射频与微波原理及应用介绍
射频与微波技术原理及应用培训教材
华东师范大学微波研究所
一、Maxwell(麦克斯韦)方程
Maxwell 方程是经典电磁理论的基本方程，是解决所有电磁问题的基础，它用数学形式概括了宏观电磁场的基本性质。其微分形式为
0B E t D
H J t
D B ρ???=-
????=+??=?=
(1.1)
对于各向同性介质，有
D E B H J E εμσ===
(1.2)
其中D 为电位移矢量、B
为磁感应强度、J 为电流密度矢量。
电磁场的问题就是通过边界条件求解Maxwell 方程，得到空间任何位置的电场、磁场分布。对于规则边界条件，Maxwell 方程有严格的解析解。但对于任意形状的边界条件，Maxwell 方程只有近似解，此时应采用数值分析方法求解，如矩量法、有限元法、时域有限差分法等等。目前对应这些数值方法，有很多商业的电磁场仿真软件，如Ansoft 公司的Ensemble 和HFSS 、Agilent 公司的Momentum 和ADS 、CST 公司的Microwave Studio 以及Remcom 公司的XFDTD 等。
由矢量亥姆霍兹方程联立Maxwell 方程就得到矢量波动方程。当0,0J ρ==
时，有 2
22
20
E k E H k H ?+=?+= (1.3) 其中k 为传播波数，22k ωμε=。
二、传输线理论
传输线理论又称一维分布参数电路理论，是射频、微波电路设计和计算的理论基
础。传输线理论在电路理论与场的理论之间起着桥梁作用，在微波网络分析中也相当重要。
1、微波等效电路法
低频时是利用路的概念和方法，各点有确切的电压、电流概念，以及明确的电阻、电感、电容等，这是集总参数电路。在集总参数电路中，基本电路参数为L、C、R。由于频率低，波长长，电路尺寸与波长相比很小，电磁场随时间变化而不随长度变化，而且电感、电阻、线间电容和电导的作用都可忽略，因此整个电路的电能仅集中于电容中，磁能集中于电感线圈中，损耗集中于电阻中。
射频和微波频段是利用场的概念和方法，主要考虑场的空间分布，测量参数由电压U、电流I转化为频率f、功率P、驻波系数等，这是分布参数电路。在分布参数电路中，电磁场不仅随时间变化也随空间变化，相位有明显的滞后效应，线上每点电位都不同，处处有储能和损耗。
由于匀直无限长的传输系统在现实中是不存在的，因此工程上常用微波等效电路法。微波等效电路法的特点是：一定条件下“化场为路”。具体内容包括：
(1)、将均匀导波系统等效为具有分布参数的均匀传输线；
(2)、将不均匀性等效为集总参数微波网络；
(3)、确定均匀导波系统与不均匀区的参考面。
2、传输线方程及其解
传输线方程是传输线理论的基本方程，是描述传输线上的电压、电流的变化规律及其相互关系的微分方程。电路理论和传输线之间的关键不同处在于电尺寸。集总参数电路和分布参数电路的分界线可认为是l/λ≥0.05。
以传输TEM模的均匀传输线作为模型，如图1所示。在线上任取线元dz来分析(dz<<λ)，其等效电路如图2所示。终端负载处为坐标起点，向波源方向为正方向。
图1. 均匀传输线模型图2、线元及其等效电路根据等效电路，有
11()()()()dU z Z I z dz dI z YU z dz
=={
(2.1)
其中Z 1=R 1+j ωL 1, Y 1=G 1+j ωC 1 其通解为
z 1z
2U B I B z z e e e e γγγγ--++12(z)=A (z)=A { (2.2)
结论：1.电压、电流具有波的形式;
2.电压、电流由从信号源向负载传播的入射波和从负载向信号源传播的反射
波叠加而成，即(),()U z U U I z I I +-+-=+=+。
3、传输线的特性参数
主要包括特性阻抗Z c 、传播常数γ、相速度V p 、波导波长λg 。 （1）特性阻抗Z c （Characteristic impedance ）
定义：特性阻抗Z c 是传输线上任意处的入射波电压与入射波电流之比，即
C U Z I
+
+
= （2.3）
C Z =
= （2.4） 若传输线无损耗，R 1=G 1=0, 则
C Z =
（2.5）
举例，① 平行双线
2120l n =
=C D
Z d
（2.6） 典型数值：250Ω、400Ω、600Ω
② 同轴线
C b
Z a
=
= (2.7) 典型数值：50Ω、75Ω、100Ω
（2）传播常数γ(Propagation constant)
j g a b =+ （2.8）
其中α为衰减常数，β为相位常数。 （3）相速度V p
定义：等相位面向前移动的速度。
它可以大于光速（如金属波导中），可以小于光速(如介质波导中)，也可以等于光速(如同轴线中)。它与信号传播速度是两个概念，但在同轴线中相速度V p 和信号传播速度大小相等。 （4）波导波长λ
g (Waveguide wavelength)
传输线中相邻同相位面之间的距离，称为波导波长，即
g p V T l = (2.9) 在同轴线中，波导波长λg 等于自由空间的工作波长。
4、传输线的工作参数
主要包括输入阻抗、反射系数（回波损耗、插入损耗等）、驻波系数(VSWR)、驻波相位等；
（1）输入阻抗Z in （Input impedance ）
定义：从某处向终端负载看进去的阻抗，又称分布参数阻抗。 特点：不能直接测量
()
()()()1()
()()1()
L
c in c c L in c c
Z Z th z U z Z z Z I z Z Z th z
U z U U U U z Z z Z Z I z I I U U z δδ+
-
+
-
+-+-+=
=++++Γ=
===+--Γ或 (2.10)
对于无耗线R 1=G 1=0，有
()L c in c
c L Z jZ tg z
Z z Z Z jZ tg z
ββ+=+ （2.11）
结论
①.输入阻抗Z in 随z 而变，且与负载有关，阻抗不能直接测量。 ②.传输线段具有阻抗变换作用。
③.无耗线的阻抗呈周期性变化，具有λ/4变换性和λ/2重复性。若z=n λ/2，则
Z in =Z L ；若z=λ/4+ n λ/2，则2/in c L Z Z Z =。阻抗的λ/4变换性可用于两段不同特性阻抗传输线之间的阻抗匹配中，即λ/4阻抗变换器。单节λ/4阻抗变换器是窄带匹配器，两节或多节λ/4阻抗变换器是宽带匹配器。
(2) 反射系数Г (Reflection coefficient)
定义：传输线上某点处的反射波电压(或电流)与该点的入射波电压（或电流）之比。
2()()()()L z
L j L C
L L L C
in C in C
U I z e U I Z Z e Z Z Z z Z z Z z Z γ?--
-++Γ==-=Γ-Γ==Γ+-Γ=
+ （2.12）
()1z Γ≤ （2.13）
某一点的输入阻抗和反射系数是一一对应的。
在传输线理论中，讨论任意一个参量都是对某一个参考面而言的。在无耗均匀传输线中，反射系数的模处处相等，也就是说，反射系数的模在均匀传输线上是不变的。 回波损耗(return loss)：回波损耗又称反射损耗，用L r 表示，即
10lg ()
20lg ()
r P L dB P dB +
-= =-Γ （2.14）
引入回波损耗概念以后，反射系数的大小就可用dB 形式来表示。应当注意的是，由式(1.14)可见，回波损耗Lr （dB ）为正值。但在实际测量中，得到的结果常常用负值表示，这点要注意，例如回波损耗为－20dB 。
匹配负载（Г＝0）的回波损耗为∞dB ，表示无反射波功率，负载吸收100％的入射功率；全反射负载（1G =）的回波损耗为0dB ，表示全部入射功率被反射掉，负载吸收的入射功率为零。 （3）传输系数T
定义：通过传输线上某处的传输电压或电流与该处的入射电压或电流之比，即
t
V T V
+= （2.15）
传输系数T 与反射系数Г的关系： T=1+Г
插入损耗(insertion loss)L I 常通过射频电路中两点之间的传输系数来表征，即
20l g I L T =- （dB ） (2.16) （4）驻波系数ρ
又称电压驻波比VSWR （voltage standing wave ratio ）。 定义：传输线上电压最大值与电压最小值之比，即
max min
1()
11()
U U U z VSWR U z U U +-+-
++Γ=
=
=
≥-Γ- （2.17）
当0G =时，VSWR ＝1；当1G =时，VSWR=∞,驻波系数与反射系数一样，可用来描述传输线的工作状态。
当传输线的特性阻抗Z c 一定时，传输线终端的负载阻抗与驻波系数一一对应，即 min
min
1tg tg L c
jVSWR l Z Z VSWR j l b b -=- （2.18）
其中l min 为距离负载出现第一个电压最小值的位置。
5、无耗传输线的三类工作状态
传输线终端接不同负载阻抗时，有三种不同的工作状态，即行波状态、驻波状态和行驻波状态。这些不同工作状态的特性对射频、微波电路的分析和设计极为有用。 （1）行波状态
当终端负载等于传输线的特性阻抗时，即Z L =Z C , 传输线为行波状态，如图3所示。
图3.无耗传输线的行波特性
此时ГL =0，VSWR=1。
特点：
① 电压、电流的振幅沿线不变；
② 沿线各点的Zin(z)均等于传输线的特性阻抗Z C ； ③ 只有入射波,没有反射波,入射功率全被负载吸收；
④ 沿线电压和电流的相位随z 增加连续滞后,电压和电流的相位相等。
行波状态是射频、微波系统的理想工作状态，实际上很难实现。 （2）驻波状态
当终端短路、开路或纯电抗负载时，传输线上为驻波状态。 ① 终端短路
0L Z =，此时10,1,1L L L L
Z ρ+Γ=Γ=-=
=∞-Γ，如图4所示。终端为电压最小值，电
流最大值，且最小值为零，驻波分布的周期为λ/2。其输入阻抗：
()tan in c Z z jZ z β= （2.19）
图4 终端短路时的驻波状态
② 终端开路
L Z =∞，此时1,L ρΓ= =∞，如图5所示。终端为电压最大值，电流最小值，
且最小值为零，驻波分布的周期为λ/2。其输入阻抗：
()in c Z z jZ ctg z β=- （2.20）
图5 终端开路时的驻波状态
注: 理想的终端开路是在终端短路上接一λ/4传输线转换来实现。 （3）行驻波状态
终端负载是一般负载时（R L ≠0），传输线上既有行波又有驻波的状态。分四种情况，即L L c Z R Z =>、L L c Z R Z =<、L L L Z R jX =+和L L L Z R jX =-。
222
2222
2()()L
j L C L c L L c L L L C L c L L c L L Z Z R Z X j X Z e Z Z R Z X R Z X ?±--+Γ==±=Γ+++++Γ<1
（2.21）
当终端接一般负载时，传输线上电压、电流的最大点的振幅等于入射波振幅的(1L +G )倍，最小点的振幅不为零，而是(1L -G )倍。驻波分布的周期仍为λ/2。
驻波系数：
max min
11L L
U U
ρ+Γ=
=
-Γ (2.22)
特殊情况 0,11,ρρΓ== Γ==∞ 终端负载匹配行波状态全反射
驻波状态
阻抗特性：
电压最大值点的输入阻抗： Z max =ρZ c (2.23)电压最小值点的输入阻抗： Z min =Z c /ρ (2.24)
因此 Z max *Z min =Z c 2 (2.25)
结论：相邻的Z max 与Z min 之间的距离为λ/4，说明阻抗具有λ/4变换性和λ/2重复性。
例1、特性阻抗为50Ω的同轴线，终端接负载阻抗100Ω，试画出沿线电压、电流的振
幅分布图。
解： ∵ 10050110050
3
L C L L C
Z Z Z Z --Γ===++
∴ 1412
11113333
L L +Γ=+
= -Γ=-=
三、微波网络基础
1、微波不均匀性
不均匀性主要由各种微波元件造成。微波元件的等效模型如图6所示。等效的微波网络类似于飞机的“黑匣子”，即不考虑不均匀区场的复杂分布，而只考虑进入网络和从网络出来的波的特性。把每个端口中入射波和出射波的关系确定下来，则不均匀区的特性可唯一确定。
图6 微波元件不均匀性的等效模型
用微波等效电路法分析不均匀性，实际上是分析不均匀性对传输系统的影响。
注意事项：
（1）用微波网络代替微波元件的不均匀性，只是反映各参考面外的入射波与出射波的关系，即外特性，不能直接反映不均匀区内的场分布情况；
（2）微波元件的外特性有其内部的场分布决定，因此从理论上求解等效网络参量还须借助于场解，但是也可以通过实验方法测量获得。
2、常用微波网络参量
主要包括阻抗(导纳)参量、散射参量、传输参量等，用矩阵表征。由于电压、电流在微波频段已失去明确的物理意义，而且难以直接测量，因此阻抗（导纳）参数也难以测量，其测量所需参考面的开路和短路条件在微波频率下难以实现。为了研究射频、微波电路和系统的特性，设计射频、微波电路的结构，就需要一种在微波频率下能用实验测量方法确定的网络矩阵参数。这样的参数就是散射参数，简称S参数。
下面重点介绍散射矩阵（S矩阵），以二端口网络为例来说明，如图7所示。其中第一个端口T1参考面的入射波为a1，出射波为b1，第二个端口T2参考面的入射波为a2，出射波为b2。注意a1、b1、a2、b2都是归一化的量。
图7. 二端口网络的S 矩阵
定义：
11111222211222
{
b S a S a b S a S a =+=+ （3.1）
简化 [][][]b a S = （3.2）
其中 1112
2122
[][]S S
S S S = 称为散射矩阵或S 矩阵。 两端口网络S 矩阵元素的物理含义：
211111a 0
S b a ==
=Γ 表示端口2匹配时，端口1的反射系数；
122222
a 0
S b a ==
=Γ 表示端口1匹配时，端口2的反射系数；
11212
a 0
S b a ==
表示端口1匹配时，端口2到端口1的传输系数；
22121
a 0
S b a ==
表示端口2匹配时，端口1到端口2的传输系数；
因此散射参数代表反射系数和传输系数。 对于无耗二端口网络，有
1
||||1
||||21*2211*1222*
2112*11222212212211=+=+=+=+S S S S S S S S S S S S 相位关系振幅关系 （3.3）
散射参数的最大优点：在射频和微波频段容易用实验直接测量。
另外还有一个A 矩阵（传输参数中的一种），用电压、电流来表征，特别适用于理论上分析二端口网络的级联。它具有一个重要特性，即级联二端口网络总的A 矩阵等于各单个二端口网络A 矩阵的乘积，即
111211
12
121222122()()()()N
i
i i i i
A A A A A A A A =轾轾犏犏
=犏犏臌臌?总12[][][]N A A A =L (3.4)
如图8所示。
图8 N 个二端口网络A 矩阵的级联
求解矩阵的乘积很容易通过计算机编程来实现。虽然S 参数有明确的物理意义，但它不便于分析级联网络。因此，对于级联网络来说，需采用A 矩阵求级联网络的A 矩阵，然后转换成S 矩阵的方法，以研究级联网络的特性。S 矩阵与A 矩阵之间的转换关系如下： []11122122112212211112212211122122/2()1/2/c c c c c c A A Z A Z A A A A A S A A Z A Z A A A Z A Z A 骣+---÷?÷=
?÷?÷?+++-+-+桫
（3.5） 3、参考面移动对网络参量的影响
不同参考面对应于不同的网络参量。如S 参数，参考面移动时S 参数的幅值不变，只是相位发生变化。又如A 矩阵，参考面移动出现A 矩阵的级联，如图9所示。
图9 参考面移动对A 矩阵的影响
则总的A 矩阵为 [A]= [A 1] [A 2] [A 3]
四、同轴线分析
同轴线是由两根同轴的圆柱导体构成的导波系统，两导体之间填充空气(硬同轴线)
或相对介电常数为ε
r 的高频介质（软同轴线，即同轴电缆）。
1、场结构分布
同轴线的主模为TEM 模（横电磁波，即0,0z z E H ==），当频率增大时(尺寸一定)会产生高次模，高次模为TE 模(横电波，即0,0z z E H =≠)和TM 模(横磁波，即
0,0z z H E =≠)。
TEM 波的特性：(1) ,0c c f l =,说明同轴线可以传播任意低频率的电磁波； (2)
波阻抗约为TEM Z ?Ω)；(3)
相速度p V =，即TEM 波的相速度与频率无
关，因此TEM 波称为无色散波；(4)
波导波长g l =
。 同轴线传输TEM 模时的场结构分布图如图10所示。
(a) (b)
图10. 同轴线TEM 模的场结构分布图
(a) 横截面 (b) 纵剖面
场分布特点：
(1)、越靠近内导体,场强越强；
(2)、TEM 模的电场是呈辐射状分布的，磁场是围绕内导体的同心圆簇，电磁场沿
Z 方向是余弦分布的；
(3)、内导体的电流密度比外导体要大很多，因此同轴线的损耗主要在内导体。 在一定的尺寸条件下，当出现不连续性或频率升高时，同轴线中还会出现TE 和TM 等高次模。同轴线的第一高次模是TE 11模，截止波长为11TE ()c a b l p ?。高次模在同轴
线中是要被抑制的。这在同轴线的截面尺寸设计中会用到。
2、导体表面电流分布
由于电磁场的感应，内导体外表面和外导体内表面存在高频电荷和电流，而且传导电流Js 和位移电流Jd 连续形成全电流闭合环路，如图11所示。同轴线内外导体电流大小相等，方向相反。
图11 导体表面电流分布
外导体开槽原则：顺着电流线开槽，不要切断电流线，可以测传输功率；横向开槽，切断电流，可以作天线，能量辐射。
3、同轴线的特性阻抗
2TEM c n n Z b b
Z L a a π=
= （4.1）
可见Zc 与εr 、b/a （即结构尺寸）有关。其中Z TEM 为填充均匀介质时自由空间的波阻抗，空气中约为120π(Ω)。
4、同轴线的传输功率
2
0(/)
TEM n Y U P L b a π=
（4.2）
当最大场强达到击穿程度时即为击穿功率P br （或功率容量）
:
br P =
（4.3）
其中 0
max ||(/)
br n U E E aL b a ==
（4.4）
称为击穿场强，可见同轴线内导体附近的电场最强。空气中的击穿场强E br ≈30 kV/cm 。
实际应用中，同轴线的功率容量还包括因内导体欧姆损耗所带来的热量。解决方法之一是将内导体作为空心管，让流体通过以带走产生的欧姆热。因此，考虑到驻波的影响及安全系数，通常取式（4.3）值的四分之一作为实用功率容量。
5、同轴线的衰减
包括导体衰减和介质衰减。
导体衰减 n 8.686()
(/)2l (/)m TEM c R Y a b
dB m b a ab
α+=?
（4.5） 介质衰减 8.686(/)d t g d B m π
αδλ
=? （4.6）
其中1TEM TEM
Y Z =
为波导纳。
有耗线与无耗线的主要区别在于传输线上的入射波和反射波的振幅要按指数规律衰减，衰减的大小取决于衰减常数c d ααα=+。损耗的主要影响：(1) 使导波的振幅衰减；(2) 引起色散效应。
五、同轴连接元件及电缆组件
目前常用的射频同轴连接器的品种很多，从连接类型来分主要有以下三种：
1、螺纹连接型：如：APC-7、N 、TNC 、SMA 、SMC 、L27、L16、L1
2、L8、L6等射频同轴连接器。这种连接形式的连接器具有可靠性高、屏蔽效果好等特点，所以应用也最为广泛。
2、卡口连接型：如：BNC 、C 、Q9、Q6等射频同轴连接器。这种连接器具有连接方便、快捷等特点，也是应用最早的射频连接器连接形式。
3、推入连接型：如：SMB 、SSMB 、MCX 等，这种连接形式的连接器具有结构简单、紧凑、体积小、易于小型化等特点。
电缆组件通常是由电缆连接器与高频电缆两部分组成。目前常见的电缆组件有下面三种结构，即：
1、螺母压紧型:电缆连接器尾部与电缆屏蔽层采用螺母压紧方式进行连接；
2、焊接型：电缆连接器尾端与电缆屏蔽层采用焊接方式进行连接；
3、压接型：电缆连接器尾端与电缆屏蔽层采用专用压接工具在强大的压力作用下使
金属套筒产生较大的塑性变形和塑性流动与连接器外导体进行连接。
六、同轴及连接元件的等效电路模型及设计
1、 同轴线等效电路模型
实际的同轴线等效电路是Г型或T 型网络，如图12所示。
图12 同轴线的等效电路模型
根据分布参数电路理论，R 1、L 1、C 1和G 1分别为传输线单位长度的分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导。同轴线的分布参数如下： 1ln (H/m)2b
L a
m p = （6.1） 12'
(F/m)ln()C b a
pe =
（6.2） 111
() (/m)2s R R a b
p =+W （6.3）
12''
(S/m)ln(/)
G b a pwe = (6.4)
2、 同轴线的截面尺寸设计
主要是同轴线的内导体外半径a 、外导体内半径b ，如图13所示。
图13 同轴线的结构示意图
设计时应遵循的三原则：
（1） 保证同轴线单模工作，而且频带尽可能宽； （2） 功率容量尽可能大； （3） 损耗或衰减尽量小。
根据原则（1），抑制掉第一高次模TE 11模，就能保证传输主模TEM 模，再考虑到5％的保险系数，因此有
m i n
1.05()a b l p ? （6.5）
根据原则（2），有
1.649b
a
= （6.6） 根据原则（3）,有
3.591b
a
= （6.7） 综合（2）和（3）,有
2.303b
a
= (6.8) 此时空气同轴线特性阻抗Zc=50Ω。
例1 有如下图所示的硬同轴线，内外导体用铜(σ=5.8×107/Ωm)制成，支撑内导体的垫圈用聚四氟乙烯(εr =2.1)做成。同轴线的特性阻抗Zc=50Ω，外导体内半径b=1.75cm ，工作频率f =2GHz ，传输TEM 波。试求：（1）内导体外半径a 、a’；（2）击穿功率P br ；（3）导体损耗引起的衰减常数αc 。
解：
(1) 根据式(3.1)
c n
b Z a
=
。 对于空气填充区域，50＝60ln(b/a)，得b/a=2.3，所以a=0.76 (cm)。 对于介质垫圈区域
，50'
b
a =
，得b/a ’=3.35，a ’=0.52 (cm) (2) 根据式(3.3)
br P =
，由于空气击穿场强E br ≈30000V/cm ，因此
击穿功率为
2
2(/)
3641.5(kW)120
br br n a E L b a P =≈
(3) 由式(3.5) n 8.686()
(/)2l (/)m TEM c R Y a b
dB m b a ab
α+=?
，因为m R =μ＝μ
＝4π×10－7(F/m )，R m =0.012(Ω)，因此
n 8.686()
2l (/)(/)
m TEM c R Y a b
b a ab dB m α+=?
≈0.011
例2、空气填充同轴线，单模传输的最高工作频率为3GHz ，同轴线特性阻抗Zc=75Ω，求内导体外径d 和外导体内径D 。
解：由Zc=60lnb/a=75，得
75/603.49b
e a
== ∴ b=3.49a 取min
1.05()a b l
p =+，得
8
9max
8
9
3100.95310(Hz)
()
3104.490.95
310f a b a ππ?==? +?=??
∴ a=0.0067 (m) =0.67 (cm)
b=3.49a=0.0235(m)=2.35(cm)
所以 d=2a=1.34 (cm) D=2b=4.7 (cm) 3、 同轴连接元件的设计
同轴连接元件的主要要求是接触损耗小、阻抗匹配、频带宽、功率容量大、不存在杂模。设计的一般原则是抑制杂模(高次模)的产生和阻抗匹配。由于同轴连接元件是一种过渡装置，容易产生杂模(高次模)，引起反射，所以当连接器两端的等效阻抗相同或接近时，主要问题是尽量减少杂模(高次模)的激励，并选择适当的形状使连接器的一端缓慢地过渡到另一端，其尺寸则应逐渐过渡（渐变过渡或阶梯过渡），根据同轴线特性
阻抗公式c n
b
Z L a
=
，可以通过改变内外导体的直径2a 、2b 或填充的介质εr ，实现相同阻抗同轴连接器的过渡；若连接器两端部分同轴线的等效阻抗不相同，则需加调配元件或选择连接器的形状和尺寸，使各处产生的反射波在一定频带内相互抵消，或采取阻抗匹配方法使其阻抗匹配。
同轴900弯接头应用很广。容易理解，弯曲部分的特性阻抗将随弯曲度加大而变小，一般比直同轴线部分特性阻抗降低约15％。用缩小内导体直径或加大外导体直径的方法可以补偿这种变化。若按照衰减最小条件设计同轴线尺寸，直同轴线内外径之比为1：3.6，而弯曲部分的内外径之比则应为约1：4。补偿特性阻抗的变化，减小弯曲部分对驻波系数的影响的方法包括：（1）全介质填充；（2）内导体切角；（3）减小内导体尺寸；（4）内外导体直径不变，内导体直接弯成900，外导体由两个尺寸相同的圆管端头加工成450后焊接成直角。
七、同轴连接元件及电缆组件的测试
同轴连接元件及电缆组件性能如何、是否符合设计要求，需通过测试才能确定。一
般测试的参数主要是S 参数，即S 11和S 21。我们知道，S 11代表反射系数(回波损耗)，S 21代表传输系数(插入损耗)。 1、反射系数(回波损耗)的测量
一般通过反射计(双定向耦合器)测量入射波信号和反射波信号来得到反射系数，即
211111
a 0
S b a ==
=Γ。这里介绍用矢量网络分析仪测试的方法，结构装置如图14所示。
图14 矢量网络分析仪测量反射系数
用标准同轴匹配负载对矢量网络分析仪校准(定标)，再换上待测同轴连接器，根据反射曲线就可确定待测同轴连接器的回波损耗(dB)。回波损耗反映同轴连接器及电缆组件的阻抗匹配状态。图15是用Agilent E8357A 矢量网络分析仪测量某个终端负载的S 11值。
图15 实测的S 11值
2、传输系数(插入损耗)的测量
一般通过测量元件的衰减来得到传输系数，即2212
1
a 0
S b a ==
。测量装置如图16所示。
图16 矢量网络分析仪测量传输系数
用标准电缆对矢量网络分析仪校准(定标)，再换上待测同轴连接器，两者之间的差值就是插入损耗(dB)。插入损耗反映同轴连接器及电缆组件的损耗特性。
3、测试中可能出现的问题：
（1）、连接问题
①连接螺母脱落
特别是小型连接器，如SMA、SMC、L6等更可能出现，造成的原因大致为：
a.设计人员选材不当，为降低成本，误用非弹性的黄铜座卡环材料，使螺母易脱落。
b.加工时，螺母安装卡环的沟槽槽深不够，所以连接时稍加力矩螺母即脱落。
c.虽然材料选择正确，但工艺不稳定，铍青铜弹性处理未达到规定硬度值，卡环无
弹性，导致螺母脱落。
d.使用人员在测试时，没有力矩扳手，而使用普通扳手来拧紧螺母，使拧紧力矩大
大超过标准规定值，所以螺母（卡环）遭到损坏而脱落。
②配对失误
③内导体松动或脱落
对小型射频同轴连接器来说，内导体尺寸只有Φ1～2mm，在内导体上加工螺纹，若不在螺纹连接处涂以导电胶，那么内导体连接强度是很差的。因此，当连接器在多次连接，在扭力和拉力长期作用下，内导体螺纹松动、脱落，致使连接失效。
（2）、反射问题
①反射增大
任何一种连接器都有一定的使用寿命。以SMA连接器为例，美军标和我国军标规定其寿命为500次。这是因为当连接器经长期使用，反复插拔超过500次后，插针、插孔已造成不同程度的磨损，接触已不是最佳状态，所以在测试、使用时，反射可能急剧增加。
②开路
③短路
（3）、电接触问题
①插针、插孔不接触
②接触不良
③锈蚀
目前加工射频同轴连接器的材料，内导体大都采用铜合金加工后镀金或镀银，极少数也有镀镍，外导体大都是采用铜合金加工后镀镍或铬。镀银表面极易氧化发黑，尤其在恶劣环境下使用，会加速了内、外导体表面严重氧化，导致接触电阻、插损激增。
常用微波元件
常用微波元件 关键词：微波元件、隔离器、环行器 引言： 微波元件的功能在于微波信号进行各种变换，按其变换性质可将微波元件分为以下三类： 一：线性互易元件 凡是元件中没有非线性和非互易性物质都属于这一类。常用的线性互易元件包括：匹配负载、衰减器、移相器、短路活塞、功分器、微波电桥、定向耦合器、阻抗变换器和滤波器等。 衰减器作为线性互易元件，其频率范围可以从0至26.5GHz, 功率高达2000W。 被应用于民用，军事，航天，空间技术等。 高标准的达到“两高一低”，高功率，高隔离度，低插损。 其频率的范围，主要由客户的需求，从而去定制频率。 以下简单介绍50W功率的同轴衰减器，此衰减值可达到60Db, 频率可为8GHz, 12.4GHz, 18GHz，N型接头。 正面背面侧面 二：线性非易元件 这类元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒介，具有非互易特性，其散射矩阵是不对称的。但仍工作于线性区域，属于线性元件范围。常用的线性非互易性元件有隔离度、环形器等。 三：非线性元件 这类元件中含有非线性物质，能对微波信号进行非线性变换，从而引起频率的改变，并能通过电磁控制以改变元件的特性参量。常用的非线性元件有检波器，混频器，变频器以及电磁快控元件等。 微波元件分类：
近年来，为了实现微波系统的小型化，开始采用由微带和集中参数元件组成的微波集成电路，可以在一块基片上做出大量的元件，组成复杂的微波系统，完成各种不同功能。 简要的介绍波导型，同轴型，微带型的产品。 波导隔离器频率范围主要为：2.4-110GHz （具体的频段由客户定制） 于衰减器的使用范围类同，主要使用在民用，军事，航天，空间技术等。 同样具备“低插损，高隔离度，高功率”的特性。 优译波导隔离器 同轴：A ：低频率12MHz 至 1875MHz, 含FM, VHF, UHF 等。 B ：700MHz 至26.5GHz, 含GSM, CDMA, WCDMA, LTE, L.S.C.X 波段等。 优译同轴隔离器
微波光子学及其链路研究进展与应用综述
微波光子学及其链路研究进展与应用综述 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
微波光子学及其链路研究进展与应用综述 摘要：微波光子学以光子技术为工具，生成、处理、传输微波/毫米波信号，注重微波与光子在概念、器件和系统方面的结合。微波光子学典型研究包括了微波信号的光产生、处理和转换，微波信号在光链路中的分配和传输等。微波光子链路技术与传统电子技术相比则具有非常明显的优势：重量轻，易于铺设，抗电磁干扰，低损耗，高带宽等。本文通过对微波光子链路领域相关文献的阅读与学习，对该领域的研究进展和技术应用进行简要综述。 关键词：微波光子学；微波光子链路；系统应用 引言 微波光子学(MicrowavePhotonics,MWP)作为微波与光子技术结合的一种新兴学科，发展迅速。在过去30年中，微波光子学在理论、器件、关键技术和系统应用层面都取得了进步与发展，某些应用甚至已经实现了实用化。在船舰、机载、卫星、雷达系统、无线通信等或民用或军用领域的复杂多元化电磁环境中，微波光子信息处理技术的地位日益凸显，有着广阔的应用前景。 微波光子链路（MicrowavePhotonicLink,MPL）也得益于微波光子学快速的发展与进步而受到广泛地关注与研究。光生毫米波技术、光纤无线电（ROF）技术、光控相控阵技术等作为微波光子学技术的分支，近年来已成为国内外研究热点。微波光子链路作为这些技术的重要组成部分，优势明显，在电子战、雷达、遥感探测、无线通信等领域得到广泛应用。 一、微波光子学及微波光子链路的研究进展与研究现状 微波光子学及其链路背景 光波分复用技术及掺铒光纤放大器（EDFA）出现后，光通信得到迅速发展。无线通信容量需求也不断发展增加，应用于光纤系统中光发射和接收中的微波技术也在迅速发展。传统的微波传输介质在长距离传输时具有很大损耗，但光纤系统具有低损耗、高带宽特性，对于微波传输和处理相当具有吸引力。
射频电路的设计原理及应用
射频电路的设计原理及应用 普通手机射频电路由接收通路、发射通路、本振电路三大电路组成。其主要负责接收信号解调；发射信息调制。早期手机通过超外差变频（手机有一级、二级混频和一 本、二本振电路），后才解调出接收基带信息；新型手机则直接解调出接收基带信息（零中频）。更有些手机则把频合、接收压控振荡器（RX—VCO）也都集成 在中频内部。 射频电路方框图 一、接收电路的结构和工作原理 接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到逻辑音频电路进一步处理。 1、该电路掌握重点 （1）、接收电路结构。 （2）、各元件的功能与作用。 （3）、接收信号流程。 2、电路分析 （1）、电路结构。 接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管（低噪声放大器）、中频集成块（接收解调器）等电路组成。早期手机有一级、二级混频电路，其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。 接收电路方框图
（2）、各元件的功能与作用。 1)、手机天线： 结构：（如下图）由手机天线分外置和内置天线两种；由天线座、螺线管、塑料封套组成。 作用： a)、接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。 b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。 2)、天线开关： 结构：(如下图)手机天线开关（合路器、双工滤波器）由四个电子开关构成。 图一、图二 作用：其主要作用有两个： a）、完成接收和发射切换； b）、 完成900M/1800M信号接收切换。 逻辑电路根据手机工作状态分别送出控制信号（GSM-RX-EN；DCS- RX-EN；GSM-TX-EN；DCS- TX-EN），令各自通路导通，使接收和发射信号各走其道，互不干扰。 由于手机工作时接收和发射不能同时在一个时隙工作（即接收时不发射，发射时不接收）。因此后期新型手机把接收通路的两开关去掉，只留两个发射转换开关；接收切换任务交由高放管完成。 3）、滤波器： 结构：手机中有高频滤波器、中频滤波器。 作用：其主要作用：滤除其他无用信号，得到纯正接收信号。后期新型手机都为零中频手机；因此，手机中再没有中频滤波器。 4）、高放管（高频放大管、低噪声放大器）： 结构：手机中高放管有两个：900M高放管、1800M高放管。都是三极管共发射极放大电路；后期新型手机把高放管集成在中频内部。
射频电路设计理论与应用答案
射频电路设计理论与应用答案 【篇一：《射频通信电路设计》习题及解答】 书使用的射频概念所指的频率范围是多少？ 解： 本书采用的射频范围是30mhz~4ghz 1.2列举一些工作在射频范围内的电子系统，根据表1-1判断其工作 波段，并估算相应射频信号的波长。 解： 广播工作在甚高频（vhf）其波长在10~1m等 1.3从成都到上海的距离约为1700km。如果要把50hz的交流电从 成都输送到上海，请问两地交流电的相位差是多少？ 解： 8??f?3?1?0.6???4km 1.4射频通信系统的主要优势是什么？ 解： 1.射频的频率更高，可以利用更宽的频带和更高的信息容量 2.射频电路中电容和电感的尺寸缩小，通信设备的体积进一步减小 3.射频通信可以提供更多的可用频谱，解决频率资源紧张的问题 4.通信信道的间隙增大，减小信道的相互干扰 等等 1.5 gsm和cdma都是移动通信的标准，请写出gsm和cdma的英文全称和中文含意。（提示：可以在互联网上搜索。） 解： gsm是global system for mobile communications的缩写，意 为全球移动通信系统。 cdma英文全称是code division multiple address,意为码分多址。???4???2?k?1020k??0.28333 1.6有一个c=10pf的电容器，引脚的分布电感为l=2nh。请问当频 率f为多少时，电容器 开始呈现感抗。 解： ?wl?f??1.125ghz2 既当f=1.125ghz0阻抗，f继续增大时，电容器呈现感抗。
1.7 一个l=10nf的电容器，引脚的分布电容为c=1pf。请问当频率f 为多少时，电感器开始呈现容抗。 解： 思路同上，当频率f小于1.59 ghz时，电感器呈现感抗。 1.8 1）试证明（1.2）式。2）如果导体横截面为矩形，边长分别为a和b，请给出射频电阻rrf与直流电阻rdc的关系。 解： r??l?s ???l,s对于同一个导体是一个常量 2s??a当直流时，横截面积dc 当交流时，横截面积sac?2?a? 2rdc?a??ac?a?? 661.9已知铜的电导率为?cu ?6.45?10s/m，铝的电导率为?al?4.00?10s/m，金的电导率 6为?au?4.85?10s/m。试分别计算在100mhz和1ghz的频率下，三种材料的趋肤深度。 解： 趋肤深度?定义为： 在100mhz时： cu为2 mm al 为 2.539mm au为 2.306mm 在1ghz时： cu为0.633 mm al 为 0.803mm au为 0.729mm 1.10某个元件的引脚直径为d=0.5mm，长度为l=25mm，材料为铜。请计算其直流电阻rdc和在1000mhz频率下的射频电阻rrf。解： r?s 它的射频电阻 adllrrf?rdc????22?4???? d2???d????0?r?4??10?1?????????7zdf?l?0.123???d? 1.11个电阻的标示分别为：“203”、“102”和“220r”。请问三个电阻的阻值分别是多少？（提示：可以在互联网上查找贴片元件标示的规则）解：
是德科技 N9311X-射频和微波附件介绍
是德科技 N9311X 用于低成本手持式和 台式解决方案的射频和 微波附件套件 产品快报
N9311X 射频和微波附件套件是是德科技经济型手持式和台式解决方案的补充产品(N934xC/N9340B/N9330B/N9310A/N9320B/N9000A)。 当您使用是德科技手持式和经济型台式解决方案进行测量时，这些附件可为您提供完整的解决方案。 天线 天线频率范围天线增益重量尺寸其他信息 N9311x-50070 至1000 MHz无65 克113.5 厘米(全长), 19.5 厘米(伸缩), 10 节 180 °可调伸缩式拉杆天线, 附带N 型 (阳头) 至BNC 型(阴头) 适配器, 50 ΩN9311x-501700 至2500 MHz无70 克210x20毫米全向天线, 附带N型(阳头)至SMA型 (阴头)适配器, 50?Ω N9311x-504*700 MHz - 4 GHz 4 dBi270 克340x200x25毫米对数周期天线, 50?Ω N9311x-508*680 MHz - 8 GHz 5 dBi250 克340x200x25毫米对数周期天线, 50?Ω N9311x-518*680 MHz - 18 GHz 5 dBi250 克340x200x25毫米对数周期天线, 50?Ω * N9311x-504/508/518 运输包装包括: 天线、铝制手提箱、可分离手枪式握柄与"微型三脚架" 模式、N 型至SMA 型工具箱。 N9311X-500N9311X-501N9311X-504 带通滤波器 带通滤波器 3 dB 通带抑制插入损耗VSWR阻抗N9311X-550814 至850 MHz≥? 36 dBc, 740 MHz 时 ≥36 dBc, 915 MHz 时 ≤0.5 dB≤1.550 ΩN9311X-551880 至915 MHz≥ 35 dBc, 862 MHz 时 ≥35 dBc, 932 MHz 时 ≤1 dB≤1.550 ΩN9311X-5521707.5 至1787.5 MHz≥ 35 dBc, 1550 MHz 时 ≥35 dBc, 1925 MHz 时 ≤0.4 dB≤1.550 ΩN9311X-5531845 至1915 MHz≥ 35 dBc, 1770 MHz 时 ≥35 dBc, 1986 MHz 时 ≤0.6 dB≤1.550 ΩN9311X-5541910 至1990 MHz≥ 35 dBc, 1825 MHz 时 ≥35 dBc, 2070 MHz 时 ≤0.6 dB≤1.550 Ω N9311X-551
微波光子学研究的进展
微波光子学研究的进展 2009-08-1916:31 摘要:微波光子学注重微波与光子在概念、器件和系统的结合，典型研究包括微波信号的光产生、处理和转换，微波信号在光链路中的分配和传输等。其研究成果促进了新技术的出现，如光载无线(RoF)通信、有线电视(CATV)的副载波复用和光纤传输、相控阵雷达的光控波束形成网络以及微波频域的测量技术等. 英文摘要:In microwave photonics, the combination of concepts, devices and system is emphasized. Its typical research includes: photonic microwave generation, photonic signal processing and conversion, distribution of microwave signals in optical links, and so on. These research results promote new technologies such as Radio over Fiber (RoF) communications, the subcarrier multiplex and fiber transmission of Cable Television (CATV), optical control beam forming network in phased array radar, test technologies in microwave frequency, and so on. 基金项目：国家自然科学基金资助项目(60736002、60807026) 1 微波光子学产生的背景 光波分复用技术的出现和掺铒光纤放大器的发明使光通信得到迅速发展。光纤通信具有损耗低，抗电磁干扰，超宽带，易于在波长、空间、偏振上复用等很多优点，目前已实现了单路40～160 Gb/s、单根光纤10 Tb/s的传输。 随着容量传输速率的不断提高，光纤系统需要在光发射和接收机中采用微波技术。 与此同时，随着对无线通信容量需求的增加，微波技术也在迅速发展。微波通信能够在任意方向上发射、易于构建和重构，实现与移动设备的互联；蜂窝式系统的出现，使微波通信具备高的频谱利用率。但目前微波频段的有限带宽成为严重问题，人们开始考虑30～70 GHz新频段的利用。60 GHz光载无线(ROF)系统由于接入速率高和不需要另外申请牌照等优点正成为宽带接入的热门技术。60 GHz信号在大气中的传输损耗高达14 dB/km，意味着在蜂窝移动通信中信道频率可更加频繁地重复使用。但传统的微波传输介质在长距离传输时具有很大损耗，而光纤系统具有低损耗、高带宽特性，对于微波传输和处理充满吸引力。 光纤技术与微波技术相互融合成为一个重要新方向。从理论上来讲，微波技术和光纤技术的理论基础都是电磁波波动理论。在光电器件中，当波长足够小时要考虑波动效应，采用电磁波理论来设计和研究光电器件，如波导型或行波型器件。理论基础的统一，使得微波器件和光电子器件可使用相同材料和技术在同一芯片上集成，这极大促进了两个学科的结合，促进了一门新的交叉学科——微波光子学的诞生。 微波光子学概念最早于1993年被提出[1]。其研究内容涉及了与微波技术和光纤
手机电路原理,通俗易懂
第二部分原理篇 第一章手机的功能电路 ETACS、GSM蜂窝手机是一个工作在双工状态下的收发信机。一部移动电话包括无线接收机(Receiver)、发射机(Transmitter)、控制模块(Controller)及人机界面部分(Interface)和电源(Power Supply)。 数字手机从电路可分为，射频与逻辑音频电路两大部分。其中射频电路包含从天线到接收机的解调输出，与发射的I/Q调制到功率放大器输出的电路；逻辑音频包含从接收解调到，接收音频输出、发射话音拾取(送话器电路)到发射I/Q调制器及逻辑电路部分的中央处理单元、数字语音处理及各种存储器电路等。见图1-1所示 从印刷电路板的结构一般分为：逻辑系统、射频系统、电源系统，3个部分。在手机中，这3个部分相互配合，在逻辑控制系统统一指挥下，完成手机的各项功能。 图1-1手机的结构框图 注：双频手机的电路通常是增加一些DCS1800的电路,但其中相当一部分电路是DCS 与GSM通道公用的。 第二章射频系统 射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频接收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能；射频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功率放大等功能。手机要得到GSM系统的服务,首先必须有信号强度指示,能够进入GSM网络。手机电路中不管是射频接收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机不能进入GSM网络。 对于目前市场上爱立信、三星系列的手机,当射频接收系统没有故障但射频发射系统有故障时,手机有信号强度值指示但不能入网；对于摩托罗拉、诺基亚等其他系列的手机,不管哪一部分有故障均不能入网,也没有信号强度值指示。当用手动搜索网络的方式搜索网络时,如能搜索到网络,说明射频接收部分是正常的；如果不能搜索到网络,首先可以确定射频接收部分有故障。 而射频电路则包含接收机射频处理、发射机射频处理和频率合成单元。 第一节接收机的电路结构 移动通信设备常采用超外差变频接收机，这是因为天线感应接收到的信号十分微弱,而鉴频器要求的输人信号电平较高,且需稳定。放大器的总增益一般需在120dB以上,这么大的放大量,要用多级调谐放大器且要稳定,实际上是很难办得到的，另外高频选频放大器的通带宽度太宽,当频率改变时,多级放大器的所有调谐回路必须跟着改变，而且要做到统一调谐,
射频器件及应用介绍
射频器件及应用
理察森电子 2008.11.27
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射频器件及应用
内容提要
1、直放站系统组成； 2、射频器件分类及著名品牌介绍； 3、Freescale 大功率射频器件LDMOS封装、命名及特 性介绍； 4、器件规格书的阅读理解； 5、应用LDMOS管的功率放大器设计概述； 6、LDMOS功放管使用、安装及调试注意事项； 7、讨论与提问。
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一、直放站系统信号流图
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微波光子学
掺铒光纤（EDF）是使掺铒光纤放大器(EDFA)具有放大特性的关键技术之一，它多用石英光纤作为基质，也有采用氟化物光纤的。掺铒光纤的制作是以传统的改进化学气相沉积工艺，气相轴向沉积工艺，外气相沉积工艺为基础，结合气相掺杂技术或液相掺杂技术来完成的，其中液相掺杂技术使用的更为普遍。在掺铒光纤放大器技术中，掺铒光纤工艺至关重要，在光纤中可认为信号光与泵浦光的场近似高斯分布，在光纤芯轴线上的光强最强，所以掺杂时尽量使杂志粒子集中在近轴区域，以使光域物质的作用最充分，从而提高能量转换效率。一般单模光纤纤芯直径在9微米左右，如果将掺杂光纤拉得比常规光纤更细，可提高信号光和泵浦光的能量密度，从而提高其相互作用的效率。但芯径的减小将会带来新的问题，芯径小的掺杂光纤与常规光纤的模场不匹配，从而带来较大的反射和连接损耗。通常的解决办法是在光纤中掺氟(F)元素，以降低其折射率（但并不改变半径），从而改变模场直径，使之增大到与常规光纤可匹配程度，此时连接损耗可以降至0.5dB以下，这种方法称为扩散成锥法，即在光纤尾端形成模场直径锥。 在掺铒光纤的制造过程中还有一个最佳掺杂光纤长度的问题。掺杂光纤太短，掺杂离子对泵浦光的吸收不充分，不能形成离子数反转；掺杂光纤太长，在输出端介质吸收激光光子，使输出功率下降。因而掺铒光纤存在一个最佳长度，以获得最小的阀值功率，使所能得到的泵浦光子数和离子反转数在泵浦端达到最大值，以充分得到高的泵浦光转换效率。 掺铒光纤的设计对于宽带平坦的增益是非常重要的，掺铒光纤的参量包括材料特性和波导特性两个方面。掺铒光纤的优化设计包括优化芯部组分（芯部共掺杂离子，掺杂浓度及在纤芯的分布等）和波导结构两方面内容。优化芯部组分设计，提高铒离子掺杂离子在石英玻璃中的分散性是光纤材料设计的重要内容。目前掺铒光纤采用的最多的基质材料是Ge/Al/Si体系，同时进行共掺杂的还有其它稀离子（如La3+等）、研究发现，改变掺量，将引起吸收峰和荧光带中心的移动和峰值的改变，可以有效地改善EDFA的增益平坦度。 铒离子的掺杂浓度和与铒离子共掺杂元素的选择对EDF的性能产生重要的影响，若掺杂浓度过低，在掺杂离子总数有效数低于入射光子的区域，基态有可能耗尽倒空，增益作用被终止。原则上，铒离子掺入的浓度越高，单位光纤长度上的光增益越高，从而可以用较短的光纤长度获得所需要的光增益。若掺杂浓度过高，则可能出现浓度抑制问题，即过高地掺杂浓度可能使铒离子靠得很近，铒离子之间将存在能量转移，导致激光上能级的有效粒子数降低，荧光寿命降低，激光过程受到限制，从而使光纤的性能退化，故存在适宜的掺杂浓度范围。适度提高掺杂浓度的前提是提高分散性，可以通过改善基质材料的溶解特性，如采取高掺杂AlLa材料设计，可以改进制备工艺．提高掺杂离子的分散性和均匀性，避免掺杂不均匀带来的浓度偏析影响。为获得最佳泵浦效果，铒离子沿光纤剖面理想的浓度分布应与泵浦光束的光强度匹配，但在实际掺杂工艺条件下，实现上述理想分布较为困难。一股可行的工艺设计是考虑将铒离子集中掺杂在纤芯的中央区域，这样可以避免光强较弱的边缘部分因铒离子未被充分激励而成为吸收体，使增益下降，同时可以使中央区域的铒离子到充分激励。所以掺铒光纤的增益系数井不单纯与纤芯半径有关，还取决于掺杂的半径。 掺铒光纤的设计，除了选定基质与掺杂浓度外，对光纤波导参数（芯径或模场直径、数值孔径．截止波长等）的合理选择也是很重要的。这直接关系到信号光与泵浦光、放大光纤与传输单模光纤之间的模场匹配与能量耦合效率。掺铒光纤的光学结构说到底是由EDF在EDFA中的性能要求和光纤制造工艺共同决定的。增益和泵浦效率是EDFA的重要参数。它们依赖于折射率剖面、铒离子掺杂区域和浓度等光纤结构。获得高增益和泵浦效率需要粒子数反转率高，目的是使较小的泵浦功率下获得最大的信号增益功率，尽可能充分利用耦合入EDF的泵浦功率，因此，EDF选择合适的结构及光学参数及其重要。 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅。所谓光纤中的光敏性是指掺杂光纤中通过激光时，光纤的折射率将随着光强的空间分布发生相应的变化，这种现象也称为光致折射率变化效应，如用激光干涉条纹侧面辐照掺锗光纤，就会在光纤中的一段长度内，形成光纤长度方向折射率的周期扰动，从而形成光纤光栅，或称为光纤Bragg光栅，而且这种光栅在 C 500以下稳定不变，用C 500以上高温可擦抹。光纤光栅的作用实质是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜，利用这一特性可构成许多性能独特的光纤无源器件，且光纤光栅（FBG）具有体积小、重量轻、波长选择性好、不受非线性效应影响、极化不敏感、带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、耦合性能好、可与其他光纤器件融成一体等特性，其制作工艺比较成熟，易于形成规模生产，成本低，具有很好的实用性，其优越性是其他许多器件无法替代的，这使得光纤光栅以及基于光纤光栅的器件成为光学领域理想的关键器件之一。 光纤光栅的传统应用主要集中在光纤
射频PCB注意
PCB设计流程 元器件的布局 PCB布线注意事项 随着通信技术的发展，手持无线射频电路技术运用越来越广，如：无线寻呼机、手机、无线PDA等，其中的射频电路的性能指标直接影响整个产品的质量。这些掌上产品的一个最大特点就是小型化，而小型化意味着元器件的密度很大，这使得元器件（包括SMD、SMC、裸片等）的相互干扰十分突出。 电磁干扰信号如果处理不当，可能造成整个电路系统的无法正常工作，因此，如何防止和抑制电磁干扰，提高电磁兼容性，就成为设计射频电路PCB时的一个非常重要的课题。同一电路，不同的PCB设计结构，其性能指标会相差很大。本讨论采用Protel99SE软件进行掌上产品的射频电路PCB设计时，如果最大限度地实现电路的性能指标，以达到电磁兼容要求。 板材的选择 印刷电路板的基材包括有机类与无机类两大类。基材中最重要的性能是介电常数εr、耗散因子（或称介质损耗）tanδ、热膨胀系数CET和吸湿率。其中εr影响电路阻抗及信号传输速率。对于高频电路，介电常数公差是首要考虑的更关键因素，应选择介电常数公差小的基材。 PCB设计流程 由于Protel99SE软件的使用与Protel98等软件不同，因此，首先简要讨论采用Protel99SE 软件进行PCB设计的流程。 ①由于Protel99SE采用的是工程（PROJECT）数据库模式管理，在Windows99下是隐含的，所以应先键立1个数据库文件用于管理所设计的电路原理图与PCB版图。 ②原理图的设计。为了可以实现网络连接，在进行原理设计之间，所用到的元器件都必须在元器件库中存在，否则，应在SCHLIB中做出所需的元器件并存入库文件中。然后，只需从元器件库中调用所需的元器件，并根据所设计的电路图进行连接即可。 ③原理图设计完成后，可形成一个网络表以备进行PCB设计时使用。 ④PCB的设计。
射频电路结构和工作原理
射频电路结构和工作原理 一、射频电路组成和特点： 普通手机射频电路由接收通路、发射通路、本振电路三大电路组成。其主要负责接收信号解调；发射信息调制。早期手机通过超外差变频（手机有一级、二级混频和一本、二本振电路），后才解调出接收基带信息；新型手机则直接解调出接收基带信息（零中频）。更有些手机则把频合、接收压控振荡器（RX—VCO）也都集成在中频内部。 RXI-P RXQ-P RXQ-N （射频电路方框图） 1、接收电路的结构和工作原理： 接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，
高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到逻辑音频电路进一步处理。 1、该电路掌握重点: （1）、接收电路结构。 （2）、各元件的功能与作用。 (3)、接收信号流程。 电路分析: （1）、电路结构。 接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管（低噪声放大器）、中频集成块（接收解调器）等电路组成。早期手机有一级、二级混频电路，其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。 （接收电路方框图） （2）、各元件的功能与作用。 1)、手机天线： 结构：（如下图）
由手机天线分外置和内置天线两种；由天线座、螺线管、塑料封套组成。 塑料封套螺线管 （外置天线）（内置天线） 作用： a)、接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。 b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。 2)、天线开关： 结构：（如下图） 手机天线开关（合路器、双工滤波器）由四个电子开关构成。 900M收收GSM 900M收控收控 900M发控GSM 900M发入GSM （图一）（图二） 作用：其主要作用有两个： a）、完成接收和发射切换； b）、完成900M/1800M信号接收切换。
微波射频仿真软件介绍
微波射频仿真软件介绍 射频EDA仿真软件介绍（包括算法，原理） 一、前言 微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求越来越高，电路的功能越来越多，电路的尺寸要求越做越小，而设计周期却越来越短。传统的设计方法已经不能满足系统设计的需要，使用微波EDA软件工具进行微波元器件与微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。 EDA即Electronic Design Automation, 电子设计自动化。目前,国外各种商业化的微波EDA 软件工具不断涌现，微波射频领域主要的EDA 工具首推Agilent 公司的ADS软件和Ansoft公司的HFSS、Designer软件以及CST，其次是比较小型的有Microwave Office, Ansoft Serenade, Zeland, XFDTD, Sonnet，FEKO 等电路设计软件。下面将会将会简要地介绍一下各个微波EDA软件的功能特点和使用范围。 这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的, 在介绍微波EDA 软件之前先简要的介绍一下微波电磁场理论的数值算法。所有的数值算法都是建立在Maxwell方程组之上的，了解Maxwell方程是学习电磁场数值算法的基础。 电磁学问题的数值求解方法总的可分为时域和频域两大类。在频域，数值算法有：有限元法 ( FEM -- Finite Element Method）、矩量法( MoM -- Method of Moments），差分法( FDM -- Finite Difference Methods），边界元法( BEM -- Boundary Element Methed），和传输线法( TLM -- Transmission-Line-matrix Method）。频域技术发展得比较早，也比较成熟。在时域，数值算法有：时域有限差分法( FDTD –Finite Difference Time Domain ），和时域有限积分法( FITD –Finite Integration Time Domain）。时域法的引入是基于计算效率的考虑，某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时，频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算，然后做傅里叶反变换才能求得解答，计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化，采用时域法更加直接。除此之外外还有一些高频方法作为补充，如GTD，UTD和射线理论。 从求解方程的形式看，可以分为积分方程法（IE）和微分方程法（DE）。IE 和DE相比，有如下特点：IE法的求解区域维数比DE法少一维，误差限于求解区域的边界，故精度高；IE法适合求无限域问题，DE法此时会遇到网格截断问题；IE法产生的矩阵是满的，阶数小，DE法所产生的是稀疏矩阵，但阶数大；IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题，DE法可直接用于这类问题。 本文根据电磁仿真工具所采用的数值解法进行分类，对常用的微波EDA仿真软件进行论述。 二、基于矩量法MOM仿真的微波EDA仿真软件 矩量法将连续方程离散化为代数方程组，既适用于求解微分方程，又适用于求解积分方程。他的求解过程简单，求解步骤统一，应用起来比较方便。然而需要一定的数学技巧，如离散化的程度、基函数与权函数的选取，矩阵求解过程等。另外必须指出的是，矩量法可以达到所需要的精确度，解析部分简单，可计算量很大，即使用高速大容量计算机，计算任务也很繁重。矩量法在天线分析和电磁场散射问题中有比较广泛地应用，已成功用于天线和天线阵的辐射、散射问题、微
手机射频接收功能电路分析
一、接收电路的基本组成 移动通信设备常采用超外差变频接收机。这是因为天线感应接收到的信号十分微弱，而鉴频器要求的输入信号电平较高而且稳定。放大器的总增益一般需在120dB以上。这么大的放大量，要用多级调谐放大器且要稳定，实际上是很难办得到的。另外高频选频放大器的通带宽度太宽，当频率改变时，多级放大器的所有调谐回路必须跟着改变，而且要做到统一调谐，这也是难以做到的。超外差接收机则没有这种问题，它将接收到的射频信号转换成固定的中频，其主要增益来自于稳定的中频放大器。 手机接收机有三种基本的框架结构：一种是超外差一次变频接收机，一种是超外差二次变频接收机，第三种是直接变频线性接收机。 超外差变频接收机的核心电路就是混频器，可以根据手机接收机电路中混频器的数量来确定该接收机的电路结构。 1.超外差一次变频接收机 接收机射频电路中只有一个混频电路的称作超外差一次变频接收机。超外差一次变频接收机的原理方框图如图4-1所示。它包括天线电路(ANT)、低噪声放大器(LNA)、混频器(Mixer)、中频放大器(IF Amplifier)和解调电路(Demodula tor)等。摩托罗拉手机接收电路基本上都采用以上电路。 超外差一次变频接收机工作过程是：天线感应到的无线蜂窝信号(GSM900频段935,--960MHz或DCSl800频段1805---1880MHz)不断变频，经天线电路和射频滤波器进入接收电路。接收到的信号首先由低噪声放大器进行放大，放大后的信号再经射频滤波器后，被送到混频器。在混频器中，射频信号与接收VCO信号进行混频，得到接收中频信号。中频信号经中频放大后，在中频处理模块内进行RXI／Q解调，解调所用的参考信号来自接收中频VCO。该信号首先在中频处理电路中被分频，然后与接收中频信号进行混频，得到67.707kHz的RXI／Q信号。2.超外差二次变频接收机 若接收机射频电路中有两个混频电路，则该机是超外差二次变频接收机。超外差二次变频接收机的方框图：如图4-2所示。 与一次变频接收机相比，二次变频接收机多了一个混频器和一个VCO，这个V CO在一些电路中被叫作IFVCO或VHFVCO。诺基亚手机、爱立信手机、三星、松下和西门子等手机的接收电路大多数属于这种电路结构。 在图4—1和图4-2中，解调电路部分也有VCO，应注意的是，该处的VCO 信号是用于解调，作参考信号而且该VCO信号通常来自两种方式：一是来自基准频率信号13MHz，另一种是来自专门的中频VCO。 超外差二次变频接收机工作过程是：天线感应到的无线蜂窝信号(GSM900频段935~960MHz或DCSl800频段1805—1880MHz)经天线电路和射频滤波器进入接收电路。接收到的信号首先由低噪声放大器进行放大放大后的信号再经射频滤波后被送到第一混频器。在第一混频器中，射频信号接收VCO信号进行混频，得到接收第一中频信号。第一中频信号与接收第二本机振荡信号混频，得到接收第二中频。接收第二本机振荡来自VHFVCO电路。接收第二中频信号经二中频放大后，在中频处理模块内进行RXI／Q解调，解调所用的参考信号来自接收中频VCO。该信号首先在中频处理电路中被分频，然后与接收中频信号进行混频，得到67. 707kHz的RXI／Q信号。 3.直接变频线性接收机
射频微波
射频微波 隔离器、环形器、同轴负载、同轴终端、同轴衰减器、放大器、 滤波器、功分器、双工器、合路器 定义： 波的波长微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1 毫米之间的电磁波，是分米波，厘米波，毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高。 微波的波长微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性，微波量子的能量为9×l0 -25～ 1．99×10-22j． 微波的性质：微波的基本性质通常呈现为穿透，反射，吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。 一、穿透性 微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线，远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。微波透入介质时，由于介质损耗引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，物料内外加热均匀一致。 二、选择性加热 物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同，产生的热效果不同，水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因素也很大，对微波具有强吸收能力。而蛋白质，碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。因此，对于食品来说，含水量的多少对微波加热效果影响很大。 三、热惯性小 微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。 微波的产生微波能通常由直流电或50MHz交流电通过一特殊的器件来获得。可以产生微波的器件有许多种，但主要分为两大类：半导体器件和电真空器件。电真空器件是利用电子在真空中运动来完成能量变换的器件，或称之为电子管。在电真空器件中能产生大功率微波能量的有磁控管、多腔速战速调管、微波三、四极管、行波管等。在目前微波加热领域特别是工业应用中使用的主要是磁控管及速调管。 微波器件种类繁多，限于篇幅，仅介绍一些实验中常用到的器件。
学术会议目录-微波光子学组
学术会议目录 东南大学太赫兹研究所-微波光子学组 下面是我们组可以参加的会议，博士生可以争取参加。 由于经费要有针对性使用，与微波光子学无关的会议原则上不允许参加。 1.MWP IEEE学术会议，每年一届， Microwave Photonics, MWP 'XX. International Topical Meeting on 微波光子学主要会议，这是首选要参加的会议。 2. OFC IEEE学术会议，每年一届， 规模较大，微波光子学有较多内容，但主要与通信有关。 尽量争取参加。 3. ACP Asia Communications and Photonics Conference and Exhibition (ACP) is Asia's premier conference and exhibition in the Pacific Rim for photonics technologies, including optical communications, biophotonics, displays, illumination and applications in energy.
ACP is co-sponsored by: OSA, IEEE Photonics Society, SPIE, COS, CIC 每年一届，一般在国内举办，EI收录。 光通信为主，含少量微波光子学。 4.MTT-S IEEE/MTT-S International Microwave Symposium - MTT 2011 IEEE学术会议，每年一届， 以微波为主，含微波光子学和太赫兹。 一般在美国本土举办。 5.IRMMW-THz Sponsored by Microwave Theory and Techniques Society - MTT 每年一届 亚毫米波和太赫兹为主，微波光子学内容较少。
手机各电路原理_射频电路_内容详细,不看后悔
本次培训内容：
手机各级电路原理及故障检修
1，基带电路
发话电路、受话电路、蜂鸣电路、耳机电路、 背光电路、马达电路、按键电路、充电电路、开 关机电路、摄像电路、蓝牙电路、FM电路、显示 电路、SIM卡电路、TF卡电路
2，射频电路
接收电路、发射电路
一、手机通用的接收与发射流程
天线：ANT 声表面滤波器：SAWfilter 低噪声放大器：LNA 功放：PA
手机通用的接收与发射流程
1、信号接收流程： 天线接收——天线匹配电路——双工器——滤波（声 表面滤波器SAWfilter）——放大（低噪声放大器 LNA）——RX_VCO混频（混频器Mixer）——放大 （可编程增益放大器PGA）——滤波——IQ解调（IQ 调制器）——（进入基带部分）GMSK解调——信道均 衡——解密——去交织——语音解码——滤波—— DAC——放大——话音输出。
手机通用的接收与发射流程
2、信号发射流程： 话音采集——放大——ADC——滤波——语音编
码——交织——加密——信道均衡——GMSK调制—— （进入射频部分）IQ调制（IQ调制器）——滤波—— 鉴相鉴频（鉴相鉴频器）——滤波——TX_VCO混频 （混频器Mixer）——功率放大（PA）——双工器—— 天线匹配电路——天线发射。
手机通用的接收与发射流程
3、射频电路原理框图：
二、射频电路的主要元件及工作原理
天线：ANT 声表面滤波器：SAWfilter 低噪声放大器：LNA 功放：PA
详解微波射频器件极限功率损耗与分散
详解微波射频器件极限功率损耗与分散 每个器件都有一个最大的功率极限，不管是有源器件（如放大器），还是无源器件（如电缆或滤波器）。理解功率在这些器件中如何流动有助于在设计电路与系统时处理更高的功率电平。 它能处理多大的功率这是对发射机中的大多数器件不可避免要问的一个问题，而且通常问的是无源器件，比如滤波器、耦合器和天线。但随着微波真空管（如行波管（TWT））和核心有源器件（如硅横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）晶体管和氮化镓（GaN）场效应晶体管（FET））的功率电平的日益增加，当安装在精心设计的放大器电路中时，它们也将受到连接器等器件甚至印刷电路板（PCB）材料的功率处理能力的限制。了解组成大功率器件或系统的不同部件的限制有助于回答这个长久以来的问题。 发射机要求功率在限制范围内。一般来说，这些限制范围由政府机构规定，例如美国联邦通信委员会（FCC）制定的通信标准。但在“不受管制”系统中，比如雷达和电子战（EW）平台中，限制主要来自于系统中的电子器件。每个器件都有一个最大的功率极限，不管是有源器件（如放大器），还是无源器件（如电缆或滤波器）。理解功率在这些器件中如何流动有助于在设计电路与系统时处理更高的功率电平。 当电流流过电路时，部分电能将被转换成热能。处理足够大电流的电路将发热——特别是在电阻高的地方，如分立电阻。对电路或系统设定功率极限的基本思路是利用低工作温度防止任何可能损坏电路或系统中器件或材料的温升，例如印刷电路板中使用的介电材料。电流/热量流经电路时发生中断（例如松散的或虚焊连接器），也可能导致热量的不连续性或热点，进而引起损坏或可靠性问题。温度效应，包括不同材料间热膨胀系数（CTE）的不同，也可能导致高频电路和系统中发生可靠性问题。 热量总是从更高温度的区域流向较低温度的区域，这个原则可以用来将大功率电路产生的热量传离发热源，如晶体管或TWT。当然，从热源开始的散热路径应该包括由能够疏通或耗散热量的材料组成的目的地，比如金属接地层或散热器。不管怎样，任何电路或系统的热管理只有在设计周期一开始就考虑才能最佳地实现。 一般用热导率来比较用于管理射频/微波电路热量的材料性能，这个指标用每米材料每一度（以开尔文为单位）施加的功率（W/mK）来衡量。也许对任何高频电路来说这些材料最重要的一个因素是PCB叠层，这些叠层一般具有较低的热导率。比如低成本高频电路中经常使用的FR4叠层材料，它们的典型热导率只有0.25W/mK。