非线性微波电路与系统第十一章

1、LOGO 非线性电路与系统非线性电路与系统 电子工程学院电子工程学院 电磁场与微波技术电磁场与微波技术 主讲人：主讲人： 徐锐敏徐锐敏 （教授）（教授） Company name 第十一章第十一章 微波毫米波微波毫米波（高频前端子）（高频前端子）系统系统 1. 平衡电路 2. 微波电路部件的直接连接 3. 微波发射系统 4. 微波接收机 非线性电路与系统非线性电路与系统 5. 雷达系统 6. 通信系统 Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 element（元件）（元件）： R、L、C、传输线、负载、定向耦合器、功、传输线、负载、定向耦合器、功 分器、滤波器等，铁氧体类（环

2、行器，隔离器）等分器、滤波器等，铁氧体类（环行器，隔离器）等 device（器件）（器件）： 电真空器件（行波管，回旋管、返波管、磁控管等）电真空器件（行波管，回旋管、返波管、磁控管等） 半导体器件（二极管，三极管）半导体器件（二极管，三极管） Component or circuit（部件或电路）（部件或电路）： 器件和元件组合而成，完成某一特定的器件和元件组合而成，完成某一特定的电路功电路功 能能。如：放大器，混频器，振荡器等，包括。如：放大器，混频器，振荡器等，包括MMIC。 第十一章第十一章 微波毫米波非线性系统微波毫米波非线性系统第十一章第十一章 微波毫米波微波毫米波（高频前端子）（

3、高频前端子）系统系统 Company name 第一章第一章 微波毫米波（高频前端子）系统微波毫米波（高频前端子）系统 Subsystem or subassembly（子系统或组件）（子系统或组件）： 部分元件和电路的组合，完成某一部分元件和电路的组合，完成某一系统的部系统的部 分功能分功能。如：高频发射、接收子系统，本振混频。如：高频发射、接收子系统，本振混频 组件，天线子系统，组件，天线子系统，T/R组件等。组件等。 System（系统）（系统） 由若干元件和子系统组合，完成某一由若干元件和子系统组合，完成某一系统的系统的 全部功能全部功能。如：雷达系统、通信系统、导航系统、。如：雷达系

4、统、通信系统、导航系统、 电子对抗系统等。电子对抗系统等。 Company name 11.1 微波毫米波电桥的平衡电路微波毫米波电桥的平衡电路 非线性电路与系统非线性电路与系统 单个固态电路的不足单个固态电路的不足： （1）输出功率和动态范围小）输出功率和动态范围小; （2）会产生一些无法滤除的谐波和交调分量。）会产生一些无法滤除的谐波和交调分量。 平衡电路的优点平衡电路的优点： （1）输出功率和动态范围大）输出功率和动态范围大; （2）改善带宽及输入、输出驻波系数）改善带宽及输入、输出驻波系数; （3）对谐波和交调分量有）对谐波和交调分量有一定一定的抑制作用的抑制作用. Company n

5、ame 11.1.1 理想电桥特性理想电桥特性 非线性电路与系统非线性电路与系统 1. 3dB 180o电桥电桥 180 0011 0011 1 11002 1100 O S Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.1.1 理想电桥特性理想电桥特性 环行电桥环行电桥 功分器功分器 Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.1.1 理想电桥特性理想电桥特性 2. 3dB 90o电桥电桥 90 001 001 1 1002 100 O j j S j j Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.1.1 理想电桥特性理想电桥

6、特性 分支线电桥分支线电桥 3dB定向耦合器定向耦合器 （耦合线电桥）（耦合线电桥） Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性电桥耦合的电路组件特性 1. 180o电桥耦合的电路组件电桥耦合的电路组件 注：注：N1和和N2完全相同，完全相同，3dB180电桥为理想。电桥为理想。 Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性电桥耦合的电路组件特性 2 s i V V 2 Lo VV 2 s i I I 2 Lo II 13 () 2 in 24 () 2 out 输入端口反射系数输入端口反

7、射系数 输出端口反射系数输出端口反射系数 结论：输出功率提高结论：输出功率提高3dB；输出；输出/入阻抗同单个电路相同。入阻抗同单个电路相同。 Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性电桥耦合的电路组件特性 2. 90o电桥耦合的电路组件电桥耦合的电路组件（N1和和N2完全相同，完全相同，3dB90电桥为理想）电桥为理想） 特点特点：（：（1） 34 () 2 in 65 () 2 out （2）耦合不平衡度对频响特性的影响不严重）耦合不平衡度对频响特性的影响不严重 （3）输出功率提高）输出功率提高3dB （4）输出、输入阻抗与单个电路相

8、同）输出、输入阻抗与单个电路相同 Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性电桥耦合的电路组件特性 3. 非理想平衡的影响非理想平衡的影响 （1）等幅同相）等幅同相 12 2 0, 2 LLL L Le VVV V P R （2）不等幅，不同相）不等幅，不同相 1 2 2 2 1 0,1 1 (12 cos) 2 L L LuL V V PV R Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性电桥耦合的电路组件特性 4. 谐波和交调分量的抑制能力谐波和交调分量的抑制能力 （1）180o电桥电

9、桥 1122 2coscos S VVtVt 111122 221122 :( )coscos :( )cos()cos() i i NVtVtVt NVtVtVt 23 123 ( ).f va va va v 12 nm 12 nmnm 而非线性转移函数（电路）而非线性转移函数（电路） N1的输出频谱：的输出频谱： N2的输出频谱：的输出频谱： Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性电桥耦合的电路组件特性 因此：因此： 1）由于输出端口有）由于输出端口有180o相移，因此所有偶阶分相移，因此所有偶阶分 量（量（mneven）都被抑制

10、。）都被抑制。 2）所有奇阶分量都同相合成。）所有奇阶分量都同相合成。 3）如果输出端口用直接连接代替如果输出端口用直接连接代替180o电桥，则电桥，则 情况相反。情况相反。 Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性电桥耦合的电路组件特性 （2）90o电桥电桥 90o耦合电路的假信号抑制特性与耦合电路的假信号抑制特性与180o电桥的大不相同，电桥的大不相同， 采用同样的分析方法，由采用同样的分析方法，由 111122 221122 :( )coscos :( )cos()cos() 22 i i NVtVtVt NVtVtVt 23 12

11、3 ( ).f va va va v 12 nm 12 22 nmnm 而非线性转移函数（电路）而非线性转移函数（电路） N1的输出频谱：的输出频谱： N2的输出频谱：的输出频谱： Company name 可得：可得： v1）输出二阶混合分量具有）输出二阶混合分量具有90o的相差，具有的相差，具有 3dB的抑的抑制能力。制能力。 v2）某些（不是全部）三阶混合分量可被抑制，）某些（不是全部）三阶混合分量可被抑制， 如如212和和2 2 1的三阶交调分量可被的三阶交调分量可被 抑制，而抑制，而2 1 2和和2 2 1的三阶交的三阶交 调分量不被抑制。调分量不被抑制。 作业：作业：1）请证明之。

12、）请证明之。 2）输入和输出网络混合使用）输入和输出网络混合使用180和和90 电桥，交调混合分量将如何被抑制？电桥，交调混合分量将如何被抑制？ 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性电桥耦合的电路组件特性 Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性电桥耦合的电路组件特性 m个相同电路部件合成，其遮断点增加个相同电路部件合成，其遮断点增加10lgm（dB）。）。 则平衡电路的遮断点比单个二端口电路的遮断点增大则平衡电路的遮断点比单个二端口电路的遮断点增大3dB， 且与阶次无关。且与阶次无关。 5. 交调遮断点交调遮断点 Company nam

13、e 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接微波电路部件的直接连接 1.反向并联反向并联 23 234 ( ). (). A B If vavbvcv Ifvavbvcvdv 有有 Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接微波电路部件的直接连接 总的外部电流：总的外部电流： 3 22. AB IIIavcv A与与B之间的环流：之间的环流： 24 . loopAB IIIbvdv 结论：结论：1）偶阶和奇阶混合分量被分开，偶阶）偶阶和奇阶混合分量被分开，偶阶 电流在环路内环流，而奇阶电流在电流在环路内环流，而奇阶电流

14、在 外电流中环流。外电流中环流。 2）奇阶介入阻抗为真实值的两倍，而）奇阶介入阻抗为真实值的两倍，而 偶阶介入阻抗为偶阶介入阻抗为0。 思考题：交调分量有何种特性？思考题：交调分量有何种特性？ Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接微波电路部件的直接连接 2.反向串联（反向并联的对偶形式）反向串联（反向并联的对偶形式） Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接微波电路部件的直接连接 则则 AB VVV 24 3 22. 22. LAB loopAB IIIbvdv IIIavcv 结论结论

15、：1）奇阶电流在环内，偶阶电流在外电路中）奇阶电流在环内，偶阶电流在外电路中 2）偶阶介入阻抗为）偶阶介入阻抗为Z（ ）2RL，而奇阶，而奇阶 为为Z（ ） 思考题：交调分量有何种特性？思考题：交调分量有何种特性？ Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接微波电路部件的直接连接 类似于反向并联电路，只是串联电路输出的是偶类似于反向并联电路，只是串联电路输出的是偶 阶分量，而不是奇阶分量阶分量，而不是奇阶分量 3. 串联连接串联连接 Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接微波电路部件的直接连

16、接 N1、N2的特性必须一致。的特性必须一致。 4. 两个而端口电路部件直接并联两个而端口电路部件直接并联 Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接微波电路部件的直接连接 特点特点：1）对任何谐波或任何阶的混合分量都没有）对任何谐波或任何阶的混合分量都没有 抑制作用。抑制作用。 2）交调遮断点和输出功率可以得到）交调遮断点和输出功率可以得到3dB的的 改善。改善。 3）增益和噪声不变。）增益和噪声不变。 4）单个电路的输入和输出阻抗值应为）单个电路的输入和输出阻抗值应为Zs （ ）和）和 ZL（ ）的一半。）的一半。 Company name

17、 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接微波电路部件的直接连接 5. m个个相同相同二端口电路部件直接并联二端口电路部件直接并联 Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接微波电路部件的直接连接 特点特点： 1）对任何谐波或任何阶的混合分量都没有抑制作用。）对任何谐波或任何阶的混合分量都没有抑制作用。 2）交调遮断点和输出功率可以得到）交调遮断点和输出功率可以得到 10lgm 的改善。的改善。 3）增益和噪声不变。）增益和噪声不变。 4）单个电路的输入和输出阻抗值应为）单个电路的输入和输出阻抗值应为Zs（ ）和）和

18、ZL（ ）的）的1/m Company name 微波系统微波系统 2 2、m m个二端口电路部件直接级联个二端口电路部件直接级联 N1N2Nm 各电路部件的技术指标为Gi ，NFi ，ICPi ， P1dBi。如果某电路部件Ni是线性的，则有： G=Loss (dB) NF=Loss(dB) ICP3= P1dB= Company name 微波系统微波系统 其系数与指数的换算关系如下：其系数与指数的换算关系如下： G=10Log(GG=10Log(G指数）指数） dBdB NF=10Log(FNF=10Log(F指数）指数）dBdB 可得一下系统指标计算公式：可得一下系统指标计算公式： G

19、 Gt t=G=G1 1+ G+ G2 2+ + + G + Gm m （dBdB） F Ft t=F=F1 1+ + （系数）（系数） ( (非线性非线性) ) 特别注意是在各级都没有饱和前提下特别注意是在各级都没有饱和前提下 三阶交调：三阶交调： (ICPt)(ICPt) 1 1=(ICP =(ICPM M) ) -1 -1（ （G GM MICPICPM-1 M-1） ）-1 -1 (G(GM MG GM-1 M-1ICP ICPM-2 M-2) ) -1 -1 （G GM MG G2 2ICPICP1 1）-1 -1 1121 3 1 2 111 m m GG F GG F G F 1

20、1111121211 11111 dBtdBmmdBmmmdBmmmdBPPG PG GPG GG P Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接微波电路部件的直接连接 例：例： G=10dB NF=3dB P1dB10dBm ICP3=20dBm L=3dB L=6dB P1dB0dBm ICP3=15dBm L=3dB G=20dB NF=4dB P1dB15dBm ICP3=25dBm G=12dB NF=4dB P1dB30dBm ICP3=40dBm L=2dB NF3dB P1dB= ICP3= NF3dB P1dB= ICP3=

21、NF2dB P1dB= ICP3= A1L1MixerL2A2A3L3 LO Company name 非线性电路与系统非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接微波电路部件的直接连接 解：解： 1112233 28 AMAA GGLLLGGLdB NFt7.7 dB （注意先将（注意先将dB换成系数带入公式计算，最后再换算为换成系数带入公式计算，最后再换算为dB） 11 3 ()(31.6) t ICPdBm P1dB是对输出功率而言的，输出是对输出功率而言的，输出P1dB是由后向前推的。是由后向前推的。 分析过程：分析过程：A3的的P1dB30dBm，而，而G12dB，则输入为，则

22、输入为18dBm；而；而A2的的 P1dB只有只有15dBm，所以，所以A2饱和；继续往前推，未出现饱和。因此以饱和；继续往前推，未出现饱和。因此以A2为基为基 准分析，准分析，A3的最大输入为的最大输入为A2的的P1dB，则，则A3最大的输出只有最大的输出只有15dBm12dB 27dBm，经过，经过L3的的2dB损耗，总输出只有损耗，总输出只有25dBm；系统最大的输入功；系统最大的输入功 率为率为 Pimax1520363103dBm 注：系统设计时，总是把线性度最大的放在最后一级。注：系统设计时，总是把线性度最大的放在最后一级。 Company name 11.3微波发射系统微波发射系

23、统 微波发射系统微波发射系统 应用：雷达通信电子对抗 等无线系统 本振 上变频器BPF功放 天线 中频调制信号 Company name 主要指标： 工作频段：工作频段： 若若f高高f宽，通信容量大。宽，通信容量大。 以系统体制和作用以系统体制和作用 距离及环境而定。以距离及环境而定。以P1dB （常用于通信）或输出饱（常用于通信）或输出饱 和功率和功率PSAT（常用于脉冲（常用于脉冲 雷达）定义。雷达）定义。 天线方向图尖锐，而体积小；天线方向图尖锐，而体积小； 但电磁波的空间衰减但电磁波的空间衰减(雨、雪、雨、雪、 雾等）大，接收机的噪声也高。雾等）大，接收机的噪声也高。 无委会使用频率划

24、分。无委会使用频率划分。 输出功率及发射功率：输出功率及发射功率： 11.3微波发射系统微波发射系统 Company name 频率稳定度：频率稳定度： 取决于本振的频率稳定度。由系统体制和信号质量来定。取决于本振的频率稳定度。由系统体制和信号质量来定。 目前一般微波振荡器频稳好者可达目前一般微波振荡器频稳好者可达10 5 210 6左右。 左右。 若需要更好的长稳，得采用石英晶体控制的锁相振荡器，其若需要更好的长稳，得采用石英晶体控制的锁相振荡器，其 稳定度基本取决于石英晶体振荡器，可大稳定度基本取决于石英晶体振荡器，可大10-9以上。以上。 干扰与噪声：干扰与噪声： 包括相位噪声、交调干扰

25、噪声等。包括相位噪声、交调干扰噪声等。 相位噪声产生于本振，体现振荡器瞬时频稳（短稳）的质量，相位噪声产生于本振，体现振荡器瞬时频稳（短稳）的质量， 表示信号的频谱纯度。交调干扰噪声主要产生于本振、上变表示信号的频谱纯度。交调干扰噪声主要产生于本振、上变 频器、功放的非线性特性，以及微波部件之间的回波反射。频器、功放的非线性特性，以及微波部件之间的回波反射。 （如果每个部件的输入输出不好需加隔离器）。（如果每个部件的输入输出不好需加隔离器）。 11.3微波发射系统微波发射系统 Company name 交调失真：交调失真： 取决于上变频器和功放的非线性特性，最主要的交调失取决于上变频器和功放的

26、非线性特性，最主要的交调失 真是真是3阶交调，因为它最靠近载波信号，难于滤掉，并阶交调，因为它最靠近载波信号，难于滤掉，并 且比其他高阶交调分量高。且比其他高阶交调分量高。 信号源1 信号源2 合成器被测件频谱仪 f1 f2 图五、非线性电路交调测试方法 11.3微波发射系统微波发射系统 Company name ICPN(dBm)= 式中：式中：ICPN是第是第n阶交调点功率（阶交调点功率（dBm）；）；S是交调分量与载波之是交调分量与载波之 比比(dB)；P是载波功率电平（是载波功率电平（dBm）；）；N是交调阶数。是交调阶数。 P N S 1 P f f1 f2 f2-f1 2f1-f2

27、 2f2-f1 3f1-2f2 3f2-2f1 2f1 2f2 f1+f2 P S f1f2 2f1-f2 2f2-f1 11.3微波发射系统微波发射系统 Company name 微波发射频谱框架微波发射频谱框架 由于通信、雷达、导航等业务的大力发展，微波频段由于通信、雷达、导航等业务的大力发展，微波频段 十分拥挤，使得频率资源更为紧张。目前提高频谱利用率和十分拥挤，使得频率资源更为紧张。目前提高频谱利用率和 避免邻近波段干扰要求越来越严，因此对微波发射机的发射避免邻近波段干扰要求越来越严，因此对微波发射机的发射 信号频谱加以严格限制，使之不占用过宽频带，对邻近波段信号频谱加以严格限制，使之

28、不占用过宽频带，对邻近波段 干扰甚微。对发射信号频谱的限制范围叫发射频谱框架，靠干扰甚微。对发射信号频谱的限制范围叫发射频谱框架，靠 滤波器的滤波特性来保证。滤波器的滤波特性来保证。 例如例如11GHz的数字通信，可用带宽为的数字通信，可用带宽为40MHz，带外抑，带外抑 制要求高达制要求高达-80dBc。 另外，还有群时延，另外，还有群时延，AM/AM、AM/PM、传输相位、散、传输相位、散 热等不同要求。热等不同要求。 11.3微波发射系统微波发射系统 Company name 11.4微波接收系统微波接收系统 微波接收系统 主要性能指标：主要性能指标： 、工作频段和通频带：工作频段和通频

29、带： 主要取决于检测频带（无源辐射计）、或发射机主要取决于检测频带（无源辐射计）、或发射机 频带（固定点）及多普勒频漂（移动目标）。为频带（固定点）及多普勒频漂（移动目标）。为 了有效抑制干扰、获得最佳信号传输，应选择合了有效抑制干扰、获得最佳信号传输，应选择合 适的通频带和通带形式，由滤波特性来保证。适的通频带和通带形式，由滤波特性来保证。 LNA 带通滤波器带通滤波器 BPF 镜频抑制滤波器镜频抑制滤波器 BPF 低通滤波器低通滤波器 LPF A 本振本振 混频器混频器 Mixer 低噪声放大器低噪声放大器 LNA 前中前中 天 线 中频输出中频输出 0 2 f c V f r d Com

30、pany name 噪声系数：噪声系数： 噪声系数是接收机的重要技术指标。由多个微波部件噪声系数是接收机的重要技术指标。由多个微波部件 级联的接收系统，其系统噪声主要是取决于前面几级，因级联的接收系统，其系统噪声主要是取决于前面几级，因 此要求前几级的无源元件插入损耗尽可能小、有源电路噪此要求前几级的无源元件插入损耗尽可能小、有源电路噪 声系数尽可能低且有足够增益。声系数尽可能低且有足够增益。 . 接收机总增益接收机总增益Gt ： 增益之和减去损耗之和，注意低噪声器件尽量位于前级，增益之和减去损耗之和，注意低噪声器件尽量位于前级， 而而P1dB较大器件位于末级。较大器件位于末级。 本振频率稳定

31、度：本振频率稳定度： 包括长稳和短稳（与发射机相同）。接收机和发射机可以包括长稳和短稳（与发射机相同）。接收机和发射机可以 用两个独立的振荡器，也可共用同一振荡器，需从系统体用两个独立的振荡器，也可共用同一振荡器，需从系统体 制（是否相参）和方便考虑。制（是否相参）和方便考虑。 寄生参数：寄生参数： 包括带内谐波和杂散，由电路的非线性特性产生。包括带内谐波和杂散，由电路的非线性特性产生。 11.4微波接收系统微波接收系统 Company name 动态范围：动态范围： 接收机灵敏度（接收最小信号的能力）到接收机灵敏度（接收最小信号的能力）到1dB压缩点的范压缩点的范 围。围。 接收机灵敏度：主

32、要由噪声、增益和中频带宽等决定。接收机灵敏度：主要由噪声、增益和中频带宽等决定。 式中式中fm系统中频带宽；绝对温度系统中频带宽；绝对温度T0=290K 识别系数识别系数M1 另外还有其他指标，如镜频抑制度，输入/输出驻波， 三阶交调，抗烧毁输入功率，自动增益控制等。 Pmin=NF (kT0fm) M Company name 11.5雷达系统雷达系统 雷达方程： 雷达系统举例 式中：Pr接收功率；Pt发射功率；G发射天线增益；R距离； Ae接收天线的有效面积； 雷达目标的截面积 22 44R A R GP P et r 如果收发共同一付天线，有 ，再由最小可检测信号Smin代替 Pr，可求

33、得雷达的最大作用距离： 2 2 4 s A 2 4 e A G 2 4 e A G Smin= 4/1 0 3 22 max )4( LdFkT GE R t BtBdFkT/ 0 式中： 发射的每个脉 冲的总能量；L考虑的损耗项； d所要求的检测指标 tPE tt Company name 收发开关发射机调制器 显示器 检波器 定时器 LNA 视放 中放 本振 天线 11.5雷达系统雷达系统 脉冲（脉冲（PDPD）雷达原理方框图）雷达原理方框图 Company name 信号处理 双工滤波 功放 调制 同步器 显示 激励器 中放前放混频 伺服 典型脉冲雷达方框图 11.5雷达系统雷达系统 C

34、ompany name VCO或 点频源 耦合器 环行器 混频器 前中 天线 中频输出 fd这种FMCW雷达应用很 少的原因的解决措施： 零中频不知的正与负， 即不知目标运动的矢量 方向（可通过高中频、 三角波形调制解决）。 由于环形器隔离度不 够大，接收路饱和严重， 即动态范围太小。（可 采用双天线和对消技术， 目前可对消70dB左右。 FMCW雷达的简易原理方框图 零中频系统 11.5雷达系统雷达系统 线性调频连续（线性调频连续（FMCW）波雷达）波雷达 Company name VCO或 点频源 耦合器 环行器 混频器 前中 天线 中频输出 fm fd FMCW雷达的简易原理方框图 高中

35、频系统 11.5雷达系统雷达系统 线性调频连续（线性调频连续（FMCW）波雷达）波雷达 fm fo fo+fm f t f2 f1 t0 2t03t0 f t f2 f1 t02t0 锯齿波调制 三角波调制 对消器 Company name 相控阵系统（雷达）中的相控阵系统（雷达）中的T/R组件组件 高频收发前端高频收发前端无线电系统中的收无线电系统中的收/ /发高频前端子系统的一发高频前端子系统的一 般性名称，可有可无移相功能，但须有上下变频功能。般性名称，可有可无移相功能，但须有上下变频功能。 T/RT/R组件（模块）组件（模块）专指用于相控阵系统（雷达）的高频收专指用于相控阵系统（雷达）

36、的高频收 发前端，必须具有移相功能，可不必变频。发前端，必须具有移相功能，可不必变频。 单刀双掷开 关或环行器 单刀双掷开 关或环行器 幅相控制 功 分 合 路 器 低噪声放大器 功率放大器 Company name 通信方程（通信方程（Friis Equation) kdfGG P P dBL RT R T F 10101010 10 log20log20log10log10 )(log10)( 其中其中 PR接收功率；接收功率； PT发射功率；发射功率； GT 发射天线增益；发射天线增益； GR 发射天线增益；发射天线增益； c 光速；光速；f 频率；频率；d 收收/发天线距离发天线距离

37、56.147) 103 4 (log20) 4 (log20 8 1010 c k 11.6 通信系统通信系统 Company name 11.6 通信系统通信系统 通讯系统举例通讯系统举例 目前：收发异频双工，相位调制、数字微波目前：收发异频双工，相位调制、数字微波 以以C波段波段 VSAT户外系统户外系统极小口径终端卫星地面站为例。极小口径终端卫星地面站为例。 系统技术指标：系统技术指标： 发射频率：发射频率：5.9256.425GHz 接收频率：接收频率：3.74.2GHz 输入输入/输出中频：输出中频：7018MHz 信道划分：信道划分：50个（个（10MHz）；）；100个（个（5M

38、Hz）；）；200个个 (2.5MHz） 发射功率：发射功率：5，10，20，40W50W，80W Company name C波段VSAT户外系统方框图 11.6 通信系统通信系统 5.9256.425GHz 3.74.2GHz 4.74255.2425 GHz 1.1125GHz PLL 频综 双工滤波 HPABPF2 上变频器2 放大器 BPF1 上变频器1 中放 中放 LPF 下变频器2 LNA BPF3 放大器 下变频器1 镜频滤波 户内系统 7018MHz 7018MHz Company name 11.711.7导弹制导技术导弹制导技术 1、主动制导技术：导弹自带导引头雷达，具有

39、发、主动制导技术：导弹自带导引头雷达，具有发 射和接收功能，主动跟踪攻击目标。射和接收功能，主动跟踪攻击目标。 2、半主动制导技术：由地面雷达（或卫星、飞机）、半主动制导技术：由地面雷达（或卫星、飞机） 测量导弹和目标的位置和飞行轨迹，并发指令给测量导弹和目标的位置和飞行轨迹，并发指令给 导弹，引导导弹攻击目标。导弹，引导导弹攻击目标。 3、被动制导技术：、被动制导技术： a、反辐射导引头：仅具有接收测向功能，根据、反辐射导引头：仅具有接收测向功能，根据 敌方雷达发射的电磁波或飞行器发动机发射的红敌方雷达发射的电磁波或飞行器发动机发射的红 外线，跟踪攻击目标，接收灵敏度不高。外线，跟踪攻击目标

40、，接收灵敏度不高。 b、辐射计导引头：仅具有接收测向功能，根据、辐射计导引头：仅具有接收测向功能，根据 黑体辐射理论，测量目标自身发射的微弱电磁频黑体辐射理论，测量目标自身发射的微弱电磁频 谱信号，跟踪攻击目标，接收灵敏度很高。谱信号，跟踪攻击目标，接收灵敏度很高。 Company name 11.8电子对抗（雷达对抗）电子对抗（雷达对抗） 雷雷 达达 有有 意意 干干 扰扰 有有 源源 干干 扰扰 无无 源源 干干 扰扰 遮盖性干扰遮盖性干扰 欺骗性干扰欺骗性干扰 噪声调幅干扰噪声调幅干扰 复合调频干扰复合调频干扰 噪声调相干扰噪声调相干扰 距离欺骗干扰距离欺骗干扰 角度欺骗干扰角度欺骗干扰

41、 速度欺骗干扰速度欺骗干扰 遮盖性干扰遮盖性干扰 欺骗性干扰欺骗性干扰 金属箔条走廊干扰金属箔条走廊干扰 金属箔条区域干扰金属箔条区域干扰 反雷达伪装反雷达伪装 雷达诱饵雷达诱饵 Company name 一、微波电路与组件的发展趋势一、微波电路与组件的发展趋势 u微波微波 / /毫米波电路发展史毫米波电路发展史 波导立体 电路 平面混合 集成电路 MMIC MCM SOC 第一代第二代第三代第四代 SIP SOP 多功能芯片、多功能芯片、MEMS 3.5代 Company name 波导 同轴线 真空电子 器件 微波电路 电路形式 有源器件 后期为同轴封装的后期为同轴封装的 固态器件固态器件

42、 二、第一代微波电路二、第一代微波电路波导立体电路波导立体电路 优点：优点：品质因数高，损耗低，机械结构牢固，功率容量高。品质因数高，损耗低，机械结构牢固，功率容量高。 缺点：缺点：体积大，笨重、加工工艺和调试过程复杂，环境适体积大，笨重、加工工艺和调试过程复杂，环境适 应性差，相应成本高，难以集成。应性差，相应成本高，难以集成。 波导电路的理论分析和计算设计问题已完善，主要精波导电路的理论分析和计算设计问题已完善，主要精 力集中在工艺制作上，仅应用于大功率、高力集中在工艺制作上，仅应用于大功率、高QQ值情况。值情况。 u波导立体电路 Company name 微波混合 集成电路 同轴线真空电

43、子器件波导 微波半导 体器件 平面传输 线 小型化 重量轻 耗能少 成本较 低 三、第二代微波电路三、第二代微波电路 HMIC HMIC u微波混合集成电路微波混合集成电路(HMIC)(HMIC) 采用薄膜或厚采用薄膜或厚 膜、印制板工膜、印制板工 艺制作无源元艺制作无源元 件和线路，再件和线路，再 把微波固态器把微波固态器 件装配到电路件装配到电路 中，实现微波中，实现微波 电路集成化电路集成化 （SMTSMT）。）。 目前，微波混合集成电路的理论问题已趋完善，目前，微波混合集成电路的理论问题已趋完善， 重点在工程上的巧妙应用，是当今的主流。重点在工程上的巧妙应用，是当今的主流。 Compa

44、ny name 四、第三代微波电路四、第三代微波电路 MMIC MMIC、MCMMCM 到了到了2020世纪世纪7070年代后期出现了以单片微波集年代后期出现了以单片微波集 成电路成电路(MMIC)(MMIC)和多芯片组件和多芯片组件(MCM(MCM）为代表的）为代表的 第三代微波电路。同时出现了第三代微波电路。同时出现了RF CMOSRF CMOS、FRICFRIC、 RFIDRFID、RF MEMSRF MEMS，大大丰富了第三代微波电路大大丰富了第三代微波电路 的内容，使小型化又前进了一步。的内容，使小型化又前进了一步。其中，多功能其中，多功能 芯片是第三代微波电路向第四代发展的芯片是第

45、三代微波电路向第四代发展的过渡阶段。过渡阶段。 Company name 4.1 微波单片集成电路(MMIC) 工作频带 加宽 半导体理论 的发展 半导体工 艺的成熟 III-V族材料 制备的完善 体积、重量 比HMIC减少 两三个数量 级 可靠性大 大改善 器件成品 率的提高 MMIC 有源和无源部 分都制作在同 一衬底上 微波单片集成电路是在半绝缘半导体衬底上用一系列的半导体微波单片集成电路是在半绝缘半导体衬底上用一系列的半导体 工艺方法制造出无源和有源元器件，并连接起来构成应用于微工艺方法制造出无源和有源元器件，并连接起来构成应用于微 波（甚至毫米波）频段的功能电路，波（甚至毫米波）频段

46、的功能电路，I/OI/O均为均为5050欧姆。欧姆。 Company name M MMICMIC的设计与制造的设计与制造 Company name 4.24.2多芯片组件多芯片组件(MCM)(MCM) u多芯片组件多芯片组件(MCM)(MCM) v MCMMCM（MultiChipMultiChip Module Module）：多芯片组件），是把多块裸露的）：多芯片组件），是把多块裸露的IC IC 芯片组装在同芯片组装在同 一块多层高密度互连基板上，形成一个多芯片功能组件。层与层的金属导线是用一块多层高密度互连基板上，形成一个多芯片功能组件。层与层的金属导线是用 导通孔连接的。这种组装方式

47、允许芯片与芯片靠得很近，可以降低互连和布线中导通孔连接的。这种组装方式允许芯片与芯片靠得很近，可以降低互连和布线中 所产生的信号延迟、串扰噪声、电感电容耦合等问题。所产生的信号延迟、串扰噪声、电感电容耦合等问题。 v 提高组装密度，缩短互连长度，减少信号延迟时间，减小体积，减轻重量，提高提高组装密度，缩短互连长度，减少信号延迟时间，减小体积，减轻重量，提高 可靠性。可靠性。 v 可实现真正意义上器件和电路的三维集成。可实现真正意义上器件和电路的三维集成。 Company name 多芯片组件多芯片组件(MCM)(MCM) MCM结构示意及技术领域 Company name LTCCLTCC技术

48、技术 LTCC LTCC 技术，是技术，是MCM-CMCM-C中的一种最有发展前途的技中的一种最有发展前途的技 术，因其在高频表现出优异的性能，已经成为微波术，因其在高频表现出优异的性能，已经成为微波 毫米波高密度集成技术研究发展的热点。毫米波高密度集成技术研究发展的热点。 800 950oC Co-fired(叠层共烧) 生瓷带 金属导体(Au. Ag. Cu) Dupont Ferro Ceramic(陶瓷基板) Low Temperature u低温共烧陶瓷低温共烧陶瓷(LTCC)(LTCC) Company name 多层高密度封装 可埋置无源器件 采用并行加工工艺, 批量生产成本低

49、小型化、高可靠、低成本小型化、高可靠、低成本、 性能良好的微波电路性能良好的微波电路 工艺流程图 LTCCLTCC的特点的特点 Company name 4.34.3多功能芯片多功能芯片 所谓多功能芯片，就是包含两个或两个以上功能电路功能的所谓多功能芯片，就是包含两个或两个以上功能电路功能的 MMICMMIC芯片，是第三代微波电路向第四代发展的芯片，是第三代微波电路向第四代发展的过渡阶段过渡阶段。 v优势优势 成本和面积进一步减小；成本和面积进一步减小； 缩短互连长度，提高电路性能；缩短互连长度，提高电路性能； 减少片外互连，提升可靠性。减少片外互连，提升可靠性。 v主要技术指标主要技术指标

50、频率和带宽频率和带宽 综合性能指标：增益、输出功率、噪声系数和相位噪声等综合性能指标：增益、输出功率、噪声系数和相位噪声等 功耗功耗 芯片面积芯片面积 Company name v 微波微波/ /毫米波多功能芯片所采用的工艺主要有：毫米波多功能芯片所采用的工艺主要有： 1. 1. CMOSCMOS工艺工艺 a) Si CMOSa) Si CMOS：低功耗和高集成度；：低功耗和高集成度； b) b) SiGeSiGe HBT HBT：较好的线性度和更高的速度；：较好的线性度和更高的速度； c) c) SiGeSiGe 双极互补金属氧化半导体双极互补金属氧化半导体( (BiCMOSBiCMOS)

51、)更是结合了更是结合了 CMOSCMOS和和HBTHBT的优势。的优势。 2.2. - - 族化合物半导体工艺族化合物半导体工艺 a) a) GaAsGaAs pHEMT/mHEMTpHEMT/mHEMT 及其及其E/D E/D 模模工艺兼容；工艺兼容； b) b) 低噪声和功率器件低噪声和功率器件同片同片材料与工艺材料与工艺兼容兼容。 3.3. GaNGaN化合物半导体及其化合物半导体及其E/DE/D模模工艺工艺 4.4. 石墨烯工艺石墨烯工艺 4.3多功能芯片的工艺 Company name 在在CMOSCMOS多功能芯片多功能芯片上，由于市场的推动（低成本），微上，由于市场的推动（低成本

52、），微 波低端、波低端、60GHz60GHz频段和频段和77GHz77GHz频段的芯片已经比较成熟，频段的芯片已经比较成熟， 但在其他微波但在其他微波/ /毫米波频段，性能仍与毫米波频段，性能仍与GaAsGaAs有较大差距。有较大差距。 在在GaAsGaAs多功能芯片多功能芯片上，毫米波中低频段（上，毫米波中低频段（40GHz40GHz以下）以下） 产业已经出现，而目前毫米波中高频段（产业已经出现，而目前毫米波中高频段（40GHz40GHz以上）以上） 产业正成为学术界与工业界的热点。产业正成为学术界与工业界的热点。InPInP多功能芯片还未多功能芯片还未 见相关报道。见相关报道。E/DE/D

53、模工艺模工艺的进一步发展，必将推动化合物的进一步发展，必将推动化合物 半导体多功能芯片的集成度。半导体多功能芯片的集成度。 在在新兴工艺新兴工艺方面，方面，GaNGaN 多功能芯片多功能芯片工艺已经获得突破，工艺已经获得突破， 但集成度和性能上仍有待进一步研究；但集成度和性能上仍有待进一步研究；石墨烯石墨烯已经有单已经有单 片电路报道，距离实际应用还有较大差距，仍处在研究片电路报道，距离实际应用还有较大差距，仍处在研究 初期，多功能芯片还未见相关报道。初期，多功能芯片还未见相关报道。 多功能芯片国外发展动态 Company name 在在CMOSCMOS多功能芯片多功能芯片上，国内大陆仍处在发

54、展初期，上，国内大陆仍处在发展初期， 主要仍在微波频段的相关芯片研究，还未见毫米波频主要仍在微波频段的相关芯片研究，还未见毫米波频 段的相关报道。中国台湾已经有段的相关报道。中国台湾已经有60GHz60GHz的相关芯片报的相关芯片报 道。道。 在在GaAsGaAs多功能芯片多功能芯片上，上，基于国内大陆工艺线基于国内大陆工艺线的芯片已的芯片已 经在毫米波频段上取得较大突破，经在毫米波频段上取得较大突破，基于国外工艺线设基于国外工艺线设 计计的芯片，已经在毫米波频段有相关报道，但集成度的芯片，已经在毫米波频段有相关报道，但集成度 仍有待提高。中国台湾已经在仍有待提高。中国台湾已经在KaKa波段取

55、得较好的成果，波段取得较好的成果， 但毫米波频段报道较少。但毫米波频段报道较少。 在在新兴工艺新兴工艺方面，方面，GaNGaN器件仍处在单元电路和器件研器件仍处在单元电路和器件研 究上，多功能芯片还未见有相关报道；石墨烯仍处在究上，多功能芯片还未见有相关报道；石墨烯仍处在 材料和器件制备研究阶段，微波材料和器件制备研究阶段，微波/ /毫米波频段器件还未毫米波频段器件还未 见相关报道。见相关报道。 多功能芯片国内发展动态 Company name 4.4 MEMS技术 Company name MEMSMEMS在微波中的应用在微波中的应用 vRFMEMSRFMEMS开关开关 MEMS MEMS开

56、关最大的特点是插损小、开关最大的特点是插损小、 频带宽。但速度慢、寿命有限。频带宽。但速度慢、寿命有限。 vMEMSMEMS滤波器滤波器 国内开发了微型国内开发了微型MEMSMEMS硅腔滤波器，体硅腔滤波器，体 积是传统腔体滤波器的几百分之一，重积是传统腔体滤波器的几百分之一，重 量是其几千分之一。特别适合毫米波高量是其几千分之一。特别适合毫米波高 端。端。 v MEMSMEMS集成时钟集成时钟 MEMSMEMS集成时钟将使现在庞大的铷原子集成时钟将使现在庞大的铷原子 钟、晶振等时钟元器件得以集成，体积、钟、晶振等时钟元器件得以集成，体积、 重量以百倍、千倍地减小，而基本指标重量以百倍、千倍地减小，而基本指标 基本不变甚至更好。另基本不变甚至更好。另MEMSMEMS陀螺。陀螺。 Company name 五、第四代微波电路五、第四代微波电路 SOC SOC、SIPSIP、SOPSOP v SOCSOC（System on ChipSystem on Chip）技术，是一种高度集成化、固件化的）技术，是一种高度集成化、固件化的 系统