天线与微波应用技术课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,微波件与天线应用技术,第一部分 微波应用技术,第二部分 天线应用技术,第一部分 微波应用技术,1,概述,我们把频率在,300MHz-300GHz,之间，波长在,1m,到,1mm,之间，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称为微波。微波技术在工业、农业、科学研究、医学、生物学，交通运输、通信以及军事等方面都有广泛的应用。微波的主要特点是：似光性、穿透性和非电离性。,似光性指它与频率较低的无线电波相比，更能像光线一样地传播和集中；,穿透性指它与红外线相比，照射介质时更易深入物质内部；,非电离性指它的量子能量还不够大，与物质相互作用时虽能改变其运动状态，但还不足以改变物质分子的内部结构或分子间的键。微波的应用主要是利用它的这些特点。,利用微波可以测量包括温度、湿度、厚度、速度、长度等各种非电量，其特点是测量设备不需要与被测量的对象接触,(,非接触式测量,),，特别适宜在生产流水线上连续监测并进行实时自动控制。,在我们的生活中微波最常用微波应用如微波炉，大家用的手机也是通过微波传输信息的。汽车、轮船上导航设备也是通过微波与卫星进行通信获取导航信息的。卫星电视广播电视的信号也是通过微波进行传播的。,在军事上微波也得到了广泛的应用，例如：雷达系统，电子战设备，军事通信，测高仪等设备都是通过微波来实现其功能的。,2,微波应用概述,微波系统举例,宽带接收机微波系统,限幅器,滤波器,低噪声放大器,斜率校正器,功分器,灵敏度控制组件,低噪声放大器,滤波器,耦合器,DLVA,限幅放大器,IFM,接收机,DRFM,模块,由上图所示在所有的微波系统中，都是由一个个微波器件组成的。根据外加电源的情况我们可以把常用的微波器件分为无源微波器件和有源微波器件。,常用的无源微波器件主要有：微波功分器、微波定向耦合器、微波滤波器，微波双工器，微波环形器，微波隔离器等。,常用的有源微波器件主要有：微波放大器，微波倍频器、微波分频器、微波混频器，微波振荡器、微波开关，微波移相器，微波限幅器，微波数控衰减器等等微波器件。,目前随着技术发展和设备的要求，集多种功能与一体的微波组件已广泛应用于各个系统中，完成某些特殊的功能和要求。例如：开关滤波器组、倍频放大组件、,T/R,组件等。,微波元器件,无源微波元器件介绍,微波元器件,微波功分器,微波功分器是用来将微波信号进行分路的常用微波元器件，它根据分配的输入输出的路数来命名，例如：,1,分,2,功分器、,1,分,4,功分器、,1,分,8,功分器等，其被广泛的应用于微波系统中，该器件的主要技术指标如下：,频段：器件的所工作的频率范围,驻波：器件的端口的反射信号与正向信号的大小特性，衡量一个器件端口的匹配程度,插损：信号通过该器件后的功率比值（损耗）,隔离度：衡量一个器件不同输出端口之间相互影响的程度,微波定向耦合器,定向耦合器主要是将微波信号按一定的比例进行功率分配的器件，其常见的形式有波导、带状线、微带线等，在微波系统中也被经常使用，其主要指标描述如下：,频段：器件的工作频段要求,驻波：器件的端口的反射信号与正向信号的大小特性，反应端口的匹配程度,插损：信号通过该器件后的在传输端的功率损耗,耦合度：,耦合端与传输端功率分配比例,方向性：耦合端与隔离端的功率比值,微波滤波器,微波滤波器主要完成对微波信号在频率上的选择功能，微波滤波器可分为：高通滤波器，低通滤波器，,带通滤波器,，带阻滤波器等，一般微波器实现形式可以为：,LC,滤波器但一般用于低频段、高频宽带的一般采用带状线，其主要指标（以带通滤波器为例）描述如下：,中心频率：指滤波器通带的中心频率值；,通带带宽：滤波器导通的最大与最小频率的差值；,输入输出阻抗：端口的阻抗值，也可以用驻波表示；,通带衰减：在滤波器工作频段内信号的功率损耗值；,带外衰减：在滤波器工作频段外的信号功率损耗值；,微波双工器,微波双工器一般使用在微波天线的收发开关中，主要完成同一天线实现微波信号收、发功能；常用的是三端口（,Y,型）双工器，其主要指标描述如下：,频段：双工器的工作频率范围；,驻波：双工器各端口的反射信号与正向信号的大小特性，反应端口的匹配程度；,收发隔离度：收、发通道的信号隔离值,插损：收发通道的信号功率损耗；,其他无源微波器件,衰减器：实现对微波信号进行一定的损耗的功能；,隔离器：用来降低后级微波器件的反射信号对前级器件的影响，具有单向导通的特性；,匹配负载：用来吸收微波通道的入射功率，不产生发射信号；,斜率校正器：用来实现宽带微波信号在不同频率点的衰减，保证宽带系统对幅频特性的要求；,检波器：用来将射频信号变换为视频信号的器件；,有源微波元器件介绍,微波元器件,微波放大器,微波放大器主要用来实现将微波信号的功率放大的功能，以适应微波系统后端处理的要求，常见的有一般放大器、低噪声放大器、功率放大器、限幅放大器等，其主要技术指标描述如下：,中心频率：适应频段的中心频率值；,带宽：器件工作的最大、最小频率值之差；,驻波：器件的端口的反射信号与正向信号的大小特性；,增益：信号放大的倍数，通常用,dB,来表示；,噪声系数：输入端与输出端信噪比的比值，一般越小越理想；,三阶交调：由放大器的非线性产生的干扰信号，是衡量线性度的主要指标；,1dB,压缩点功率：通常用来表示功放的最大输出功率，该值近似描述为功放线性区的最大值；,微波混频器,微波混频器是微波变频电路系统的重要组成部分，主要完成微波信号频率的上（发射）、下（接收）变频的作用，其主要指标描述如下：,RFLO,频率范围：信号和本振的频率值上下限；,IF,频率范围：输出混频后信号的频率范围；,变频损耗：输出信号与输入信号的功率之比；,LO,功率：输入本振功率大小；,RFLO,隔离度：输入信号端与本振端信号的相互串扰值；,LOIF,隔离度：本振信号端与输出端的信号的相互串扰值；,噪声系数：输入端与输出端信噪比的比值，一般越小越好；,微波压控振荡器,微波压控振荡器是用通过输入不同的调制电压产生不同的微波频率的连续波信号的器件，其广泛的用于各种频率源中，其主要指标描述如下：,振荡频率范围：输出信号频率的最大与最小值；,输出功率：输出信号功率的大小；,相位噪声：某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处,1Hz,带宽内的信号功率与信号的总功率比值。一般会用,1kHz,、,100kHz,处的,dBc/Hz,表示。,压控灵敏度：指输出的信号频率的变化与电压变化之间比值；,微波开关,微波开关用来进行微波信号通断的控制、或不同通络之间的切换，一般根据输入输出的通道来命名，常用的有单刀单开关、单刀双开关、单刀,3,开关等等，其主要指标描述如下：,频率范围：开关工作的频率最大最小值；,驻波：器件的各端口的反射信号与正向信号的大小特性；,隔离度：开关不导通时或相邻开关通道之间信号功率的衰减值；,开关时间：通断切换时间；,承受功率：最大输入信号的功率大小；,微波数控衰减器,微波数控衰减器用数字码来控制通过该器件的信号功率的衰减量，达到微波系统设计中的对信号大小的调制的功能。其主要指标描述如下：,频率范围：该器件适用的最大、最小频率值,衰减位数：控制衰减器的数字码位数；,动态范围：最大衰减值；,步进：可变换的最小衰减量；,平坦度：在频带内的不同频率点的衰减值的差值；,插损：无衰减时该数控衰减器的信号功率损耗；,其他有源微波器件,微波倍频器：将输入的微波信号频率乘以整数倍后输出的器件；,微波分频器：将输入的微波信号频率除以整数倍后输出的器件；,限幅器：将输入信号的功率限制在一定输出功率范围之内的器件；,移相器：在电压或数字控制下，将输入信号的相位作相应改变的器件,微波组件,微波组件是随着微波技术的发展和设备的需求而产生的将上述一些有源、无源器件通过微波电路在一个器件或一块电路板上实现所需功能的器件。,其组成形式繁多，以相控阵雷达中广泛采用的,T/R,组件举例：它是一种连接在相控阵天线单元的微波件，由双工器、放大器、移相器等功能。,微波件设计软件,微波器件件及模块的设计主要根据各种微波的传输特性、导体材料的特性、介质基片的高频特性、微带线导体材料特性、高频电路特性等参数，通过各种微波公式进行计算和仿真，而最终取得满足指标要求的各种微波电路和结构特性，最终通过加工来实现。随着技术的进步，多种微波设计开发软件已经被开发和广泛使用，大大减少了微波器件设计效率。主要应用软件介绍如下：,Ansoft Designer,微波电路和通信系统仿真软件,Ansoft Designer,是,Ansoft,公司推出的仿真软件，它采用了最新的视窗技术，是第一个将高频电路系统,版图和电磁场仿真工具无缝地集成到同一个环境的设计工具，这种集成不是简单和界面集成,其关键是,Ansoft Designer,独有的,按需求解,的技术,它使你能够根据需要选择求解器,从而实现对设计过程的完全控制。,Ansoft Designer,实现了“所见即所得”的自动化版图功能，版图与原理图自动同步，大大提高了版图设计效率。同时,Ansoft,还能方便地与其他设计软件集成到一起，并可以和测试仪器连接，完成各种设计任务，主要应用于：射频和微波电路的设计，通信系统的设计，电路板和模块设计，部件设计。现在最新的版本是,Ansoft Designer v7.0,Ansoft Designer,微波电路和通信系统仿真软件,Ansoft Designer,微波电路和通信系统仿真软件,Advanced Design System,电子设计自动化软件,ADS,电子设计自动化（全称为,Advanced Design System,，是美国安捷伦（,Agilent,）公司所生产拥有的电子设计自动化软件。,ADS,功能十分强大，包含时域电路仿真,(SPICE-like Simulation),、频域电路仿真,(Harmonic Balance,、,Linear Analysis),、三维电磁仿真,(EM Simulation),、通信系统仿真,(Communication System Simulation),和数字信号处理仿真设计（,DSP,）；支持射频和系统设计工程师开发所有类型的,RF,设计，从简单到复杂，从离散的射频,/,微波模块到用于通信和航天,/,国防的集成,MMIC,，是当今国内各大学和研究所使用最多的微波,/,射频电路和通信系统仿真软件。,Microwave Office,仿真软件,Microwave Office,是由美国,AWR,（,Applied Wave Research,）公司开发，用于射频、微波电路设计及仿真的专业软件。他可以进行微波电路的线性、非线性仿真及电磁仿真，对电路进行分析、优化；还可以将原理图转换为布线图，最后生成印制线路板图。,Microwave Office,软件有很直观的用户界面，是进行微波电路的理论研究和工程应用的强有力工具，在通信、电子、航天等领域的各大研究所和公司有广泛的应用。,微波系统设计举例,举例：宽带接收机设计,限幅器,滤波器,低噪声放大器,斜率校正器,功分器,灵敏度控制组件,低噪声放大器,滤波器,耦合器,DLVA,限幅放大器,IFM,接收机,DRFM,模块,第二部分 天线应用技术,概述,天线（,antenna),是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。因此天线在无线电设备中的功能主要有两种：第一个是能量转换功能，第二个是定向辐射（或接收）功能。,常见天线,按天线辐射方式进行，适当考虑天线结构，按频段和应用等因素。我们将天线分为四