈敏度；k=1.38x10-23（J/K），是玻爾茲曼常數；T為絕對溫度；BW是系統的等效噪聲頻寬；SNRd系統要求的信噪比；ZS是系統阻抗；FT是總等效輸入噪聲系數頻率選擇性描述接收機對鄰近信道頻率的抑制能力動態范圍接收機線性放大能力微波接收機的主要性能參數接收雜波響應接收互調截止點等接收支路中心頻率：35G

5、Hz帶寬： 600MHz噪聲系數： 5dB最大輸入功率：-10dBm增益： 80dB0.5dB雜波抑制：35dBc保護開關： 30dB某8mm收發組件外差式接收機在收發的鏈路上引入中頻（IF）、中頻進行濾波處理相比微波頻段具有很高優勢外差式接收機的優缺點頻帶選擇性好，動態范圍大，穩定性高，干擾少，容易實現；組合頻率干擾多，若落入中頻通道，直接干擾有用信號。“鏡像抑制濾波器”中頻頻率的選擇（高中頻、低中頻等）雙中頻方案零中頻接收機將射頻信號經過一次變頻直接轉換為基帶信號，零中頻結構系統簡單、所需集成電路芯片和外部元器件極少、集成度高、易單片集成無混頻組合分量零中頻收發機的特有問題載波頻率與本振頻

6、率相同，發射機信號部分會反饋回本振，惡化輸出頻譜，造成頻率偏移，最終使調制頻譜惡化零中頻收發機的特有問題接收部分：直流分量大，接收機易飽和、基帶信號易受干擾本振泄漏強干擾器件不理想造成接收干擾“正交失配”等要有一定的鏡頻抑制能力對其它零中頻接收機的干擾大總體性能低于外差接收機但集成度高、易單片集成、成本低在對性能要求不是特別高的領域特別適用其它：低中頻接收機、鏡像抑制接收機等。微波測量微波測量技術的進展信號源方面，以模擬式和合成式掃頻信號源為特征，掃頻范圍極寬，在微機控制下增加了智能和自動測量功能；在微波參數測量方面，阻抗與網絡參數測量以自動網絡分析儀（ANA）為重點，頻率與功率測量仍屬于信號

7、特性分析的主要內容。近代微波測量技術的內容概括起來可分為微波掃頻信號的產生與控制、微波信號特性和微波網絡特性測量技術等三類。微波測量設備價格昂貴；種類多，不同頻率范圍對應不同測試儀器 通用測試儀器和專用測試儀器等常見的微波測試儀器微波網絡分析儀矢量/標量網絡分析儀矢量網絡分析儀主要用來測試如頻響、增益、插損、帶外抑制、VSWR、S參數（包括幅值和相位）、阻抗、插入相移、群延時等指標；而標量網絡分析儀則只能測試上述指標中與相位無關的參數。矢量信號分析儀具有頻域、相位域、時域和調制域（調幅、調頻、調相）分析能力；具有猝發信號和瞬變信號分析以及瞬時功率測量的能力；具有眼圖、星座圖和矢量（即坐標圖）等

8、顯示形式，可用于采用數字調制體制的設備和系統的測試。頻譜分析儀主要用來分析和測試信號的頻譜、相位噪聲、雜波以及諧波等。噪聲系數分析儀進行噪聲系數測試的專用儀器功率計、頻率計等微波信號源可以產生CW及各種調制的微波信號。從實現方式和輸出信號的頻率特征模擬式微波掃頻信號源 既可輸出快速連續的掃頻信號，又可輸出點頻信號。其輸出信號的指標較差，但價格便宜，可應用于一般通用測試。微波合成信號源 可輸出頻率精確、頻譜優良的信號，一般還可進行步進和列表掃頻，價格較高。微波合成掃頻信號源。微波合成掃頻信號源將以上兩種信號發生器有機結合，功能豐富，性能優良，但價格昂貴。相位噪聲測試系統示波器微波測量微波噪聲系數

9、測量的基本原理Y參數法：通過獲得待測網絡對不同溫度的噪聲源的噪聲輸出功率的比值，獲得待測網絡的等效噪聲溫度/噪聲系數。噪聲發生器(冷/熱源)基本原理1.冷態時的噪聲輸出2.熱態時的噪聲輸出3.熱態與冷態噪聲輸出比4.等效噪聲溫度5.噪聲系數微波網絡參數測量A、反射參數測量原理B、傳輸參數測量原理C、S參數測量當測量S12時，微波信號經過開關SW1和右面的定向耦合器送到待測網絡端口T2 ，通過待測網絡的傳輸信號再經過SW2送到測試通道。衰減器是用來減少系統失配誤差的。由三個定向耦合器、兩個匹配負載和兩個衰減器組成的。中間的定向耦合器作為功率分配器。在測量S11時，雙口網絡的T2端口經過開關SW2

10、接匹配負載、微波信號經過左面定向耦合器送到待測網絡，同時經過中間定向耦合器送到參考通道，待測網絡的反射信號經由開關SW2送入測試通道。C、S參數測量三通道S參數測量裝置微波電路CAD 線性/非線性微波電路仿真軟件； 2.5D平面電路電磁場仿真軟件； 3D電磁場仿真軟件； 系統仿真軟件； 專用電路的設計軟件。 排版軟件名稱主要性能廠商ADS綜合軟件包AgilentSerenade綜合軟件包AnsoftMW Office線性/非線性電路、2.5D電磁場仿真AWRGENESYS線性/非線性電路、濾波器設計等EaglewareMMICAD線性/非線性電路設計OPTOTEKMomentum2.5D平面電

11、路電磁場仿真AgilentEnsemble2.5D平面電路電磁場仿真AnsoftEm2.5D平面電路電磁場仿真SonnetHFSS3D電磁場仿真AnsoftMW Studio3D電磁場仿真CSTSymphony系統仿真AnsoftClementine共形天線設計AnsoftProtel電路板布線PROTELAutoCAD電路板布線Autodesk微波電路CAD軟件的特點必須有精確的傳輸線模型和各種器件模型； 有時必須采用電磁場仿真等數值仿真工具； 一般都具有S參數分析的功能。在微波電路CAD技術中，各種傳輸線及其不均勻區模型、元件之間的寄生耦合模型以及微波有源器件的非線性模型等，在技術上的難度

12、都非常大。微波電路CAD 包括線性微波電路的S 參數計算、直流分析、線性/非線性噪聲分析、非線性電路的瞬態分析、非線性電路的諧波分析（功率壓縮、交調和諧波特性等）、優化設計、容差分析、2.5D及3D 電磁場仿真、布線和版圖設計等，甚至還可以包括微波器件的建模和參數提取以及計算機輔助測試。常見的分析方法線性電路：采用等效電路模型和S 參數矩陣級聯計算。非線性電路：Spice、諧波平衡法、包絡仿真法等。電磁場仿真：常采用矩量法和有限元法等數值計算方法。優化給定電路的網絡拓撲結構、各個元件的初始值，以及電路的設計指標的目標參數，CAD 軟件將自動改變各元件值，直到滿足要求。CAD 軟件通常都具有的，也是最常用的優化方法是隨機優化和梯度法。當然，一些軟件還提供了其它的優化方法供選擇。設計步驟 根據技術性能指標的要求，選擇半導體器件。 對于不需要半導體器件的微波無源電路，根據技術性能指標的要求，選擇網絡拓撲結構。 根據所選器件的具體參數，設計匹配電路的拓撲結構。 確定（或計算）電路中各個元件的初始值。 根據技術性能指標的要求，設置優化目標（或參數）。 根據經驗或試驗性地選擇若干優化變量（或元件）。 選擇優化方法，并進行優化。 進行容差分析。 進行版圖的設計并輸出版圖。 進行性能指標的復核，進行版圖的檢查，并提出結構設計的要求。總結：微波有源電路：放大器（功率放大器、低噪聲放大器）、混