微波集成电路与系统-教学大纲

《微波集成电路与系统》课程教学大纲课程英文名称：MicrowaveIntegratedCircuitandSystem课程代码：G0201640/W0201940学时数：64 学分数：4课程类型：专业核心课程课程性质：必修适用学科专业：电子科学与技术、电磁场与无线技术先修课程：《电磁场理论》、《电磁场数学方法》、《微波技术基础》课程负责人：林先其执笔者：林先其 编写日期：2025.10 审核人：樊勇一、课程简介《微波集成电路与系统》是电子科学与技术和电磁场与无线技术专业的核心课程。本课程以各种微波集成电路工作原理介绍和基本电路设计为主要目标，并结合其在无线系统中的系统应用，突出结论而简化繁杂的理论分析与数学推导，在实验内容上注重微波集成电路的工程设计与测试训练，以培养学生的分析问题能力和解决问题能力，提高学生的综合应用能力。MicrowaveIntegratedCircuitsandSystemsisacorecourseformajorsinelectronicscienceandtechnology,andelectromagneticfieldsandwirelesstechnology.Themainobjectiveofthiscourseistointroducetheworkingprinciplesandbasiccircuitdesignofvariousmicrowaveintegratedcircuits,andcombinetheirsystematicapplicationinwirelesssystemstohighlightconclusionsandsimplifycomplicatedtheoreticalanalysisandmathematicaldeduction.Intermsofexperimentalcontent,itpaysattentiontotheengineeringdesignandtestingtrainingofmicrowaveintegratedcircuits,soastocultivatestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblems,andimprovestudents'comprehensiveapplicationability.二、课程目标（一）课程目标本课程的学习目标是：知识目标：通过本课程学习，使学生了解微波系统的工作原理，熟悉各种常用微波半导体器件的种类、工作机理、器件模型参数以及物理意义，掌握微波集成电路的基本原理、主要特点和功能、主要性能指标、设计方法与准则和系统应用。能力目标：通过本课程学习，让电子科学与技术、电磁场与无线技术等专业学生具备微波电路的基础知识、基本设计和实验能力。素质目标：通过本课程学习，为从事电子科学与技术、电磁场与无线技术领域相关工作打下基础。Thegoalofthiscourseincludes：Knowledgegoal：Throughthestudyofthiscourse,thestudentscanunderstandtheworkingprincipleofmicrowavesystem,clarifythetypes,workingmechanism,devicemodelparametersandphysicalsignificanceofvariouscommonlyusedmicrowavesemiconductordevices,andmasterthebasicprinciple,maincharacteristicsandfunctions,mainperformanceindicators,designmethodsandcriteriaandsystemapplicationsofmicrowaveintegratedcircuits.Capabilitygoal：Throughthestudyofthiscourse,thestudentswhoaremajoringinelectronicscienceandtechnology,andelectromagneticfieldandwirelesstechnology,cancatchthebasicknowledges,basicdesignandexperimentalabilityofmicrowavecircuits.Qualitygoal：Throughthestudyofthiscourse,thestudentscangetafoundationfortheworkrelatedtoelectronicscienceandtechnology,andelectromagneticfieldandwirelesstechnology.（二）课程目标对毕业要求的支撑课程目标与毕业要求的对应关系（相关毕业要求参见学院人才培养方案）课程目标毕业要求（与培养方案相对应）1专业基础与工程能力2问题分析能力3解决问题能力4承担社会责任5团队合作能力6终身学习能力目标1:知识目标HHM目标2：能力目标HMHM目标3：素质目标HM 注：表中H表示强支撑、M表示中等支撑、L表示弱支撑。（三）课程思政育人目标将社会主义核心价值观融入知识传授中，认清微波集成电路与系统行业国际国内现状，理解国家在微波集成电路与系统领域的重大需求，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。三、课程内容安排和要求（一）教学内容和要求（56学时）第一章：引言（2学时）内容：简单介绍微波的频段划分，微波频谱资源的基本特点，微波电路与无线系统的发展历史、发展趋势及其应用。要求：了解该章内容，从发展的眼光看待微波集成电路与系统，增强学习的目的性。方法：以课堂讲授为主。第二章：微波系统简介（8学时）内容：介绍微波系统的工作原理，发射子系统以及接收子系统的基本组成、基本功能，描述微波系统性能的主要参数及定义，微波系统主要功能电路的作用，微波信号在大气中的传播特性，微波系统中的噪声与失真。要求：了解典型微波系统的工作原理（以通信系统、雷达系统前端为例）；理解信号在微波系统中的传递、变换、处理等过程；掌握发射机以及接收机的关键指标参数，系统噪声系数计算，信号饱和/非线性分析。方法：以课堂讲授为主，学生课堂讨论为辅。第三章：微波集成电路基础（5学时）内容：回顾常用微波传输线的种类、基本特性以及电路实现工艺，介绍微波混合集成电路和微波单片集成电路最基本的知识，常用微波元件和连接器。要求：了解该部分内容；理解微带电路的不连续性；掌握微带线的基本设计方法；掌握微波元件和连接器的原理和级联分析方法。方法：以课堂讲授为主，学生自学为辅；第四章：微波无源电路（6学时）内容：介绍常用微波集成无源电路的种类、基本特性以及电路实现工艺，微波滤波器、功率分配器以及功率耦合器最基本的知识。要求：了解该部分内容；理解微带无源电路的等效模型；掌握微波滤波器、微波功率分配器和微波功率耦合器的基本无源电路原理和设计方法。方法：以课堂讲授为主，学生自学为辅；第五章：微波放大器（10学时）内容：介绍微波放大器的种类及特性，低噪声放大器、功率放大器等的工作原理、主要性能参数以及应用范围；重点讨论电路分析设计与综合，以及优化设计思想。要求：了解常用微波放大器的工作原理及主要性能参数；理解微波放大器的等效电路模型；掌握低噪声放大器和功率放大器的基本电路原理和设计方法；学会仿真设计一款微波放大器。方法：以课堂讲授为主，学生自学与课堂讨论为辅。第六章：微波振荡器（4学时）内容：介绍微波振荡电路的种类及特性，常用微波振荡器和微波频率合成器的工作原理、主要性能参数以及应用范围；重点讨论电路分析设计与综合，以及优化设计思想。要求：了解晶体管的工作原理及主要性能参数，了解负阻振荡器原理；掌握微波振荡器、微波频率合成器的基本电路原理以及设计方法；学会仿真设计一款微波振荡器。方法：以课堂讲授为主，学生自学为辅。第七章：微波混频器（6学时）内容：介绍微波混频二极管的种类及特性，常用微波混频器的工作原理、主要性能参数以及应用范围；重点讨论电路分析设计与综合，以及优化设计思想。要求：了解微波混频二极管的工作原理及主要性能参数；理解混频二极管的等效电路模型；掌握单二极管混频器、单平衡混频器、双平衡混频器、双双平衡混频器的原理以及设计方法；学会仿真设计一款微波混频器。方法：以课堂讲授为主，学生自学与课堂讨论为辅。第八章：微波检波器（4学时）内容：介绍微波检波二极管的种类及特性，常用微波检波器的工作原理、主要性能参数以及应用范围；重点讨论电路分析设计与综合，以及优化设计思想。要求：了解微波检波二极管的工作原理及主要性能参数；理解检波二极管的等效电路模型；掌握微波检波器的基本电路原理以及高灵敏度、宽带化设计方法。方法：以课堂讲授为主，学生自学与课堂讨论为辅。第九章：微波倍频器（5学时）内容：介绍用于微波倍频的二极管的种类及特性，常用微波倍频器的工作原理、主要性能参数以及应用范围；重点讨论电路分析设计与综合，以及优化设计思想。要求：了解二极管的工作原理及主要性能参数；理解二极管的等效电路模型；掌握变容二极管倍频器、肖特基势垒二极管倍频器和晶体管倍频器的基本电路原理以及设计方法；学会仿真设计一款微波倍频器。方法：以课堂讲授为主，学生自学与课堂讨论为辅。第十章：微波控制电路（6学时）内容：介绍PIN二极管的种类和特性，常用微波控制电路的工作原理、主要性能参数以及应用范围；重点讨论电路分析设计与综合，以及优化设计思想。要求：了解PIN二极管的工作原理及主要性能参数；理解PIN的等效电路模型；掌握微波开关、移相器、衰减器、限幅器的基本电路原理以及设计方法。方法：以课堂讲授为主，学生自学与课堂讨论为辅；（二）自学内容和要求内容：结合各章节的讲授内容进行适当的知识扩展自学，如常用微波集成电路与系统的最新研究成果；利用ADS、HFSS等仿真软件设计常用微波集成电路；要求：通过自学加深对课堂内容的理解，另外也能把握住国内外的最新研究动态；能对常用微波电路进行改进设计。（三）实践性教学环节和要求（8学时）实验一（4学时）实验内容：微波放大器实验实验要求：熟悉放大器的工作原理；掌握用网络分析仪测量放大器的参数，包括：3dB带宽、输出功率、增益平坦度、1dB压缩点、输入/输出阻抗、驻波比及反向隔离度。实验二（4学时）实验内容：压控振荡器与混频器实验实验要求：了解常用微波压控振荡器的基本工作原理，基本指标及其测试方法；熟悉常用微波测试仪器——频谱分析仪的使用方法。掌握微波压控振荡器电调带宽和线性度等指标的测试方法。熟悉混频器的工作原理；熟悉频谱分析仪的使用方法；掌握混频器的带宽、变频损耗、1dB压缩点、输入/输出回波及端口隔离度的测试方法。四、考核方式本课程考核方式包括：（1）课堂表现，占总分的15%，以课堂讨论（含出勤率以及课堂问答）以及平时作业进行综合考核；（2）课程实践，占总分的25%，对课程设计报告进行考核；（3）课程实验，占总分的10%，以实验出勤率以及实验报告综合考核；（4）期末考试，占总分的50%，以一页纸开卷笔试的方式考核。五、建议教材及参考资料（一）教材：《微波集成电路与系统》，林先其、樊勇、陈哲等编著，电子工业出版社，第一版，2025年出版。（二）参考资料：1．《微波固态电路》，喻梦霞、李桂萍、张小川编著，成都：电子科技大学出版社，第二版，2016年出版。2．《MicrowaveEngineering》，DavidM.Pozar著，JohWiley&Sons,Inc.，第四版，2012年。3．《微带电路》，清华大学微带电路编写组编，北京：人民邮电出版社，第一版，1975年。4．《ADS2009射频电路设计与仿真》，冯新宇、车向前著，北京：电子工业出版社，第一版，2011年。

附件1：实验教学内容和要求课程性质：£独立设课实验√课程实验实验总学时：8学时实验项目总数：2个一、实验项目汇总表实验项目序号实验项目名称实验方式实验学时实验项目类别每组人数1微波放大器实验验证性（操作性）4必修42压控振荡器与混频器实验验证性（操作性）4必修4…本课程完成以上实验项目要求：实验1、实验2均为必做，通过验证性（操作性）完成。二、实验项目详情（一）实验项目1：微波放大器实验1.选定原则放大器是射频与微波系统中的核心有源单元，其性能直接影响系统的增益、噪声和输出功率等关键指标。本实验旨在帮助学生深入理解放大器的工作原理与主要参数，通过实际测量掌握放大器性能测试方法。该实验与课程目标中的“掌握射频/微波有源器件的测试原理与方法”紧密对应，是连接理论教学与工程实践的重要环节，同时为后续的系统集成与电路设计课程奠定实验基础。实验要求要求学生理解放大器的基本放大原理与线性/非线性特性，掌握使用网络分析仪进行S参数、增益、带宽及输入输出匹配特性的测试方法。重点掌握3dB带宽、输出功率、增益平坦度、1dB压缩点、输入/输出阻抗、驻波比及反向隔离度的测量流程与判定标准。通过实验训练学生对网络分析仪、信号源、功率计等设备的综合使用能力。实验内容使用网络分析仪对指定射频放大器进行参数测试与性能评估。包括：测量放大器的S参数（S11、S21、S12、S22）；确定3dB带宽及增益平坦度范围；测试1dB压缩点与最大输出功率；分析输入输出驻波比与反向隔离特性；根据测试结果绘制放大器的幅频与功率响应曲线，并进行性能分析。（二）实验项目2：压控振荡器与混频器实验1.选定原则微波压控振荡器（VCO）是频率合成器和相控阵系统中的关键源模块，其频率调谐性能直接影响系统的频率灵活性和相位噪声性能。本实验旨在使学生了解VCO的基本工作机理与性能指标，掌握其电调带宽与线性度等关键特性的测试方法。该实验支撑课程目标中“理解射频振荡器的原理与测试技术”，并为后续通信与雷达系统课程提供基础支撑。混频器是射频接收与发射系统的关键器件之一，广泛应用于雷达、通信及导航系统中。本实验通过对混频器的性能测试，使学生熟悉其基本工作原理及变频特性，理解频率变换、隔离度与线性度之间的权衡关系。该实验与课程目标中“掌握典型微波有源与无源器件的测试原理及应用分析”直接对应，具有较强的工程实践意义。2.实验要求学生应理解压控振荡器的振荡原理及调谐机制，熟悉频谱分析仪的使用与频率测量方法。掌握电压调谐带宽、频率线性度及输出功率稳定度等指标的测试方法，能够分析VCO的调谐特性与非线性失真来源。学生需掌握混频器的变频原理与关键指标定义，熟悉频谱分析仪、信号源、功率计等测试设备的操作方法。能够独立测量混频器的带宽、变频损耗、1dB压缩点、输入/输出回波损耗及端口隔离度等性能参数，并能分析测试误差来源与改善方法。3.实验内容利用频谱分析仪测试微波VCO的输出频率与控制电压关系。主要包括：测量VCO输出频率随调谐电压的变化曲线；确定VCO的电调带宽与调谐灵敏度；评估频率线