第一章

引言

微波集成電路與系統(tǒng)簡(jiǎn)介課程概況課程內(nèi)容

1.1微波集成電路與系統(tǒng)簡(jiǎn)介Whatisthis-微波集成電路與系統(tǒng)簡(jiǎn)介電磁頻譜與電磁空間：特指電路的工作頻率范圍。微波集成電路：工作在微波波段和毫米波波段，由微波無源元件、有源器件、傳輸線和互連線集成在一個(gè)基片上，具有某種功能的電路。無線系統(tǒng)：消息傳遞和信號(hào)接收的系統(tǒng)，它可以支持電磁波傳播和指向性連接通信。1.1微波集成電路與系統(tǒng)簡(jiǎn)介WhatandWhy-微波集成電路與系統(tǒng)簡(jiǎn)介混頻器振蕩器檢波器倍頻器微波開關(guān)低噪放1.1微波集成電路與系統(tǒng)簡(jiǎn)介Howtorealizeit-無線系統(tǒng)射頻接收機(jī)射頻發(fā)射機(jī)1.2課程概況Howaboutit-課程概況本課程主要講解各種微波集成電路的基本工作原理，基本方法，工程設(shè)計(jì)，以及其在無線系統(tǒng)中的應(yīng)用。性質(zhì)：專業(yè)課（核心、選修）先修課程：《低頻電子電路》，《高頻電子電路》，《電磁場(chǎng)與波》，《微波技術(shù)與天線》或《微波技術(shù)基礎(chǔ)》教材：《微波集成電路與系統(tǒng)》(第一版)，林先其編著，電子工業(yè)出版社，2025年9月。1.2課程概況Howaboutit-課程概況參考書目：

1.《微波固態(tài)電路》，喻夢(mèng)霞、李桂萍、張小川編著，成都：電子科技大學(xué)出版社，第二版，2016年出版。2.《MicrowaveEngineering》，DavidM.Pozar著，JohWiley&Sons,Inc.，第四版，2012年。3.《微帶電路》，清華大學(xué)微帶電路編寫組編，北京：人民郵電出版社，第一版，1975年。4.《ADS2009射頻電路設(shè)計(jì)與仿真》，馮新宇、車向前著，北京：電子工業(yè)出版社，第一版，2011年。5.微波射頻網(wǎng)：。1.3課程內(nèi)容Howaboutit-課程內(nèi)容第一章：引言第二章：無線系統(tǒng)簡(jiǎn)介第三章：微波集成電路基礎(chǔ)第四章：微波無源器件第五章：微波放大器第六章：微波振蕩器第七章：微波混頻器第八章：微波檢波器第九章：微波倍頻器第十章：微波控制器件第十一章：微波天線第十二章：調(diào)制解調(diào)器第十三章：電路與系統(tǒng)仿真軟件1.3課程內(nèi)容Howaboutit-課程要求講授目標(biāo)：了解——各種微波集成電路的種類、工作機(jī)理、主要特點(diǎn)和功能；掌握——常用微波集成電路的基本原理、應(yīng)用領(lǐng)域和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；課堂要求：勤于思考；動(dòng)靜有序；課后討論

談?wù)勀銓?duì)本專業(yè)以及本課程的認(rèn)知？第二章

無線系統(tǒng)簡(jiǎn)介

12主要內(nèi)容2.1常用無線系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.2發(fā)射以及接受子系統(tǒng)2.3微波在大氣中的傳播特性2.4微波系統(tǒng)中的噪聲與失真2.5電路與系統(tǒng)仿真軟件介紹常用微波無線系統(tǒng)Whatisthis-無線系統(tǒng)的定義與分類系統(tǒng)是由若干要素以一定結(jié)構(gòu)形式聯(lián)結(jié)構(gòu)成的具有某種功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)并不僅僅是一些事物的簡(jiǎn)單集合，而是一個(gè)由一組相互連接的要素構(gòu)成的，能夠?qū)崿F(xiàn)某個(gè)目標(biāo)的整體。無線即指?jìng)魉投撕徒邮斩藘烧呦狄詿o線電而非實(shí)體線路連接的電腦網(wǎng)絡(luò)。無線系統(tǒng)指的是消息傳遞和信號(hào)接收的系統(tǒng)，它可以支持電磁波傳播和指向性聯(lián)接通信。無線系統(tǒng)運(yùn)用不同的傳播介質(zhì)來傳輸數(shù)據(jù)和信息，在當(dāng)今電子通信領(lǐng)域中已經(jīng)非常普遍。無線系統(tǒng)部署有固定和移動(dòng)站點(diǎn)，可以在無線用戶計(jì)算機(jī)之間傳遞準(zhǔn)確、可靠和安全的信號(hào)和數(shù)據(jù)，用以實(shí)現(xiàn)各種通信任務(wù)。常用微波無線系統(tǒng)Whatisthis-無線系統(tǒng)的定義與分類（1）根據(jù)傳輸信號(hào)的形式不同，無線系統(tǒng)可以分為模擬無線通信系統(tǒng)和數(shù)字無線通信系統(tǒng)。（2）根據(jù)無線終端狀態(tài)的不同，無線系統(tǒng)可以分為固定無線通信系統(tǒng)和移動(dòng)無線通信系統(tǒng)。（3）根據(jù)電磁波波長不同，無線系統(tǒng)可以分為長波無線通信系統(tǒng)、中波無線通信系統(tǒng)、短波無線通信系統(tǒng)、超短波無線通信系統(tǒng)和微波無線通信系統(tǒng)等。常用微波無線系統(tǒng)Howaboutit-無線系統(tǒng)的功能與性能（1）有效性：通信系統(tǒng)傳輸消息的“速率”問題，即快慢問題；（2）可靠性：通信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量”問題，即好壞問題；（3）適應(yīng)性：通信系統(tǒng)適用的環(huán)境條件；（4）經(jīng)濟(jì)性：系統(tǒng)的成本問題；（5）保密性：系統(tǒng)對(duì)所傳信號(hào)的加密措施。這點(diǎn)對(duì)軍用系統(tǒng)尤為重要；（6）標(biāo)準(zhǔn)性：系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎國家、國際標(biāo)準(zhǔn)；（7）維修性：系統(tǒng)是否維修方便；（8）工藝性：通信系統(tǒng)各種工藝要求。通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。因此，從消息傳輸?shù)慕嵌葋碚f，有效性和可靠性是評(píng)價(jià)無線通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)，是無線通信技術(shù)的重點(diǎn)。無線通信系統(tǒng)的有效性和可靠性是一對(duì)矛盾體。常用微波無線系統(tǒng)Howtorealizeit-無線系統(tǒng)的基本架構(gòu)

在無線通信系統(tǒng)中，射頻收發(fā)系統(tǒng)主要起信息交換的紐帶作用，對(duì)于傳統(tǒng)的射頻收發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一般主要分為超外差式、零中頻式、鏡像抑制式和低中頻式四種結(jié)構(gòu)。（1）要選擇合適的調(diào)制和解調(diào)的方式；（2）選擇性好；（3）接收機(jī)的靈敏度好；（4）發(fā)射機(jī)中具備高效率不失真的功率放大器；（5）發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)對(duì)鄰道的干擾要??；（6）天線開關(guān)要損耗小，響應(yīng)速度快、隔離度高收發(fā)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Whatisthis-發(fā)射子系統(tǒng)

發(fā)射機(jī)射頻部分的功能是完成基帶信號(hào)對(duì)中頻載波的調(diào)制，將其上變頻至特定的RF頻段，對(duì)已調(diào)制的RF信號(hào)放大，以足夠的功率饋入天線，經(jīng)天線有效地發(fā)射出去。其結(jié)構(gòu)如圖所示。對(duì)于發(fā)射機(jī)，應(yīng)當(dāng)具有足夠的發(fā)射功率，保證一定的通信距離，同時(shí)又應(yīng)減小對(duì)鄰近信道的干擾，并盡量降低其功耗，提高效率。發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howaboutit-發(fā)射子系統(tǒng)常見類型（1）超外差式發(fā)射機(jī)（2）直接變頻式發(fā)射機(jī)超外差式發(fā)射機(jī)是應(yīng)用非常普遍的發(fā)射機(jī)構(gòu)架，一般有線性雙變頻單元或單變頻單元。超外差式發(fā)射機(jī)將本振信號(hào)和有用信號(hào)進(jìn)行混頻，得到想要進(jìn)行發(fā)送的信號(hào)。直接變頻結(jié)構(gòu)也稱為零中頻結(jié)構(gòu)，是指基帶信號(hào)直接上邊到發(fā)射頻率，而變?yōu)橹蓄l信號(hào)，硬件上也不需要中頻濾波器，使得系統(tǒng)功耗降低，集成度得到了提高。發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howaboutit-發(fā)射子系統(tǒng)性能指標(biāo)（1）平均載頻輸出功率

平均載頻輸出功率是指發(fā)射機(jī)輸出的平均載波峰值功率，發(fā)射機(jī)必須滿足一定的發(fā)射功率，才能使接收機(jī)正確地接收有用信號(hào)。（2）射頻功率控制為了克服移動(dòng)通信的遠(yuǎn)近效應(yīng)，需對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整，以便保證移動(dòng)臺(tái)與基站之間的通信質(zhì)量，同時(shí)不會(huì)對(duì)其他移動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生明顯的干擾。（3）射頻輸出頻譜

關(guān)注射頻輸出頻譜是出于對(duì)鄰近信道干擾的考慮，對(duì)鄰近信道干擾通?？梢杂绵徑诺拦β时?ACPR)來表征。（4）雜散輻射在有用邊帶和鄰道以外的離散頻率上的輻射，稱為發(fā)射機(jī)的雜散輻射。發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howaboutit-發(fā)射子系統(tǒng)性能指標(biāo)（5）互調(diào)衰減

在電路的非線性作用下，發(fā)射機(jī)的載波和通過天線進(jìn)入的干擾信號(hào)發(fā)生交叉調(diào)

制產(chǎn)生互調(diào)分量，互調(diào)衰減就是衡量發(fā)射機(jī)對(duì)此互調(diào)干擾的抑制能力。（6）噪聲分析信噪比(SNR)越高，并且測(cè)得的誤比特率(BER)離期望的誤比特率也就越遠(yuǎn)。噪聲系數(shù)F是信噪比下降的度量，定義如下：噪聲系數(shù)即為在輸入端的信噪比與輸出端的信噪比的比值發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howaboutit-發(fā)射子系統(tǒng)性能指標(biāo)（7）線性度（8）動(dòng)態(tài)范圍線性動(dòng)態(tài)范圍定義為在噪聲功率和1dB壓縮點(diǎn)之間的范圍，表示為LDR=P1dB/No。若三階交調(diào)產(chǎn)物一直是小于系統(tǒng)中噪聲值的，則可認(rèn)為沒有寄生產(chǎn)物，所以無寄生動(dòng)態(tài)范圍指的是輸入信號(hào)功率與等效噪聲輸入功率的比值，當(dāng)三階交調(diào)信號(hào)功率等于輸出噪聲時(shí)，此范圍內(nèi)即為所定義的無寄生動(dòng)態(tài)范圍。發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howtorealizeit-發(fā)射機(jī)的主要構(gòu)成直接變換正交調(diào)制發(fā)射機(jī)兩步變換正交調(diào)制發(fā)射機(jī)雙本振的直接變換發(fā)射機(jī)發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Whatisthis-接收子系統(tǒng)天線從空間中接收到微弱信號(hào)，通過射頻濾波器從眾多的電波中選出有用信號(hào)，并經(jīng)過低噪聲放大到解調(diào)器所要求的電平值后，再由解調(diào)器解調(diào)，將頻帶信號(hào)變?yōu)榛鶐盘?hào)。對(duì)于接收機(jī)，希望減少甚至消除干擾信號(hào)和寄生頻率信號(hào)影響，保證特定通信距離和正確解調(diào)，并確定正確解調(diào)的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，因此主要關(guān)心接收機(jī)的選擇性、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍等技術(shù)指標(biāo)。發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howaboutit-接收機(jī)類型（1）超外差式接收機(jī)（2）零中頻接收機(jī)從天線接收的信號(hào)經(jīng)過一個(gè)射頻帶通濾波器，濾去帶外干擾并壓縮鏡像信號(hào)后，經(jīng)低噪聲放大器線性放大，放大后的信號(hào)和本地振蕩信號(hào)進(jìn)行混頻，下變頻為一固定中頻信號(hào)，再通過濾波、中頻放大后，提取出有用信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。直接下變頻接收機(jī)也稱為零中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是讓本振頻率等于載頻，則中頻為零，于是不存在鏡像頻率，自然就不會(huì)有鏡像頻率干擾。發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howaboutit-接收機(jī)類型（3）低中頻接收機(jī)（4）鏡像抑制接收機(jī)低中頻接收機(jī)是從零中頻接收機(jī)發(fā)展而來的。低中頻接收機(jī)通過正交下變頻器來抑制鏡像信號(hào)，但與零中頻接收機(jī)不同的是，下變頻后的信號(hào)處于一比較低的中頻。Hartley結(jié)構(gòu)鏡頻抑制接收機(jī)Weaver結(jié)構(gòu)鏡頻抑制接收機(jī)發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howaboutit-接收機(jī)類型（5）數(shù)字中頻接收機(jī)將二次變頻超外差接收機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的第二次混頻和濾波數(shù)字化，便可得到數(shù)字中頻接收機(jī)。數(shù)字中頻接收機(jī)方案與傳統(tǒng)二次混頻超外差接收機(jī)方案的區(qū)別在于：第一次混頻后的信號(hào)經(jīng)放大直接進(jìn)行模數(shù)變換，然后采用兩個(gè)正交的數(shù)字正弦信號(hào)做本振，采用數(shù)字相乘和濾波后得到基帶信號(hào)。發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howaboutit-接收機(jī)的主要性能指標(biāo)（1）高增益（2）頻率選擇性

對(duì)某個(gè)信道的收信機(jī)而言，要求它只接收本信道的信號(hào)，對(duì)鄰近信道的干擾、鏡象頻率干擾及本道道的收、發(fā)干擾等要有足夠大的抑制能力，這就是接收機(jī)的選擇性。（3）隔離度

無線通信系統(tǒng)有單工、半雙工和全雙工模式。而在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，大多數(shù)采用全雙工模式，在這種模式下，接收和發(fā)射同時(shí)進(jìn)行。為了避免發(fā)射通路和接收通路的信號(hào)相互串?dāng)_，在收發(fā)機(jī)中應(yīng)提高接收模塊和發(fā)射模塊的隔離度。（4）靈敏度

接收機(jī)靈敏度是指滿足一定誤碼率性能的條件下，接收機(jī)輸入端所需的最小信號(hào)電平，它表征接收微弱信號(hào)的能力。發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howaboutit-接收機(jī)的主要性能指標(biāo)（5）阻塞和雜散響應(yīng)抑制

阻塞和雜散響應(yīng)抑制是衡量接收機(jī)抗干擾能力的一個(gè)重要指標(biāo)，好的阻塞和雜散抑制可以提高接收的靈敏度。（6）互調(diào)分量抑制

互調(diào)分量是器件非線性產(chǎn)生的組合頻率分量進(jìn)入通頻帶而引起的干擾信號(hào)，互調(diào)分量抑制是指接收機(jī)接收有用信號(hào)而抑制互調(diào)干擾信號(hào)的能力。（7）鄰道干擾抑制

鄰道干擾抑制是檢驗(yàn)接收機(jī)對(duì)鄰近信道干擾抑制的能力。相鄰信道上存在干擾信號(hào)會(huì)導(dǎo)致接收的有用信號(hào)質(zhì)量降低，故應(yīng)盡量抑制鄰道干擾，使其不影響正常通信。（8）雜散輻射抑制

接收機(jī)的雜散輻射主要由天線連接器和機(jī)箱的輻射引起，通常使用隔離或電磁屏蔽的方法進(jìn)行抑制。發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howaboutit-接收機(jī)的主要性能指標(biāo)（9）噪聲特性噪聲和干擾是任何電子系統(tǒng)的大敵。接收機(jī)中的噪聲會(huì)掩蓋微弱信號(hào)，限制接收機(jī)對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)能力，即限制接收機(jī)的極限靈敏度。

要衡量一個(gè)接收機(jī)對(duì)有用信號(hào)接收性能的好壞，往往要知道加到傳輸信號(hào)上噪聲的數(shù)量，通常以信號(hào)功率與噪聲功率之比來-信噪比來判定。噪聲系數(shù)NF的定義是：發(fā)射以及接收子系統(tǒng)Howaboutit-接收機(jī)的主要性能指標(biāo)（10）動(dòng)態(tài)范圍接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍是指接收機(jī)可檢測(cè)的最小信號(hào)與在失真允許情況下能接收的最大信號(hào)之間的范圍。動(dòng)態(tài)范圍的下限受限于接收機(jī)的噪聲底數(shù)，但是也和整個(gè)系統(tǒng)的要求和狀態(tài)有關(guān)，動(dòng)態(tài)范圍的上限受限于器件非線性指標(biāo)和自動(dòng)增益放大器的控制范圍，當(dāng)輸入信號(hào)過大的時(shí)候，由于系統(tǒng)的非線性而產(chǎn)生了信號(hào)的失真，輸入信噪比反而會(huì)下降。如果輸入功率低于動(dòng)態(tài)范圍的下限，噪聲將占主導(dǎo)地位。如果輸入功率超過動(dòng)態(tài)范圍的上限，輸出開始飽和。接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍是設(shè)計(jì)射頻與微波電路的重要依據(jù)之一。一般情況下，動(dòng)態(tài)范圍可以定義為最小可檢測(cè)信號(hào)MDS到1dB壓縮點(diǎn)之間的功率范圍。也就是接收機(jī)靈敏度和1dB壓縮點(diǎn)之間的功率范圍。微波在大氣中的傳播特性電波傳播特性同時(shí)取決于媒質(zhì)結(jié)構(gòu)特性和電波特征參量。對(duì)于一定頻率和極化的電波與特定條件相匹配，將具有某種占優(yōu)勢(shì)的傳播方式。微波在大氣層中傳播時(shí)將受到一定程度的影響，其重要原因是氧氣和水蒸氣對(duì)微波頻率會(huì)產(chǎn)生選擇性的吸收和散射，在毫米波段尤其突出。自由空間電波傳播；地波傳播；天波傳播；視距傳播；對(duì)流層散射傳播等。Whatisthis-微波在大氣中的傳播特性Howaboutit-自由空間電波傳播有一天線置于自由空間A處，其輻射功率為Pr，方向性系數(shù)為D，在最大輻射方向上距離為r的點(diǎn)M處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)振幅為：自由空間傳播損耗的定義是：當(dāng)發(fā)射天線與接受天線的方向性系數(shù)都為1時(shí)，發(fā)射天線的輻射功率Pr與接受天線的最佳接受功率PL的比值記為L0，即微波在大氣中的傳播特性Howaboutit-自由空間電波傳播

雖然自由空間是一種理想介質(zhì)，不會(huì)吸收能量，但是隨著傳播距離的增大導(dǎo)致發(fā)射天線的輻射功率分布在更大的球面上，當(dāng)電波頻率提高1倍或傳播距離增加1倍時(shí)，自由空間傳播損耗分別增加6dB。

實(shí)際的傳輸媒質(zhì)對(duì)電波有吸收作用，這將導(dǎo)致電波的衰減。如果實(shí)際情況下的接受點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為E，而自由空間傳播的場(chǎng)強(qiáng)為E0，定義比值|E/E0|為衰減因子，記為A，于是相應(yīng)的衰減損耗為：微波在大氣中的傳播特性Howaboutit-自由空間電波傳播

考慮了上述路徑帶來的衰減以后，為了表明傳輸路徑的功率傳輸情況，通常用路徑傳輸損耗來表示，記為Lb，即：Lb=L0+LF

dB。假設(shè)發(fā)射天線的輸入功率為Pm，增益系數(shù)為Gt，則相應(yīng)的功率密度和最佳接受功率分別為：

對(duì)于實(shí)際的傳輸路徑，定義發(fā)射天線輸入功率與接受天線輸出功率之比為該路徑的傳輸損耗，即：微波在大氣中的傳播特性Howaboutit-地波傳播無線電波沿地球表面?zhèn)鞑?，稱為地面波傳播或者表面波傳播。地面波傳播的主要特性有：（1）地面波傳播采用垂直極化波。地面波的傳播損耗與波的極化形式有很大關(guān)系，當(dāng)電波沿著一般地質(zhì)傳播時(shí)，水平極化波比垂直極化波的傳播損耗要高數(shù)十分貝。（2）地面波傳播過程中由于地面損耗造成電場(chǎng)傳播方向傾斜，稱為波前傾斜現(xiàn)象。（3）地面波傳播過程中地面上電場(chǎng)為橢圓極化波，這是由于緊貼地面大氣一側(cè)的電場(chǎng)橫向分量E1x，遠(yuǎn)大于縱向分量E1z，且相位不等，兩者合成場(chǎng)為一狹長橢圓極化波。微波在大氣中的傳播特性Howaboutit-地波傳播（4）地面波在傳播過程中有衰減。地面波沿地表傳播時(shí)，由于大地是半導(dǎo)電媒質(zhì)，對(duì)電波能量的吸收產(chǎn)生了電場(chǎng)縱向分量E1z，相應(yīng)地沿x方向傳播的功率流密度

代表著電波的傳輸損耗。地面電導(dǎo)率越大，頻率越低，地面對(duì)電波的吸收越小。因此地面波傳播方式特別適用于長波、超長波波段。（5）地面波傳播較穩(wěn)定。這是由于大地的電特性和地貌地物等不會(huì)隨時(shí)改變，

并且地面波不受氣候條件的影響，因此地面波傳播信號(hào)比較穩(wěn)定。（6）地面波傳播有繞射損耗。障礙物越高，波長越短，則繞射損耗越大。長波繞射能力最強(qiáng)，中波次之，短波較弱，超短波繞射能力最弱。微波在大氣中的傳播特性Howaboutit-天波傳播天波傳播是指電波由發(fā)射天線向高空輻射，經(jīng)高空電離層反射后到達(dá)地面接收點(diǎn)的傳播方式，也稱為電離層傳播。長、中、短波都可以利用天波傳播。天波傳播的主要優(yōu)點(diǎn)是傳播損耗小，從而可以用較小的功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。電波從電離層返回地面時(shí)，電波頻率f、入射角θ0和反射點(diǎn)的電子密度N，之間必須滿足關(guān)系：微波在大氣中的傳播特性Howaboutit-視距傳播視距傳播是依靠發(fā)射天線和接受天線之間直視的傳播方式，可以分為地—地視距傳播和地—空視距傳播。視距傳播的無線電波和光線的傳播類似，它們都有極強(qiáng)的方向性，因此要求足夠高的架設(shè)高度。（1）地面對(duì)視距傳播的影響假設(shè)發(fā)射天線A的架高為H，接收點(diǎn)B的高度為H，直接波的傳播路徑為r1，地面反射波的傳播路徑為r2，與地面之間的投射角為A，收、發(fā)兩點(diǎn)間的水平距離為d。微波在大氣中的傳播特性Howaboutit-視距傳播（2）對(duì)流層大氣對(duì)視距傳播的影響在上述分析中討論的由平面地到球面地的修正，都是假定電波按直線傳播，這種情況只有在均勻大氣中才可能存在，而實(shí)際的對(duì)流層大氣、壓力、溫度及濕度都隨地區(qū)及離開地面的高度而變化，因此是不均勻的，會(huì)使電波產(chǎn)生折射、散射及吸收等物理現(xiàn)象。微波在大氣中的傳播特性Howaboutit-對(duì)流層散射傳播對(duì)流層散射傳播是利用低層大氣氣流冷熱，水蒸汽含量及氣壓的不均勻性造成許多大小不同，形狀各異的氣流旋渦—湍流團(tuán)，當(dāng)無線電波射到湍流團(tuán)會(huì)感應(yīng)出電流，產(chǎn)生二次輻射電磁波，以達(dá)到遠(yuǎn)距離傳播的目的。它的工作波段在超短波及微波波段，通信容量大，可靠性高、抗干擾性強(qiáng)，不會(huì)受電離層、太陽黑子、磁暴，極光及核爆炸的影響，稱為“炸不斷的通訊線”，這一點(diǎn)尤有軍事價(jià)值，它的主要缺點(diǎn)是損耗大，要求發(fā)射臺(tái)功率較大。412.4微波系統(tǒng)中的噪聲與失真噪聲是一個(gè)隨機(jī)的過程Whatisthis-噪聲的來源：1.來自于內(nèi)部電路，如熱噪聲、閃爍噪聲；2.來自于外部電路。如大氣、星際和人為干預(yù)。噪聲電壓的均值電壓的均方根RMS

0.42噪聲決定了一個(gè)接收機(jī)中能被檢測(cè)的最小電平接收總電平：n(t):噪聲電壓，s(t):信號(hào)電壓and+out“1”

out“0”

Howaboutit43Howaboutit-噪聲的分類按發(fā)生地點(diǎn)分：外部噪聲，內(nèi)部噪聲；按產(chǎn)生根源分：自然噪聲，人為噪聲；按電特性分：脈沖型，正弦型，起伏型。噪聲的度量——噪聲溫度、噪聲系數(shù)

任何一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)，如果它產(chǎn)生的噪聲是白噪聲，則可以用處于該網(wǎng)絡(luò)輸入端等效噪聲溫度為Te的電阻產(chǎn)生的熱噪聲源來代替44Howaboutit-噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)定義為輸入信噪比/輸出信噪比，表征了信號(hào)通過系統(tǒng)后，系統(tǒng)內(nèi)部噪聲造成信噪比惡化的程度。有噪系統(tǒng)：F＞1無噪系統(tǒng)：F=145Howaboutit-多級(jí)網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)第一級(jí)輸入:N1=kT0B第一級(jí)輸出:第二級(jí)輸出:兩級(jí)總輸出:46Howaboutit-多級(jí)網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)多級(jí)級(jí)聯(lián)噪聲:多級(jí)級(jí)聯(lián)噪聲溫度:等效噪聲溫度與噪聲系數(shù)是用兩種不同的方法來描述同一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲特性，等效噪聲溫度與噪聲系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：47Howaboutit-噪聲系數(shù)對(duì)應(yīng)噪聲溫度NF（dB）FTe（K）0.51.2235.40.61.4843.00.71.17550.70.81.20258.70.91.23066.81.01.25975.11.11.28883.61.21.31892.348Howaboutit-噪聲系數(shù)的測(cè)量方法——Y系數(shù)法測(cè)量步驟：接入高溫噪聲源，用功率計(jì)測(cè)得噪聲功率Ph；接入低溫噪聲源，功率級(jí)測(cè)得噪聲功率Pc；得到Y(jié)系數(shù)；聯(lián)立求解。假設(shè)Tc＝T0，則49Howaboutit-噪聲系數(shù)的測(cè)量設(shè)備噪聲系數(shù)測(cè)量?jī)x噪聲發(fā)生器50

Whatisthis-失真——增益壓縮、交調(diào)失真增益壓縮——單載波系統(tǒng)基頻信號(hào)的電壓益增益線性和非線性分量

增益壓縮或飽和，這是由于瞬時(shí)的輸出電壓受到放大器供電電壓的限制。512.交調(diào)失真——多載波系統(tǒng)二次諧波，適用于二倍頻器差頻，適用于混頻器或上變頻器和頻，適用于上變頻器

三階交調(diào)分量52Whatisthis-非線性定義分段折線描述冪級(jí)數(shù)展開解析函數(shù)描述53Howaboutit-器件非線性影響（1）輸入端只有一個(gè)有用信號(hào)①諧波輸入信號(hào)輸出信號(hào)出現(xiàn)了頻率為

Nωi

的頻率分量②增益壓縮大信號(hào)時(shí)高次項(xiàng)不能忽略時(shí)，基波信號(hào)電流為：大信號(hào)跨導(dǎo)：對(duì)于小于零的a3，平均跨導(dǎo)gm隨輸入信號(hào)幅度的增大而減小，此現(xiàn)象稱為增益壓縮。在射頻線性放大電路中，常用1dB壓縮點(diǎn)來度量放大器的非線性，它定義為使增益比線性放大器增益下降1dB所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)幅度值Vim。55（2）輸入端有兩個(gè)以上有用信號(hào)①堵塞輸入：

ω1為弱信號(hào)，而ω2是強(qiáng)信號(hào)，則輸出的有用信號(hào)基波電流分量為：由于a3小于零，因而隨著干擾信號(hào)的增大導(dǎo)致跨導(dǎo)變小。從而使輸入信號(hào)電流變小，甚至趨于零，這就稱為堵塞。如果無線電話接收機(jī)位于相鄰頻道的發(fā)射機(jī)旁，則由于接收機(jī)的天線濾波器無法濾除頻率靠得這么近得干擾大信號(hào)，就有可能出現(xiàn)接收信號(hào)被堵塞得情況。56若輸入端有相對(duì)較弱的有用信號(hào)V1和較強(qiáng)的干擾信號(hào)V2，且干擾信號(hào)是振幅調(diào)制信號(hào)②交叉調(diào)制交叉調(diào)制失真

這表明干擾信號(hào)的幅度調(diào)制信息轉(zhuǎn)移到了有用信號(hào)的幅度上，如果有用信號(hào)也是幅度調(diào)制信號(hào)，則通過幅度解調(diào)后將會(huì)聽到干擾臺(tái)的串話音，這就是交叉調(diào)制失真。干擾信號(hào)幅度變化為：③互相調(diào)制V1m=V2m=Vm，則基波和三階組合頻率分量的輸出電流為：這些組合頻率分量會(huì)對(duì)有用信號(hào)造成干擾，且干擾并不是由兩輸入信號(hào)的諧波產(chǎn)生，而是由這兩個(gè)輸入信號(hào)的互相調(diào)制引起的，所以稱為互調(diào)失真。由非線性器件的三次方項(xiàng)引這種起的互調(diào)稱為三階互調(diào)。電路與系統(tǒng)仿真軟件簡(jiǎn)介Whatisthis-先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)（AdvancedDesignSystem）先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(AdvancedDesignSystem)，簡(jiǎn)稱ADS，它支持系統(tǒng)和射頻設(shè)計(jì)師開發(fā)所有類型的射頻設(shè)計(jì)，從簡(jiǎn)單到最復(fù)雜，從射頻∕微波模塊到用于通信和航空航天∕國防的MMIC。通過從頻域和時(shí)域電路仿真到電磁場(chǎng)仿真的全套仿真技術(shù)，ADS讓設(shè)計(jì)師全面表征和優(yōu)化設(shè)計(jì)。單一的集成設(shè)計(jì)環(huán)境可以提供系統(tǒng)和電路仿真器，以及電路圖捕獲、布局和驗(yàn)證的功能，而不需要在設(shè)計(jì)中停下來更換設(shè)計(jì)工具，為蜂窩和便攜電話、尋呼機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)，以及雷達(dá)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)這類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師提供完全的設(shè)計(jì)集成。ADS電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能十分強(qiáng)大，包含時(shí)域電路仿真(SPICE-likeSimulation)、頻域電路仿真(HarmonicBalance、LinearAnalysis)、三維電磁仿真(EMSimulation)、通信系統(tǒng)仿真(CommunicationSystemSimulation)和數(shù)字信號(hào)處理仿真設(shè)計(jì)（DSP）等。電路與系統(tǒng)仿真軟件簡(jiǎn)介Whatisthis-AnsysHFSSAnsysHFSS是世界上第一個(gè)商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場(chǎng)仿真軟件，業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析的電子設(shè)計(jì)專用軟件。HFSS提供了簡(jiǎn)潔直觀的用戶設(shè)計(jì)界面、精確自適應(yīng)的場(chǎng)解器、擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大后處理器，能計(jì)算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)和全波電磁場(chǎng)。HFSS采用有限元法全波分析，具有無與倫比的仿真精度和可靠性、快捷的仿真速度、方便易用的操作界面、穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)，是業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。適用于射頻和微波無源器件設(shè)計(jì)、天線及天線陣列設(shè)計(jì)、高速數(shù)字信號(hào)完整性分析、電磁干擾和電磁兼容分析、電真空器件設(shè)計(jì)、目標(biāo)特性研究和雷達(dá)散射截面仿真、比吸收率計(jì)算、光電器件仿真等。電路與系統(tǒng)仿真軟件簡(jiǎn)介Whatisthis-AltiumDesignerAltiumDesigner是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。MultismMultisim是美國國家儀器(NI)有限公司推出的以Window為基礎(chǔ)的電路仿真軟件工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。在模電、數(shù)電的復(fù)雜電路虛擬仿真方面，Multisim仿真分析能力很強(qiáng)。電路與系統(tǒng)仿真軟件簡(jiǎn)介Whatisthis-XpeedicIRISXpeedicIRIS是由芯禾半導(dǎo)體科技（上海）股份有限公司提供的一款集成在CadenceVirtuoso平臺(tái)中的3D快速電磁場(chǎng)仿真工具，用于分析片上無源器件的性能和互連線的影響。該軟件具有多核和分布式并行化的快速3D矩量法求解器，能顯著減少EM仿真的時(shí)間，從而提高了設(shè)計(jì)效率。XDSXDS是由芯禾半導(dǎo)體科技（上海）股份有限公司提供的一款射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真軟件，該軟件集成原理圖環(huán)境和版圖環(huán)境兩個(gè)設(shè)計(jì)仿真模塊，和與之配套的電路仿真引擎和EM電磁場(chǎng)仿真引擎。另外提供了完整的高級(jí)分析輔助模塊，可以幫助用戶提高設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化性能、統(tǒng)計(jì)分析等。第二課堂訓(xùn)練無線系統(tǒng)新應(yīng)用調(diào)研（本科生）近幾十年來，無線系統(tǒng)發(fā)展日新月異，無線系統(tǒng)的運(yùn)用越來越多。無線輸能、移動(dòng)通信、汽車?yán)走_(dá)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用為人們的日常生活帶來了極大的便利，同時(shí)也對(duì)無線系統(tǒng)提出了更高的要求和更大的挑戰(zhàn)。調(diào)研近幾年無線系統(tǒng)有哪些比較新的應(yīng)用方向。無線系統(tǒng)發(fā)展的技術(shù)瓶頸與趨勢(shì)探析（研究生）目前無線系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)有哪些？新方向中無線系統(tǒng)的工作原理是什么？新方向中無線系統(tǒng)有哪些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)？新方向中無線系統(tǒng)存在哪些難點(diǎn)和針對(duì)難點(diǎn)有什么好的解決方案？Howtoimproveit-第三章

微波集成電路基礎(chǔ)

微波傳輸線微波元件微波連接器微波網(wǎng)絡(luò)分析法微波集成電路

微波傳輸線的定義微波電路中的傳輸線（TransmissionLine）是將能量和信息從一個(gè)點(diǎn)傳送到另一個(gè)點(diǎn)的各種形式電磁波傳輸結(jié)構(gòu)的總稱，它的作用是引導(dǎo)電磁波沿一定方向傳輸，因此又稱為導(dǎo)波系統(tǒng)，其所導(dǎo)引的電磁波被稱為導(dǎo)行波（guidedwave）。微波傳輸線的分類

（1）雙導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的傳輸線，它由兩根或兩根以上平行導(dǎo)體構(gòu)成，主要包括平行雙線、同軸線、帶狀線和微帶線等。（2）均勻填充介質(zhì)的金屬波導(dǎo)管，因電磁波在管內(nèi)傳播，故稱為波導(dǎo)，主要包括矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、脊形波導(dǎo)和橢圓波導(dǎo)等；（3）介質(zhì)波導(dǎo)傳輸線，因其電磁波沿傳輸線表面?zhèn)鞑ィ室卜Q為表面波傳輸線，主要包括開放式的介質(zhì)波導(dǎo)、介質(zhì)鏡像線等，以及半開放式的H形波導(dǎo)、G形波導(dǎo)等3.1微波傳輸線Whatisthis-微波傳輸線

平面形式的傳輸線利于實(shí)現(xiàn)微波電路的集成化，具有重量輕、尺寸小、集成度高、可靠性高、一致性好等優(yōu)點(diǎn)，主要有兩類：準(zhǔn)TEM波傳輸線，主要包括微帶線、倒置微帶線、帶狀線和共面波導(dǎo)等；非TEM波傳輸線，主要包括槽線、鰭線等。3.1微波傳輸線Whatisthis-微波傳輸線微波元件的定義

微波元件是構(gòu)造微波器件、電路的最基本要素，主要包括各類集總元件、通孔、空氣橋和介質(zhì)跨接器，以及各種傳輸線不連續(xù)性結(jié)構(gòu)等。微波元件的分類（1）電感元件（2）電容元件（3）電阻元件（4）通孔（5）介質(zhì)跨接器元件3.2微波元件Whatisthis-微波元件3.2微波元件Whatisthis-微波元件螺旋電感薄膜電阻交指電容MIM電容空氣橋通孔微波電容元件、電感元件、電阻元件、通孔和介質(zhì)跨接器元件的典型結(jié)構(gòu)。3.2微波元件Whatneedit-電感元件的功能

電感在電路中主要起濾波、振蕩、延遲、陷波、調(diào)諧和匹配作用。理想電感對(duì)直流信號(hào)短路，對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)的阻抗與信號(hào)頻率成正比，交流信號(hào)的頻率越高，電感呈現(xiàn)的阻抗越大；電感的電感量越大，對(duì)交流信號(hào)的阻抗越大。除用非?；A(chǔ)的電感系數(shù)外，還常用以下參數(shù)評(píng)估電感元件的性能。3.2微波元件Howaboutit-電感元件的性能有效電感：若忽略串聯(lián)電阻，電路中電感元件L的阻抗為頻率

的函數(shù)，可以寫為：時(shí)間常數(shù)：忽略寄生電容，當(dāng)在串聯(lián)電感電阻上施加直流電壓時(shí)，將電感充電至施加電壓所需的時(shí)間稱為時(shí)間常數(shù)τ電感元件等效電路模型式中，，為并聯(lián)諧振頻率等效電感Le稱為有效電感。3.2微波元件Howaboutit-電感元件的性能品質(zhì)因數(shù)Q：品質(zhì)因數(shù)Q的最一般定義是基于每周期電感中存儲(chǔ)能量WS與耗散功率PD的比值，即。在較低頻率下，電感元件的Q值可以寫為：自諧振頻率：設(shè)Re[Zin]和Im[Zin]分別是電感元件輸入阻抗的實(shí)部和虛部。當(dāng)Im[Zin]=0時(shí)，就可確定電感元件的自諧振頻率。電感元件的第一諧振為并聯(lián)諧振，此時(shí)Re[Zin]達(dá)到極大值，等效為一高阻。超過第一諧振頻率fres后，電感元件呈現(xiàn)容性。3.2微波元件Howaboutit-電感元件的性能最大額定電流：電感元件能夠承受的最大直流電流，而不會(huì)因其有限電阻而損壞（熔斷或電遷移）或過熱，稱為最大額定電流。最大額定電流限制取決于導(dǎo)體材料、形狀、內(nèi)芯材料、周圍環(huán)境和溫度。最大額定功率：在不改變電感元件特性或因產(chǎn)生熱量而破壞電感元件的情況下，可以安全應(yīng)用于電感元件上的最大射頻功率稱為最大額定功率。最大功率限制取決于電感元件的Q、面積/體積、使用的內(nèi)芯材料、周圍環(huán)境和溫度。3.2微波元件Whatneedit-電容元件的功能在電路設(shè)計(jì)中，通常大電容用于射頻旁路、隔直和電抗性終端應(yīng)用，而小電容在匹配網(wǎng)絡(luò)中用作調(diào)諧元件，還用于實(shí)現(xiàn)緊湊型濾波器、功率分配器/合成器、耦合器、巴倫和變壓器。電容元件除了非?；A(chǔ)的電容值參數(shù)外，還常使用有效容值、溫漂系數(shù)、品質(zhì)因數(shù)、等效串聯(lián)電阻、串聯(lián)和并聯(lián)諧振頻率、時(shí)間常數(shù)、額定電壓、額定電流等評(píng)估其綜合性能。

3.2微波元件Howaboutit-電容元件的性能有效容值：若忽略串聯(lián)電阻、并聯(lián)寄生電容，電容元件的阻抗可以表示為：其中式中為串聯(lián)諧振頻率（

）。為等效電容，也稱有效電容，在諧振頻率以下，其值通常大于標(biāo)稱值。溫漂系數(shù)：電容值隨溫度變化的速率稱為其溫漂系數(shù)(TemperatureCoefficient，TC)，以百萬分之一每攝氏度表示。在大多數(shù)應(yīng)用中電路溫度穩(wěn)定性至關(guān)重要，需要較小的TC值，TC值可能為負(fù)值或正值。有時(shí)，選擇正確的TC值可使電路對(duì)溫度依賴性最小化，小溫漂系數(shù)電容元件的TC值小于±50ppm/℃。3.2微波元件Howaboutit-電容元件的性能品質(zhì)因數(shù)：用于衡量電容元件的儲(chǔ)能能力的重要參數(shù)。忽略寄生電抗，電容元件由電容C和電阻Rs的串聯(lián)電路表示時(shí)，品質(zhì)因數(shù)Q由以下關(guān)系式定義：

式中，

=2

f，f是工作頻率。等效串聯(lián)電阻：所有電容元件由于其有限尺寸而呈現(xiàn)寄生電感，并且由于連接處以及電極電阻呈現(xiàn)串聯(lián)電阻。該串聯(lián)電阻通常稱為ESR（EquivalentSeriesResistance），是使用電容元件的電路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)。3.2微波元件Howaboutit-電容元件的性能串聯(lián)和并聯(lián)諧振頻率：與電感不同，電容兼具串聯(lián)和并聯(lián)諧振特性。在串聯(lián)諧振頻率以下，電容正常工作。然而，在串聯(lián)諧振頻率以上，電容元件的總電抗是電感性的，并且在隨后的并聯(lián)諧振頻率之后再次變?yōu)殡娙菪?。電容兩個(gè)電極之間的輸入阻抗可以寫為：

圖中顯示了Zi的模值變化（帶電抗正負(fù)符號(hào)）、假設(shè)C??Cp，在角頻率處發(fā)生串聯(lián)諧振，C和Ls的電抗絕對(duì)值變?yōu)橄嗟?，此時(shí)電容元件等效為電阻Rs。隨著頻率繼續(xù)增加，電容元件的電抗逐漸變小，在角頻率處發(fā)生并聯(lián)諧振，Ls和Cp的電抗絕對(duì)值變?yōu)橄嗟?，此時(shí)電容元件等效為一個(gè)非常大的電阻。3.2微波元件Howaboutit-電容元件的性能時(shí)間常數(shù)：在電路中，當(dāng)理想電容C與電阻R串聯(lián)，并施加直流電壓時(shí)，電容充電至施加的電壓需要的時(shí)間稱為時(shí)間常數(shù)，由式給出：式中，、R和C的單位分別是s、Ω和F。額定電壓：在不影響其可靠性或破壞其可靠性的情況下，可在電容元件兩端之間安全施加的最大電壓稱為額定電壓或工作電壓。額定電流：允許通過電容元件而不損壞或過熱的最大電流稱為額定電流或最大額定電流。由于電容的擊穿電壓或功率消耗，額定電流受到限制。工作頻率和電容值影響擊穿電壓，等效串聯(lián)電阻ESR影響電容元件的功耗。3.2微波元件Whatneedit-電阻元件的功能電阻元件用于射頻、微波和毫米波集成電路?？梢宰鳛榻K端、隔離電阻、反饋網(wǎng)絡(luò)、有耗阻抗匹配、分壓器、偏置元件、衰減器、增益均衡元件，以及作為防止寄生振蕩的穩(wěn)定電阻或阻尼電阻。理想電阻元件或與工作波長相比長度非常小的電阻元件僅耗散電能，并且由于相關(guān)寄生電容和電感可忽略不計(jì)，因此其電儲(chǔ)能和磁儲(chǔ)能可忽略。評(píng)價(jià)電阻元件性能的參數(shù)有額定功率、溫漂系數(shù)、公差、最大工作電壓、最大工作頻率、穩(wěn)定性、噪聲、最大額定電流等。

3.2微波元件Howaboutit-電阻元件的性能額定功率：電阻元件的額定功率是指電阻在不影響其阻值和可靠性的情況下能夠承受的最大功率。額定功率取決于其面積（面積越大，耗散功率越大）和環(huán)境溫度。高額定功率電阻具有較大的面積和較強(qiáng)的寄生效應(yīng)，這會(huì)影響其在微波頻率下的性能。溫漂系數(shù)：電阻值隨溫度的變化率稱為電阻的溫漂系數(shù)（TemperatureCoefficientofResistors，TCR）簡(jiǎn)稱TC，單位為ppm/℃。3.2微波元件Howaboutit-電阻元件的性能公差：同規(guī)格電阻其阻值的變化起伏以公差表示。通常，根據(jù)電阻元件的制造技術(shù)和具體應(yīng)用，電阻元件的公差可以有±1%、±5%、±10%或±20%的起伏。最大工作電壓：在不影響電阻值的情況下，可以施加在電阻元件上的最大電壓稱為最大工作電壓。最大工作電壓Vm取決于電阻材料、可以容忍的起自小電壓值的電阻變化以及電阻的物理結(jié)構(gòu)。最大工作頻率：電阻值還取決于其工作頻率。平面電阻也存在寄生電抗，其值隨頻率增加而增加，從而影響凈電阻值。在一定頻率下，容性電抗和感性電抗變得相等，從而引起自諧振。3.2微波元件Howaboutit-電阻元件的性能穩(wěn)定性：大多數(shù)情況下，電阻元件的性能會(huì)隨著時(shí)間而變化。電阻元件的穩(wěn)定性以電阻值長時(shí)間內(nèi)的變化表示。噪聲：噪聲通常指熱噪聲或散粒噪聲，源自電阻元件內(nèi)產(chǎn)生的不需要的隨機(jī)電壓波動(dòng)。電阻元件的熱噪聲與其電阻值成正比。額定電流：每個(gè)電阻元件都有一個(gè)指定的額定電流，如果超過該額定電流，電阻可能會(huì)因電流密度過高而失效。3.2微波元件Whatneedit-變壓器元件的功能射頻頻率的變壓器由兩個(gè)或多個(gè)相互耦合的繞在公共鐵芯上的線圈組成。變壓器在射頻和微波電路可用于阻抗匹配、功率分配器/合成器、雙平衡混頻器、功率放大器、信號(hào)耦合和相移。變壓器可以是兩端口、三端口或四端口元件。變壓器有兩個(gè)重要的性能參數(shù)：匝數(shù)比和磁耦合系數(shù)。

3.2微波元件Howaboutit-變壓器元件的性能匝數(shù)比：初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的匝數(shù)之比。若變壓器的匝數(shù)比是1∶N，則次級(jí)阻抗是初級(jí)阻抗的N2倍。當(dāng)N>1時(shí)，變壓器稱為升壓變壓器，次級(jí)阻抗大于初級(jí)阻抗；反之為降壓變壓器。例如，阻抗比為1∶4的變壓器，其匝數(shù)比應(yīng)為1∶2。磁耦合系數(shù)：變壓器初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的磁耦合程度由磁耦合系數(shù)k表示，表達(dá)式如下：式中，M為初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感；L1、L2為線圈的自感。3.2微波元件Whatneedit-通孔的功能通孔是單片微波和毫米波集成電路的基本元素。按照其功能，可分為多層微波電路中不同金屬層的信號(hào)連接通孔和用于接地的通孔，也可以用作電磁屏蔽通孔。

信號(hào)連接通孔：信號(hào)連接通孔是通過通孔技術(shù)，在不同層的電路和元件之間形成金屬連接并使微波信號(hào)通過的微波元件。信號(hào)連接通孔是晶體管、電感、變壓器和Lange耦合器設(shè)計(jì)中的重要元素。3.2微波元件Whatneedit-通孔的功能接地通孔：接地通孔通過通孔技術(shù)，為元件或電路建立良好的對(duì)地連接。在射頻和微波電路中，低損耗和低電感接地對(duì)于獲得良好的增益、噪聲系數(shù)、插入損耗、VSWR、輸出功率、功率附加效率（PAE、power-addedefficiency）和帶寬性能非常重要。3.2微波元件Whatneedit-通孔的功能電磁屏蔽通孔：低成本射頻和微波系統(tǒng)要求在更小的封裝中實(shí)現(xiàn)更高的集成度和更多的電路功能。當(dāng)部件彼此靠近時(shí)，主結(jié)構(gòu)上的一部分功率耦合到其他結(jié)構(gòu)上。一般來說，我們并不希望耦合效應(yīng)存在，它可以被周期排布的金屬通孔陣列降低或消除。此外，在多層電路板結(jié)構(gòu)中，這種陣列結(jié)構(gòu)中還可進(jìn)一步采用金屬條帶將同排的金屬通孔連通來提高屏蔽性，形成類似柵欄的結(jié)構(gòu)。3.2微波元件Whatneedit-空氣橋、介質(zhì)跨接器的功能空氣橋和介質(zhì)跨接器結(jié)構(gòu)相同，不同的是空氣橋橋接位置下方為空氣，而介質(zhì)跨接器下方是一層低介電常數(shù)材料，主要目的是使兩個(gè)不相連的傳輸線相互交叉。它們常用于晶體管陣列、電極、螺旋電感和變壓器、MIM電容、Lange耦合器的設(shè)計(jì)，也可在基于共面波導(dǎo)（CPW）的微波單片集成電路中用來連接CPW兩側(cè)地平面。

集總電感元件的結(jié)構(gòu)主要有以下幾類：一小段導(dǎo)線、環(huán)形、彎曲或蛇形線、螺旋形等。導(dǎo)線段可以是連接線或鍵合線的形式，也可以是平面微帶線的形式。平面微帶直導(dǎo)線電感用于實(shí)現(xiàn)低電感值，通常小于2nH，如需獲得較大電感值或減小元件尺寸可使其來回彎折走線形成彎曲或蛇形線電感。環(huán)形電感元件的單位面積電感有限，螺旋電感元件可以采用矩形或圓形，圓形螺旋電感電性能更好，而矩形形狀更容易布局。3.2微波元件Howtorealizeit-電感元件的設(shè)計(jì)常用的微帶直導(dǎo)線、圓環(huán)形、圓形螺旋集總電感元件的等效電路模型如下圖所示。注意蛇形線電感的等效電路亦可用下圖(a)來表示，但其參數(shù)難以用統(tǒng)一的解析公式來表示，更適合用數(shù)值擬合的方法等效。3.2微波元件Howtorealizeit-電感元件的設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)電感元件的等效電路模型3.2微波元件Howtorealizeit-電感元件的設(shè)計(jì)微帶直導(dǎo)線電感導(dǎo)線段的等效電路導(dǎo)線的線寬、線厚、襯底厚度、導(dǎo)線長度和方阻分別用參數(shù)W、t、h、l和Rsh表示。其中：所有尺寸均以微米為單位。參數(shù)Kg代表了地板的影響。參數(shù)K是一個(gè)修正系數(shù)，它考慮了導(dǎo)體拐角處的電流不均勻現(xiàn)象。Kg、K的計(jì)算公式為：3.2微波元件Howtorealizeit-電感元件的設(shè)計(jì)平面圓環(huán)電感平面圓環(huán)電感的等效電路導(dǎo)線的線寬、線厚、襯底厚度、導(dǎo)線長度和方阻分別用參數(shù)W、t、h、l和Rsh表示。其中：a是圓環(huán)的平均半徑3.2微波元件Howtorealizeit-電感元件的設(shè)計(jì)平面圓形螺旋電感圓形螺旋電感結(jié)構(gòu)圖其中N是匝數(shù)，Di是電感的內(nèi)徑，Do是電感的外徑所有尺寸均以微米為單位。參數(shù)Kg的計(jì)算公式同前式，而參數(shù)K的計(jì)算公式則要進(jìn)行修改。參數(shù)S是螺旋電感的線間距，通過保持S<W和S<h，可以減少地板對(duì)電感值的影響。圓形螺旋電感等效電路

集總電容元件的典型結(jié)構(gòu)包括：微帶片、交指結(jié)構(gòu)和金屬-絕緣體-金屬（metal–insulator–metal，MIM）結(jié)構(gòu)，如下圖所示。由于基板較厚，一小段開路微帶片可以用作單位面積電容值較低的集總電容元件，交指結(jié)構(gòu)方便制作中等電容值。MIM電容元件是一種在兩個(gè)平面金屬電極之間夾著一層很薄介質(zhì)塊的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)很大的單位面積的電容值，但是制造工藝更復(fù)雜。3.2微波元件Howtorealizeit-電容元件的設(shè)計(jì)不同的電容元件形式3.2微波元件Howtorealizeit-電容元件的設(shè)計(jì)微帶片電容Cp是平行板電容，Ce是邊緣效應(yīng)引起的電容。對(duì)于75μm厚基板和125μm厚GaAs基板，平行板對(duì)背面金屬的電容可以分別表示為：其中A是上層板面積，單位為平方微米。另外，Ce的近似值對(duì)于上述兩種厚度的基板分別為微帶電容的物理模型非常簡(jiǎn)單，比如印刷在GaAs基底上的金屬板，它和接地板間存在并聯(lián)電容，其電容值C由下式給出：式中，P是電容的周長，單位為微米。3.2微波元件Howtorealizeit-電容元件的設(shè)計(jì)交指電容交指電容結(jié)構(gòu)如圖所示，通過薄層導(dǎo)體之間的狹窄間隙構(gòu)造電容。這些間隙很長且來回彎折從而減小面積，從而實(shí)現(xiàn)緊湊、單層、小電容量的電容元件，通常電容值在0.05~0.5pF左右。電容量可以通過增加“手指”的數(shù)量來增加。交指電容的總寬長比越大，得到的寄生對(duì)地電容越大，寄生串聯(lián)電感越低。交指電容可用作微波電路中，尤其是在較高的微波頻率下的集總電容元件。這種電容元件的品質(zhì)因數(shù)高于層疊電容，但尺寸要大得多。每單位面積的最大電容僅相當(dāng)于層疊電容的1%，因此不適合做成分立片式形式。交指電容交指電容等效電路3.2微波元件Howtorealizeit-電容元件的設(shè)計(jì)交指電容式中，A1和A2是指狀物每單位長度的電容，N是指狀條的數(shù)量，尺寸l用微米表示。設(shè)交指電容制作在厚度為h的帶地介質(zhì)基板上，指寬S和指間距W相等，l≤λ/4，則：式中，Rsh是電容元件中使用的導(dǎo)體的方阻（sheetresistivity），單位為歐姆/方。交指電容的近似表達(dá)式由式給出：交指電容的串聯(lián)電阻由式給出：3.2微波元件Howtorealizeit-電容元件的設(shè)計(jì)交指電容交指電容的品質(zhì)因數(shù)Q由下式給出：當(dāng)S/h?1，且假設(shè)磁力線不是環(huán)繞每個(gè)“指”，而是繞交指寬度W'方向的橫截面，就可以通過微帶線理論計(jì)算L和Cs：其中，Zc和

er是以W'和h作為微帶參數(shù)計(jì)算的，c=3×108m/s是自由空間中的光速。3.2微波元件Howtorealizeit-電容元件的設(shè)計(jì)MIM電容當(dāng)MIM電容的最大尺寸小于λ/10時(shí)，該電容元件可以用如下圖所示等效電路表示，其中B和T分別表示底板和頂板。MIM（metal–insulator–metal）電容由兩片金屬及其中間的低損耗介質(zhì)薄層構(gòu)成，底板是未加鍍層的金屬薄板，頂板通常通過空氣橋或介質(zhì)跨接器連接到其它電路。MIM電容等效電路3.2微波元件Howtorealizeit-電容元件的設(shè)計(jì)MIM電容其余模型參數(shù)值可根據(jù)以下關(guān)系計(jì)算得出其中，

rd和tan

分別表示介質(zhì)薄層的介電常數(shù)和損耗角正切；Rsh是底板的方阻，單位為歐姆/方；W是頂板寬度，l是頂板長度，d是頂板與地板間距，單位為微米，f的單位為GHz。L的值可由下式計(jì)算獲得，同微帶直導(dǎo)線的電感。其余模型參數(shù)值可根據(jù)以下關(guān)系計(jì)算得出：3.2微波元件Howtorealizeit-電容元件的設(shè)計(jì)MIM電容其中f單位為GHz，l和d的單位為微米?？偟钠焚|(zhì)因數(shù)QT為：導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗對(duì)應(yīng)的品質(zhì)因數(shù)分別為Qc和Qd，表達(dá)式為：3.2微波元件Howtorealizeit-電阻元件的設(shè)計(jì)式中，ρ表示材料的電阻率，單位為Ω?m，σ表示體積電導(dǎo)率，單位為S/m，l是電阻沿電流方向的長度W表示寬度，t表示厚度，A表示橫截面積，尺寸單位為米。也可以通過已知給定厚度為t的薄膜的方阻Rsh（歐姆/方）計(jì)算電阻：電阻元件通常采用長方形的平面導(dǎo)電薄膜結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，此類電阻元件的直流電阻R的值取決于材料特性及其尺寸，由下式給出：平面電阻結(jié)構(gòu)圖3.2微波元件Howtorealizeit-電阻元件的設(shè)計(jì)在微波頻段，前述平面結(jié)構(gòu)的電阻元件的等效電路模型如下左圖所示。假設(shè)電阻被分成兩個(gè)對(duì)稱的部分，R是總等效電阻，Cp是電阻元件端口之間的電容，并聯(lián)電容Cs1和串聯(lián)電感L是連接處的寄生參量。由于電阻元件上的電壓差通常很大，因此Cp通常是不可忽略的。當(dāng)電阻元件的一個(gè)端口接地時(shí)，其模型進(jìn)一步簡(jiǎn)化如右圖所示。電阻的等效電路模型(a)雙端口模型(b)一端接地的簡(jiǎn)化模型3.2微波元件Howtorealizeit-電阻元件的設(shè)計(jì)對(duì)于電阻元件一端接地的情形，Ct=Cp+Cs1+2Cs2，Lt=2L。輸入導(dǎo)納Yin寫為：諧振時(shí)（即Bin=0），輸入阻抗為實(shí)阻抗，且大于R，由下式給出諧振頻率ω0為：低于共振頻率時(shí)，Bin為負(fù)值，電阻元件的寄生電抗是電感型的，反之則是容性的。3.2微波元件Howtorealizeit-微波元件的制備集成式的射頻和微波集總元件的制備工藝包括印制電路板（PCB）、薄膜、低溫共燒陶瓷（LTCC）及單片微波集成電路（MMIC）工藝等。其中薄膜工藝、LTCC工藝也可用來制作分立片式集總元件。（1）PCB制備技術(shù)PCB制備技術(shù)通過照相制版，即把拍攝下來的圖片底版蝕刻在銅板上，然后印刷出所需的元件或電路圖案。PCB制備技術(shù)廣泛應(yīng)用于微波元件、無源電路和印刷天線的制作。設(shè)計(jì)時(shí)要先選擇基板，主要關(guān)注介電常數(shù)和損耗角正切及其隨溫度和頻率的變化、材料均勻性、各向同性性、加工尺寸穩(wěn)定性、工作溫度和濕度、老化特性以及基板厚度均勻性等。（2）薄膜制備技術(shù)薄膜是指厚度介于單原子到幾毫米間的薄金屬或有機(jī)物層。薄膜制備技術(shù)是將薄膜制備在陶瓷或玻璃基板上，從而實(shí)現(xiàn)電氣連接、元件搭載、表面改性的功能，制備過程需要在超凈間環(huán)境實(shí)現(xiàn)。3.2微波元件Howtorealizeit-微波元件的制備（3）LTCC制備技術(shù)LTCC是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成精確厚度的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需要的元件、電路圖形以及導(dǎo)電孔等，對(duì)多條生瓷帶重復(fù)上述過程并將它們依次疊壓，最后在1000°C以下進(jìn)行燒結(jié)，得到多層復(fù)合陶瓷基板封裝的元件或電路。低溫?zé)频膬?yōu)點(diǎn)在于可以使用高電導(dǎo)率金屬，如銀、銅和金。（4）MMIC制備技術(shù)單片微波集成電路（MMIC）是在半導(dǎo)體襯底上用一系列的半導(dǎo)體工藝方法制造出無源和有源元器件，并連接起來構(gòu)成應(yīng)用于微波甚至毫米波頻段的功能電路，MMIC技術(shù)消除了連接傳統(tǒng)混合MIC中分立元件之間鍵合線帶來的寄生效應(yīng)。MMIC上集總元件的制備主要是通過氣相沉積阻性材料制備電阻元件；通過反復(fù)光刻制作電容、電感元件。特別地，對(duì)于MIM電容，首先通過蒸鍍金屬形成電容元件下極板，然后通過沉積介電材料形成MIM電容的填充介質(zhì)，最后通過蒸鍍第二層金屬形成電容元件的上極板。3.2微波元件微波元件的創(chuàng)新探討由于電路寄生參數(shù)的影響，現(xiàn)有的集總電容、電感元件一般只能工作在微波中低頻段，很難應(yīng)用于微波高頻段、毫米波頻段甚至太赫茲頻段電路的設(shè)計(jì)；同時(shí)，由于集總元件自身結(jié)構(gòu)的限制，很難與波導(dǎo)、同軸等其他類型的傳輸線進(jìn)行集成設(shè)計(jì)。因此，如何設(shè)計(jì)適用頻率范圍廣、小尺寸、易集成的電容、電感元件是一個(gè)非常值得研究的問題。要求調(diào)研能工作在寬頻率范圍的新型集總元件的技術(shù)成果，就所調(diào)研的集總元件的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)、制造工藝等撰寫調(diào)研匯報(bào)。微波連接器的定義以較小的回波損耗和插入損耗連接微波線路與部件的連接體稱為微波連接器，它通過插頭與插座的機(jī)械嚙合和分離，實(shí)現(xiàn)傳輸系統(tǒng)的電氣連接和分離功能。微波連接器的分類

（1）有極性連接器：由完全匹配的一對(duì)插頭和插座組成。

（2）無極性連接器：沒有插頭和插座之分，其外導(dǎo)體靠螺紋配合，可以前后伸縮，既可定義為插頭，也可定義為插座；而內(nèi)導(dǎo)體則靠其頂端的平面接觸完成連接。（3）反極性連接器：其內(nèi)導(dǎo)體的極性與我們的常規(guī)思維剛好相反，即定義插頭的一端呈孔狀，而定義插座的另一端呈針狀。3.3微波連接器Whatisthis-微波連接器3.3微波連接器Whatisthis-微波連接器

從插頭和插座外導(dǎo)體的配合方式看，同軸連接器又可以分為螺紋式、卡口式和推入式。(a)螺紋式(b)卡口式(c)插入式同軸連接器的不同配合方式3.3微波連接器Whatisthis-N型連接器N型連接器是有極性連接器，起源于1942年，是最早被發(fā)明的射頻連接器。N型連接器的命名源自其發(fā)明者Bell實(shí)驗(yàn)室的PaulNeil的名字，也與Navy（海軍）一詞相關(guān)。早期的N型連接器的工作頻率最高到4GHz，到了20世紀(jì)60年代后改良為11GHz。目前精密型N型連接器（插頭）的工作頻率可達(dá)到18GHz。N型連接器結(jié)構(gòu)上比較牢固，常用于苛刻的工作環(huán)境或者需要多次反復(fù)插拔的測(cè)試領(lǐng)域。典型N型連接器的外形結(jié)構(gòu)如下圖所示。典型N型連接器的外形結(jié)構(gòu)3.3微波連接器Whatisthis-BNC型連接器BNC型連接器起源于20世紀(jì)50年代，也是為了軍事應(yīng)用而研制的，稱為卡口式的N型連接器，是一種介質(zhì)填充的有極性連接器。早期的BNC型連接器的最高工作頻率為2GHz，后來改進(jìn)到4GHz。也有使用頻率更高的BNC連接器。典型BNC型連接器的外形結(jié)構(gòu)3.3微波連接器Whatisthis-TNC型連接器

TNC型連接器是BNC的改良型，采用螺紋配合方式，其外形尺寸與BNC接近，是一種介質(zhì)填充的有極性連接器。性能與N型連接器基本相同，其標(biāo)準(zhǔn)型的最高工作頻率為11GHz，而精密型的最高工作頻率為18GHz。TNC型連接器的最大優(yōu)點(diǎn)就是有著良好的抗振性能，可靠性高，因此廣泛用于無線電設(shè)備和電子儀器中。典型TNC型連接器的外形結(jié)構(gòu)3.3微波連接器Whatisthis-SMA型連接器SMA型連接器起源于20世紀(jì)60年代，是一種廉價(jià)的商用射頻連接器，可能是當(dāng)前微波和射頻行業(yè)應(yīng)用最廣的連接器。SMA是“超小A型（SubminiatureA）”連接器的縮寫。SMA是有極性連接器，有標(biāo)準(zhǔn)極性和反極性兩種，其外導(dǎo)體的內(nèi)徑為4.2mm，填充以PTFE介質(zhì)。由于尺寸較小，所以SMA的工作頻率要比N型連接器更高，標(biāo)準(zhǔn)SMA型連接器的工作頻率為18GHz，而精密SMA型連接器的工作頻率可達(dá)到26.5GHz。SMA型連接器可與3.5mm和2.92mm（K）連接器配接，互相的都不會(huì)受到損傷。典型SMA型連接器的外形結(jié)構(gòu)3.3微波連接器Whatisthis-3.5mm型連接器

3.5mm連接器可看作是SMA連接器的升級(jí)款，上世紀(jì)70年代中期由美國Hewlett-Packard和Amphenol公司推出。它采用了空氣介質(zhì)，外導(dǎo)體內(nèi)徑為3.5mm，連接機(jī)構(gòu)為1/4-36UNS-2英制螺紋，其最高頻率可達(dá)34GHz，從配合結(jié)構(gòu)上可以與2.92mm連接器、SMA型連接器進(jìn)行無損傷連接。3.5mm連接器的外導(dǎo)體較SMA連接器厚，機(jī)械強(qiáng)度好于SMA連接器，所以不僅電氣性能優(yōu)于SMA連接器，而且機(jī)械耐久性、性能的可重復(fù)性均高于SMA連接器，較適合于測(cè)試行業(yè)使用。典型3.5mm連接器公頭（左）和母頭（右）的接口外形3.3微波連接器Whatisthis-2.92mm型連接器2.92mm連接器的結(jié)構(gòu)與3.5mm連接器相似，同樣采用空氣介質(zhì)，只不過更小一些。它是由Maury微波在1974年發(fā)明的，外導(dǎo)體內(nèi)徑為2.92mm，連接機(jī)構(gòu)為1/4-36UNS-2英制螺紋的射頻同軸連接器，其最高頻率可以達(dá)到40GHz，可以與3.5mm連接器和SMA型連接器進(jìn)行無損傷連接。典型2.92mm連接器公頭（左）和母頭（右）的接口外形3.3微波連接器Whatisthis-2.4mm和1.85mm（V型）連接器

這兩種連接器也采用了空氣介質(zhì)，從結(jié)構(gòu)上均可以互相配合，但是不能兼容SMA、3.5mm和2.92mm連接器。典型2.92mm連接器公頭（左）和母頭（右）的接口外形(a)公頭（b）母頭3.3微波連接器Whatisthis-2.4mm和1.85mm（V型）連接器2.4mm連接器是在1986年由HP、OminiSpeftra和Amphenal等公司研發(fā)的一款小型精密型毫米波連接器，是第一個(gè)具備生產(chǎn)級(jí)、儀器級(jí)和計(jì)量級(jí)三個(gè)等級(jí)的產(chǎn)品，因其外導(dǎo)體內(nèi)直徑為2.4mm而得其名。2.4mm連接器具有體積小、重量輕、耐用性及抗損壞性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其最高工作頻率為50GHz，且能夠在50GHz高頻段仍保持高性能，廣泛應(yīng)用于毫米波儀器和系統(tǒng)中。1.85mm連接器可看作2.4mm連接器的縮小版，是1980年代中期由HP公司開發(fā)的一種連接器。其外導(dǎo)體內(nèi)直徑為1.85mm，因此名為1.85mm連接器，又稱為V型連接器，具有頻率高，機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)等特點(diǎn)?，F(xiàn)階段它的最高頻率可達(dá)67GHz（實(shí)際工作頻率甚至可達(dá)70GHz），且在這樣的超高頻段下依舊能保持高性能。3.3微波連接器Whatisthis-SMP型連接器

超小型推入式（SMP）連接器是一種提供推入并咬合的對(duì)插結(jié)合方式的插入式有極性連接器，由Gilbert公司在1980年代后期開發(fā)。普通SMP型連接器的尺寸與MMCX型連接器相當(dāng)，工作頻率可達(dá)到40GHz，而迷你SMP型（mini-SMP）連接器的工作頻率更是高達(dá)65GHz。SMP型連接器具有結(jié)構(gòu)小巧、連接快速、抗震性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于要求高密度盲插合的場(chǎng)合。典型SMP連接器公頭（左）和母頭（右）的接口外形3.3微波連接器Whatneedit-微波連接器的功能

微波連接器作為微波毫米波傳輸中一種通用連接元件，其作用就是將功能不同的各種微波部件按照一定的要求連接起來，組成完整的微波系統(tǒng)以有效的傳輸微波電磁能量，主要用于雷達(dá)、通信、航空航天設(shè)備及高端測(cè)量設(shè)備等。針對(duì)不同的微波部件，需要不同結(jié)構(gòu)的連接器來滿足部件間的連接要求。

設(shè)計(jì)不同微波連接器的共同要求是：連接點(diǎn)的電接觸可靠；輸入駐波比盡可能小，以減少電磁信號(hào)反射；工作頻帶要寬；結(jié)構(gòu)牢靠，裝拆方便；重復(fù)性好，多次插拔之后性能不變等。其中涉及的主要性能指標(biāo)敘述如下。3.3微波連接器Howaboutit-微波連接器的性能特性阻抗：與其他微波器件一樣，特性阻抗是微波連接器一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，它直接影響駐波比，工作頻率和插入損耗。特性阻抗由同軸外導(dǎo)體的內(nèi)徑，內(nèi)導(dǎo)體的外徑及內(nèi)外導(dǎo)體間的介質(zhì)的介電常數(shù)決定。常見的連接器特性阻抗有50Ω和75Ω。工作頻率范圍：微波同軸連接器的下限截止頻率是零，其上限工作頻率一般定為第一高次模截止頻率的95%。工作頻率范圍取決于連接器的結(jié)構(gòu)尺寸。一般來說，外導(dǎo)體的尺寸越小，連接器的工作頻率越高；填充介質(zhì)的介電常數(shù)越低，工作頻率越高?，F(xiàn)有微波同軸連接器的最高工作頻率可以達(dá)到110GHz。3.3微波連接器Howaboutit-微波連接器的性能駐波比（VSWR）：定義為連接器與相同特性阻抗的同軸電纜連接后，電纜上傳播電壓振幅的最大和最小值之比。駐波比是連接器最重要的指標(biāo)之一，通常用駐波比來衡量一個(gè)連接器的優(yōu)劣。插損：指當(dāng)連接器接入某個(gè)電路時(shí)，使該電路產(chǎn)生的能量損耗，往往以dB為單位。插損主要有來源于以下幾個(gè)因素：連接器失配引起的能量反射；連接器導(dǎo)電損耗和介電損耗的引起的電能-熱能轉(zhuǎn)化；連接器表面開縫造成的電磁泄漏。3.3微波連接器Howaboutit-微波連接器的性能接觸電阻：微波連接器的接觸電阻是指其接觸點(diǎn)的電阻，包括了內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體的接觸電阻。顯然這個(gè)值越小越好，通常為mΩ級(jí)，外導(dǎo)體的接觸電阻要小于內(nèi)導(dǎo)體。絕緣電阻：絕緣電阻指絕緣材料的電阻，它取決于接頭內(nèi)的填充介質(zhì)，如聚四氟乙烯。絕緣電阻的典型值大于5GΩ（N型）。這項(xiàng)指標(biāo)不好時(shí)會(huì)產(chǎn)生漏電流。功率電容：連接器所能承受的最大微波功率，和連接器的耐壓值有關(guān)。影響同軸連接器功率容量的因素很多，且部分因素會(huì)相互影響，主要包括：接頭尺寸（含針孔尺寸）、工作頻率、主體導(dǎo)電材料、絕緣介質(zhì)材料、接觸可靠性、接觸電阻、駐波比、環(huán)境溫度、海拔高度等。3.3微波連接器Howaboutit-微波連接器的性能無源互調(diào)（PIM）：是指當(dāng)兩個(gè)甚至多個(gè)不同頻率信號(hào)存在于連接器中，由于非線性因素導(dǎo)致兩個(gè)或者多個(gè)信號(hào)混頻后所產(chǎn)生的寄生信號(hào)強(qiáng)度。連接器的耐久性：當(dāng)微波連接器與其配接的標(biāo)準(zhǔn)連接器完成一次完全嚙合和完全分離的循環(huán)時(shí)，稱為一次插拔。在MIL-C-39012標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)微波連接器的耐久性（插拔壽命）做了規(guī)定。如N型連接器在每分鐘插拔12次的前提下，插拔壽命應(yīng)不小于500次，插拔500次后，微波連接器應(yīng)無明顯的機(jī)械損傷，各項(xiàng)配合功能保持不變。微波連接器的插拔壽命意味著在完成規(guī)定次數(shù)的插拔后，其駐波比和插損等關(guān)鍵指標(biāo)仍然保持在產(chǎn)品手冊(cè)規(guī)定的范圍內(nèi)。3.3微波連接器Howtorealizeit-微波連接器的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)微波同軸連接器時(shí)首先要考慮的主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括特性阻抗和第一高次模──TE11模的截止頻率。計(jì)算特性阻抗公式為：(3-3-1)計(jì)算TE11模的截止頻率公式為：(3-3-2)

上述兩式中，a為內(nèi)導(dǎo)體外直徑，b為外導(dǎo)體內(nèi)直徑，εr為填充介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)，μr為介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率，c為光速。由式(3-3-2)可見，要使同軸連接器工作于TEM模式，連接器的最短工作波長（按自由空間計(jì)）λmin應(yīng)滿足以下條件：

(3-3-3)3.3微波連接器Howtorealizeit-微波連接器的設(shè)計(jì)

微波連接器設(shè)計(jì)的另一考慮因素是無源互調(diào)（PIM）。要保證微波連接器的低無源互調(diào)性能，在設(shè)計(jì)中可采用焊接的內(nèi)導(dǎo)體和一體化的外導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，這樣可以避免由于風(fēng)、振動(dòng)和熱脹冷縮效應(yīng)所產(chǎn)生的接觸不良。連接器的表面涂敷也很重要，內(nèi)導(dǎo)體可以采用鍍金或鍍銀工藝，外導(dǎo)體可以鍍銀或三元合金來保證無源互調(diào)指標(biāo)。在所有射頻連接器中，N型和DIN7-16型具有最好的無源互調(diào)特性，其指標(biāo)可以達(dá)到?165dBc～?168dBc@2×43dBm。

為了保證連接器信號(hào)傳輸?shù)母咝阅埽话阄⒉ㄍS連接器的設(shè)計(jì)還要遵循以下原則：盡可能保證連接器裝配體沿軸線各截面特性阻抗的一致性對(duì)結(jié)構(gòu)突變導(dǎo)致的特性阻抗不連續(xù)進(jìn)行合理補(bǔ)償減小公差疊加對(duì)產(chǎn)品傳輸性能的影響3.3微波連接器Howtorealizeit-微波連接器的制備

微波同軸連接器各組成部件的制備工藝簡(jiǎn)要匯總在下表。同軸連接器內(nèi)導(dǎo)體固定至外導(dǎo)體內(nèi)的方式有倒刺、直紋、網(wǎng)紋、臺(tái)階、灌膠（與絕緣介質(zhì)的填充相配合）等，絕緣介質(zhì)在外導(dǎo)體內(nèi)的固定方式有臺(tái)階、收口、點(diǎn)鉚、卡環(huán)、灌膠等。零件名稱原材料加工方式/設(shè)備表面處理材料/方式熱處理方式/設(shè)備外導(dǎo)體/外殼類黃銅棒/不銹鋼/型材車，鉆，鏜，銑，攻螺紋，特殊工藝./設(shè)備：凸輪自動(dòng)機(jī)床；CNC自動(dòng)機(jī)床.鍍金，銀，鎳，錫，三元合金./滾鍍，掛鍍，鈍化（不銹鋼）.鈹銅─真空充氮熱處理，黃銅青銅（必要時(shí)）─退火熱處理./熱處理爐中心導(dǎo)體鈹銅線材/黃銅線材車，鉆，鏜，銑，攻螺紋，折彎，特殊工藝./設(shè)備：凸輪自動(dòng)機(jī)床：CNC自動(dòng)機(jī)床.鍍金，銀./滾鍍，掛鍍.鈹銅─真空充氮熱處理，黃銅青銅（必要時(shí)）─退火熱處理./熱處理爐.墊圈冷軋鋼帶冷沖成型./設(shè)備：沖床，工具：模具.鍍金，銀，鎳，三元合金./滾鍍，連續(xù)鍍.

接觸頭/中心導(dǎo)體/彈簧墊圈鈹銅帶/青銅帶冷沖成型./設(shè)備：沖床，工具：模具.鍍金，銀，鎳，三元合金./滾鍍，掛鍍，連續(xù)鍍.鈹銅─真空