第1章 射频微波工程介绍(x)课件

第1章射频/微波工程介绍

射频(RF)?

在电磁波频率低于100kHz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的无线传输。当电磁波频率高于100kHz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层的电离层反射等，形成远距离传输能力，把这种具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。

通常我们把频率为30MHz到3GHz的频率称作射频工作频率。

10kHz-30MHz称为高频段。

3GHz以上称为微波范畴。

射频电路：形成有远距离传输能力的高频电磁波的电路。射频电路设计的重要性（1）无线通信（特别是手机用户的快速增长3G、4G）（2）全球定位系统

①GPS②GLoness③北斗卫星导航系统

④伽利略定位系统（3）计算机工程（CPU,总线系统的工作频率都超过了600MHz）（4）军事领域(无人飞机，隐身雷达、飞机等)典型的GSM移动通信系统

无线通信是近年射频与微波电路发展的最大推动力射频主要研究的内容传输线：双绞线，同轴电缆，微带线，带状线，波导。匹配振荡器功率放大器频率合成器滤波器微波天线功率分配器/合成器定向耦合器衰减器还有隔离器、环行器、混频器、倍频器、分频器、开关与相移器。收发系统射频电路的应用领域

无线通信(电报、广播、电台，移动通信)，雷达，导航系统(飞机，轮船)，射频识别，太空空间，电子对抗，GPS定位，3G通信。

MMIC(微波集成电路)RFIC(射频集成电路)射频电路的发展

1864～1873年，英国物理学家麦克斯韦通过电磁学的研究，提出了Maxwell方程组，并在理论上预言了电磁波的存在。

1887～1891年，德国物理学家赫兹通过电磁学的实验首次证实了电磁波的存在。

1901年马可尼利用电磁波实现了横跨大西洋的无线通信。

1947年，美国贝尔实验室发明了双极性晶体管逐步取代了体积大、功耗高的真空电子器件。伴随着射频集成电路和微波集成电路的出现，通信设备价格更低廉，体积更小，重量更轻，射频电路逐渐从军用转向民用。射频通信技术越来越重要。无线电技术的发展历史1.1常用无线电频段波长的定义指电磁波相邻两个波峰或波谷之间的距离。在真空自由空间传播的频率为f的正弦波，其波长按下式计算：如果电磁波进入非磁性均匀介质时，传播速度比真空光速慢一个因子国际电工电子工程协会（IEEE）对电磁波频谱的划分如下表

射频/微波处于普通无线电波与红外线之间,是频率最高的无线电波,频带宽度比所有普通无线电波波段总和大1000倍以上,可携带的信息量不可想象。射频/微波频段又可划分为:

米波（波长10～1m,频率30～300MHz）

分米波（波长10～1dm,频率300～3000MHz）

厘米波（波长10～1cm,频率3～30GHz）毫米波（波长10～1mm,频率30～300GHz）其后是亚毫米波、远红外线、红外线、可见光。波段的划分并不是唯一的,波段的分界也并不严格。无线通信中的电磁波按照其波长的不同具有不同的传播特点:

极长波(极低频ELF)是指波长为1~10万公里（频率为3~30Hz）的电磁波。理论研究表明，这一波段的电磁波沿陆地表面和海水中传播的衰耗极小。

超长波(超低频SLF)是指波长1千公里至1万公里（频率为30~300Hz）的电磁波。这一波段的电磁波传播十分稳定，在海水中衰耗很小（频率为75Hz时衰耗系数为0.3dB/m）对海水穿透能力很强，可深达100m以上。甚长波（甚低频VLF）是指波长10公里~100公里（频率为3~30kHz）的电磁波。无线通信中使用的甚长波的频率为10~30kHz，该波段的电磁波可在大地与低层的电离层间形成的波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球。长波(低频LF)是指波长1公里~10公里(频率为30~300kHz)

超短波(甚高频VHF)是指波长为1米~10米(频率为30~300MHz)的电磁波。超短波难以靠地波和天波传播，而主要以直射方式(即所谓的“视距”方式)传播。的电磁波。其可沿地表面传播（地波）和靠电离层反射传播(天波)。

短波(高频HF)是指波长为10米~100米（频率为3~30MHz）的电磁波。短波可沿地表面传播（地波），沿空间以直接或绕射方式传播（空间波）和靠电离层反射传播（天波）。

中波(中频MF)是指波长100米~1000米(频率为300~3000kHz)的电磁波。中波可沿地表面传播(地波)和靠电离层反射传播(天波)。中波沿地表面传播时，受地表面的吸收较长波严重。中波的天波传播与昼夜变化有关。

微波传播是指波长小于1米(频率高于300MHz)的电磁波。目前又按其波长的不同，分为分米波(特高频UHF)、厘米波(超高频SHF)、毫米波(极高频EHF)和亚毫米波(至高频THF)。

微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。其主要在对流层内进行。总的说来，这种传播方式比较稳定，但其传播也受到大气折射和地面反射的影响。另外，对流层中的大气湍流气团对微波有散射作用。利用这种散射作用可实现微波的超视距传播。WCDMA工作频段：上行1920～1980MHz，下行2110～2170MHz，属于微波波段，其电磁波传播方式为微波传播。卫星通信使用了SHF波段——超高频GSM移动通信属于UHF波段——特高频电视广播属于VHF和UHF波段——甚高频、特高频调频广播属于VHF频段——甚高频调幅广播属于MF频段——中频50Hz交流电属于ELF频段——极低频

对不同频段无线电信号的使用不能随意确定。频谱作为一种资源,各国各级政府都有相应的机构对无线电设备的工作频率和发射功率进行严格管理。国际范围内详细的规定了雷达、通信、导航、工业应用等军用或民用无线电设备所允许的工作频段。各无线电频段的基本用途

避免用途不同的无线电设备使用相同的频率。在电子对抗或电子战系统中,就是要设法掌握敌方所使用的无线电频率,给对方实施毁灭性打击。军用通信频段是不公布的，但是他们使用的频率一定高于民用的无线电频率。 发展最快的民用领域是移动通信。下表(表1-1-2)给出了常用移动通信系统频段分布及其工作方式。

表1-1-2常用移动通信系统频段分布kHz

IS-95是由高通公司(Qualcomm)发起的第一个基于CDMA的数字蜂窝标准。基于IS-95的第一个品牌是cdmaOne。IS-95是一个使用CDMA的2G移动通信标准，一个数据无线电的多接入方案，其用来发送声音，数据和在无线电话和蜂窝站点间发信号数据（如被拨的电话号码）。

IS-54

是美国数字单元的电子工业联合会的暂定标准，是最初的TDMA的数据标准。它于1992开始实施。这一标准首先应用于AMPS系统中的数据信道使用。它使用了数字通信信道，但保持了模拟控制信道的使用。此标准于1996年被IS-136数据标准取代。

GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)，中文为全球移动通讯系统，俗称“全球通”，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。GSM系统包括GSM900：900MHz、GSM1800：1800MHz及GSM1900：1900MHz等几个频段。

DCS1800采用GSM标准，和GSM900功能相同，主要是频率不同。我国最早使用的是GSM900，随着通信网络规模和用户数量的迅速发展，原有的GSM900网络频率变得日益紧张，为更好地满足用户增长的需求，引入了DCS1800，并采用以GSM900网络为依托，DCS1800网络为补充的组网方式，构成GSM900／DCS1800双频网，以缓和高话务密集区无线信道日趋紧张的状况。

DECT(DigitalEnhancedCordlessTelecommunications数字增强无绳通信)世界领先的数字通信无线标准，具有最佳语音质量及高度的反窃听保护。

CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)又称码分多址，允许所有的使用者同时使用全部频带(1.2288MHz)，并且把其他使用者发出的讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞(collision)的问题。

CDMA的优点包括：CDMA中所提供的语音编码技术，其通话品质比目前的GSM好，而且可以把用户对话时周围环境的噪音降低，使通话更为清晰。WCDMA(WidebandCodeDivisionMultipleAccess)宽带码分多址，是一种第三代无线通讯技术。是欧洲的标准。

CDMA2000（CodeDivisionMultipleAccess2000）是一个3G移动通讯标准，是2GcdmaOne标准的延伸。由美国高通北美公司为主导提出。CDMA2000与另一个3G标准WCDMA不兼容。

TD-SCDMA(TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess

)时分同步码分多址

，是我国自主的一种第三代移动通信技术，由大唐电信为主导提出的标准。

BPSK(BinaryPhaseShiftKeying)二相相移键控，把模拟信号转换成数据值的转换方式之一。是利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式的一种。QDPSK：四相绝对相移键控QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)正交相移键控，是一种数字调制方式。具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。

GMSK(高斯滤波最小频移键控)，GMSK

是一种特殊的数字

FM

调制方式：给

RF

载波频率加上或者减去

67.708kHz

表示

1和

0。在

GSM

中，数据速率选为

270.833kbit/sec，正好是

RF

频率偏移的

4

倍，这样做可以把调制频谱降到最低并提高信道效率。比特率正好是频率偏移

4

倍的

FSK

调制称作

MSK（最小频移键控）。在

GSM

中，使用高斯预调制滤波器进一步减小调制频谱。

GFSK(GaussfrequencyShiftKeying)高斯滤波频移键控，在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度。

射频/微波技术所涉及的技术包括信号的产生、调制、功率放大、辐射、接收、低噪声放大、混频、解调、检测、滤波、衰减、移相、开关等各个模块单元的设计和生产。

基本理论是经典的电磁场理论。研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。一种是“场”的分析方法,即从麦克斯韦方程出发,在特定边界条件下解电磁波动方程,求得场量的时空变化规律,分析电磁波沿线的各种传输特性；

另一种是“路”的分析方法,即将传输线作为分布参数电路处理,用基尔霍夫定律建立传输线方程,求得传输线上电压和电流的时空变化规律,分析电压和电流的各种传输特性。用这两种方法研究同一个问题,其结论是相同的。到底是用“场”的方法还是用“路”的方法,应由研究的方便程度来决定。在射频/微波频率范围内,同一功能的模块,在不同工作频段的结构和实现方式大不相同。“结构就是电路”是射频/微波电路的显著特征。射频/微波电路的设计目标就是处理好材料、

结构与电路功能的关系。

信号频率低于30MHz，可以采用高频电路的方法。信号频率高于3GHz，可以采用微波电路的设计方法。在低频电路设计中，不需要考虑线路板上引线的长度和一些寄生参数的影响，可以使用基尔霍夫定律进行电路分析。在微波电路设计中，主要应用波导、谐振腔、环形器等元件，必须使用基于电磁场的方法进行分析。射频电路设计是介于低频电路设计与微波电路设计之间的一种方法。RF通信系统在通信系统射频部分，元件的输入输出阻抗对系统性能有很大的影响。发射天线和接收天线上有效RF功率电平可以差10～15个量级。•matchingnetworks•BJT/FETactivedevices•biasingcircuits•printedcircuitboard•mircostriplinerealization•surfacemounttechnology1.2射频/微波的重要特性 1.2.1射频/微波的基本特性

1．似光性

①在空气或其他媒体中沿直线以光速传播,在不同的媒体界面上存在入射和反射现象。 ②当射频/微波照射到某些物体上时将产生明显的反射。

③可以制成尺寸、体积合适的天线,用来传输信息,实现通信；也可接收物体所引起的回波或其他

物体发射的微弱信号,用来确定物体的方向、距离和特征,实现雷达探测。2.穿透性 ①能穿透电离层,可以探测外层空间；②能够穿透云雾、植被、积雪和地表层,是遥测、遥感技术的重要手段；③能够穿透生物组织,是医学透热疗法的重要方法；④能穿透等离子体,是等离子体诊断、研究的重要手段。3.非电离性 利用其非电离性形成了一门独立的分支学科——微波波谱学。4.信息性 射频/微波频带比普通的中波、短波和超短波的频带要宽几千倍以上,它携带的信息量要比普通无线电波可能携带的信息量大的多。•Example:INDUCTORLow-frequency(lumped)High-frequencyZ=R+jwL

Z=?射频电路设计的特点⑴分布参数

集总参数元件的特性由元件自身决定，元件的电磁场都集中在元件内部，如电容、电感和电阻。

分布参数元件的特性延伸扩展到一定的空间范围内，不局限于元件自身。它的电磁场分布在附近空间中，特性受周围环境的影响。如分布电容、分布电感。

例：如果分布电容为CD=1pF，2MHz和2GHz时，分布电容的容抗XD

。例：如果分布电感LD=1nH，求在f=2kHz，2MHz和2GHz时，分布电感LD的感抗XD。

⑵设计准则决定是否使用传输线理论进行电路分析和设计。当电路板的几何尺寸小于1/8工作波长时，可以不用传输线理论来设计。当电路板的几何尺寸大于1/8工作波长时，必须使用传输线理论进行电路设计。例：某CPU的内部核心电路尺寸为5mm左右，时钟频率达到2GHz，请判断CPU内部电路设计是否按照传输线理论进行分析和设计。趋肤效应趋肤效应使电流集中在导体表层区域中，导致有效导电面积变小，使导体的交流电阻增加。趋肤深度定义：为工作频率，为导体的导磁率，为导体的电导率例：铜的电导率为s/m，导磁率为，则在f=1kHz，1MHz和1GHz频率下，趋肤深度分别为？并求当铜线的半径为5mm，工作频率为1GHz时，射频电阻是直流电阻的多少倍。

在低频电路中，一个普通的导线就可以把两个电路短接在一起。在射频电路中，只有足够宽，足够平的导体才能短接两个电路。在低频电路中工作良好的导线，在射频电路中会因为太高的分布电感和射频电阻而呈较高的阻抗。

如图，求距离终端为L处的传输线的输入阻抗，且传输线终端为短路。假设工作波长分别为10cm和1000km??(a)(1)频带宽。可传输的信息量大。

(2)分辨率高。连续波多普勒雷达的频偏大,成像更清晰,反应更灵敏。

(3)尺寸小。电路元件和天线体积小。

(4)干扰小。不同设备相互干扰小。

(5)速度快。数字系统的数据传输和信号处理速度快。

(6)

频谱宽。频谱不拥挤,不易拥堵,军用设备更可靠。1.2.2射频/微波的主要优点(1)元器件成本高。

(2)辐射损耗大。

(3)大量使用砷化镓器件,而不是通常的硅器件。

(4)电路中元件损耗大,输出功率小。

(5)设计工具精度低,成熟技术少。1.2.3射频/微波的不利因素1.3射频/微波工程中的核心问题

1.3.1射频铁三角

频率、阻抗和功率是射频/微波工程的三大核心指标,称为射频铁三角。

1.3.2射频铁三角的内涵

1.频率

频率决定微波电路的结构形式和器件材料。直接影响射频/微波信号频率的主要电路有：

(1)信号产生器：用来产生特定频率的信号,如点频振荡器、机械调谐振荡器、压控振荡器、频率合成器等。

(2)频率变换器：分频器、变频器、倍频器、混频器等。

(3)频率选择电路：低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器和带阻滤波器等。高速电子开关由于体积小,在许多方面取代了滤波器来实现频率选择。测量仪器有频谱分析仪、频率计数器、功率计、网络分析仪等。2.功率

功率用来描述射频/微波信号的能量大小。影响射频/微波信号功率的主要电路有：

(1)衰减器:控制射频/微波信号功率的大小。通常由有耗材料(电阻性材料)构成,有固定衰减量和可调衰减量之分。

(2)功分器:将一路射频/微波信号分成若干路的组件,可以是等分的,也可以是比例分配的。也可用作功率合成器,在各个支路口接同频同相等幅信号,在主路叠加输出。

(3)耦合器:耦合一小部分功率到支路,用以检测主路信号的工作状态是否正常。分支线耦合器和环形桥耦合器可实现不同相位的功率分配/合成。

(4)放大器：提高射频/微波信号功率的电路。用于接收的是小信号放大器,该类放大器着重要求低噪声、高增益。

用于发射的是功率放大器,对于该类放大器,为了满足要求的输出功率,可以不惜器件和电源成本。3.阻抗

阻抗是在特定频率下,影响信号能量传输的一个参数。

电路的材料和结构在特定工作频率下影响阻抗的大小。所涉及的射频/微波电路有：

(1)阻抗变换器:增加合适的元件或结构,实现一个阻抗向另一个阻抗的过渡。

(2)阻抗匹配器:一种特定的阻抗变换器,实现两个阻抗之间的匹配。(3)天线:一种特定的阻抗匹配器,实现射频/微波信号在封闭传输线和空气媒体之间的匹配传输。1.4射频/微波电路的应用

(1)无线通信系统:

空间通信,远距离通信,无线对讲,蜂窝移动,个人通信系统,无线局域网,卫星通信,航空通信,航海通信,机车通信,业余无线电等。

(2)雷达系统:

航空雷达、航海雷达、飞行器雷达、防撞雷达、气象雷达、成像雷达、警戒雷达、武器制导雷达、防盗雷达、警用雷达、高度表、距离表等。(3)导航系统： 微波着陆系统（MLS）,GPS,无线信标,防撞系统,航空、航海自动驾驶等。

(4)遥感： 地球监测,污染监测,森林、农田、鱼汛监测,矿藏、沙漠、海洋、水资源监测,风、雪、冰、凌监测,城市发展和规划等。

(5)射频识别： 保安,防盗,入口控制,产品检查,身份识别,自动验票等。 (6)广播系统： 调幅（AM）,调频（FM）广播,电视（TV）等。

(7)汽车和高速公路： 自动避让,路面告警,障碍监测,路车通信,交通管理,速度测量,智能高速路等。

(8)传感器： 潮湿度传感器,温度传感器,长度传感器,探地传感器,机器人传感器等。

(9)电子战系统：间谍卫星,辐射信号监测,行军与阻击等。

(10)医学应用：磁共振成像,微波成像,微波理疗,加热催化,病房监管等。

(11)空间研究:射电望远镜,外层空间探测等。

(12)

无线输电:空对空,地对空,空对地,地对地输送电能等。1.5射频/微波系统举例1.5.1射频/微波通信系统

1.基本原理基本原理就是利用其似光传输特性,穿越空气,实现信息的无线传递。 图1-3基本通信系统

二、微波通信系统卫星通信线路的组成混频本振三、卫星通信系统电源部分控制部分遥测指令部分通信部分下图是K波段(18-26.5G)卫星通信系统的地面站结构框图。下图K波段卫星通信系统示意图。四、雷达系统1.基本原理 雷达的原意为无线电探测与定位。雷达的基本任务：探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方向、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。

雷达基本原理示意图基本原理是发射的微波信号遇到目标后反射回来,检测发射信号与接收信号之间的关系,即可确定目标的信息。雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。2.脉冲雷达 对连续波微波信号进行脉冲调幅,发射出去的信号就是微波脉冲。检测回波脉冲信号与发射脉冲信号的时间差(微波传输的速度是光速)，即可确定目标的距离。脉冲雷达结构框图

3．多普勒雷达

多普勒（Doppler）雷达主要检测移动目标的多普勒频移信息的一种雷达,具有很强的距离鉴别能力和速度鉴别能力,能够在复杂的背景下检测出目标。它有连续波和脉冲两种形式,如图1-4-9所示。图1-4-9(a)连续波多普勒雷达结构示意图图1-4-9(b)脉冲多普勒雷达结构示意图4.高度表 高度表是各种飞行器的必备仪表。发射信号与接收信号的频移含有目标距离的信息。 如果目标是地面,就可确定出飞行器的距地面高度。5、双/多基地雷达普通雷达的发射机和接收机安装在同一地点。双/多基地雷达是将发射机和接收机分别安装在相距很远的两个或多个地点上，地点可以设在地面、空中平台或空间平台上。由于隐身飞行器外形的设计主要是不让入射的雷达波直接反射回雷达，这对于单基地雷达很有效。但入射的雷达波会朝各个方向反射，总有部分反射波会被双/多基地雷达中的一个接收机接收到。美国、俄罗斯、英国从七十年代就开始研制。6、相控阵雷达

蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成，每个小眼都能成完整的像，这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。利用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描，故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外，还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多，则波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线，“相控阵”由此得名。6.1、相控阵雷达的优点

（1）波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，数据率高；（2）一个雷达可同时形成多个独立波束，分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能；（3）目标容量大，可在空域内同时监视、跟踪数百个目标；（4）对复杂目标环境的适应能力强；（5）抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高，即使少量组件失效仍能正常工作。但相控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限，最大扫描角为90°～120°。当需要进行全方位监视时，需配置3～4个天线阵面。

多功能相控阵雷达已广泛用于地面远程预警系统、机载和舰载防空系统、机载和舰载系统、炮位测量、靶场测量等。美国“爱国者”防空系统的AN／MPQ-53雷达、舰载“宙斯盾”指挥控制系统中的雷达、B-1B轰炸机上的APQ-164雷达、俄罗斯C-300防空武器系统的多功能雷达等都是典型的相控阵雷达。7、宽带／超宽带雷达

工作频带很宽的雷达称为宽带／超宽带雷达。

隐身兵器通常对付工作在某一波段的雷达是有效的，而面对覆盖波段很宽的雷达就无能为力了，它很可能被超宽带雷达波中的某一频率的电磁波探测到。超宽带雷达发射的脉冲极窄，具有相当高的距离分辨率，可探测到小目标。8、合成孔径雷达

合成孔径雷达通常安装在移动的空中或空间平台上，利用雷达与目标间的相对运动，将雷达在每个不同位置上接收到的目标回波信号进行相干处理，就相当于在空中安装了一个“大个”的雷达，这样小孔径天线就能获得大孔径天线的探测效果，具有很高的目标方位分辨率，再加上应用脉冲压缩技术又能获得很高的距离分辨率，因而能探测到隐身目标。合成孔径雷达在军事上和民用领域都有广泛应用，如战场侦察、火控、制导、导航、资源勘测、地图测绘、海洋监视、环境遥感等。美国的联合监视与目标攻击雷达系统飞机新安装了一部AN／APY3型X波段多功能合成孔径雷达。英、德、意联合研制的“旋风”攻击机正在试飞合成孔径雷达。9、毫米波雷达

工作在毫米波段的雷达称为毫米波雷达。它具有天线波束窄、分辩率高、频带宽、抗干扰能力强等特点，同时它工作在目前隐身技术所能对抗的波段之外，因此它能探测隐身目标。美国的“爱国者”防空导弹已安装了毫米波雷达导引头，目前正在研制更先进的毫米波导引头；俄罗斯已拥有连续波输出功率为10千瓦的毫米波雷达；英、法等国家的一些防空系统也都将采用毫米波雷达。10、激光雷达

工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成。

激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。隐身兵器通常是针对微波雷达的，因此激光雷达很容易“看到”隐身目标；再加上激光雷达波束窄、定向性好、测量精度高、分辨率高，因而它能有效地探测隐身目标。美国国防部正在开发用于目标探测和识别的激光雷达技术，已进行了前视／下视激光雷达的试验，主要探测伪装树丛中的目标。法国和德国正在积极进行使用激光雷达探测和识别直升机的联合研究工作。一、频带宽度1、绝对带宽为高端截止频率和低端截止频率之差。2、相对带宽

1.6射频/微波工程基础常识

对这样宽的功率电平范围内的运算，使用基于对数的比值尺度即dB比较方便。

简化了代数运算，自然数相乘运算变成了对数相加，自然数相除变成了对数相减。

二、分贝表示法

dB表示物理量的相对值。也可以和某些物理单位一起使用，表示物理量的绝对数值。如用dBm表示功率，用dBuV表示电压。

1、若以1W为基准功率，功率为P时，对应的电平：（分贝瓦）例如功率为1W时，电平为0dBW；功率为

100W时，电平为20dBW；功率为100mW时，对应的电平为

2、若以1mV作为基准电压，则电压为U时对应的电平：（分贝毫伏）例如电压为1V时，对应的电平为60dBmV；电压为1uV时，对应的电平为-60

dBmV

；

3、若以1uV为基准电压，则电压为U时对应的电平：

（分贝微伏）例如电压为1mV时，电平为60dBuV；电压为100mV时，电平为100dBuV；

4、dBi和dBd

dBi和dBd是考征天线增益的值(功率增益)，两者都是一个相对值，但参考基准不一样。

dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子或者半波振子。dB和dBc的辨析:

射频信号的相对功率常用dB和dBc两种形式表示。

区别在于：

dB是任意两个功率的比值的对数表示形式；

dBc是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式，和dB的计算一样。

一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。归一化由其实际值与一个相应的参考值相除得出。应用场合包括Smith圆图，S参数，滤波器设计表格等。

1.6.2常用射频/微波接头 各种电路模块需要用接插件连接起来。这种连接可以是硬连接,也可以通过电缆软连接。电缆分为柔性电缆、软电缆和半刚性电缆。

这些接头都是阴—阳配对使用。旋接时一手捏紧阴头端，另一手旋转阳头端螺套，使接头插针沿轴向拔出或插入，不应旋转阴头端，以免损伤插针和插孔。接头另一端焊接射频/微波电路或与合适的电缆相接。TNC接头K接头BNC头ADS：Agilent公司推出的微波CAD软件，功能强大，包括RFIC设计包，RF电路板设计包，DSP专业设计包，通信系统设计包，MW电路设计包等。

EMpro---3D电磁场仿真。HFSS：Ansoft公司推出的3D电磁场仿真软件。MW：AWR公司推出的线性/非线性电路仿真软件。CST：CST公司推出的3D电磁场仿真软件，主要用于周期性的大型阵列和超大规模电磁尺寸的仿真，包含了电路仿真(circuitsimulation)，热传，结构应力等多重物理模拟。1.7射频/微波电路的设计软件噪声

噪声是指在信号处理过程中遇到的无法确切预测的干扰信号（各类点频干扰不是算噪声）。常见的噪声有来自外部的天电噪声，汽车的点火噪声，来自系统内部的热噪声，晶体管等在工作时产生的散粒噪声，信号与噪声的互调产物。1.8

射频常用概念辨析相位噪声

相位噪声是用来衡量本振等单音信号频谱纯度的一个指标，在时域表现为信号过零点的抖动。理想的单音信号，在频域应为一脉冲，而实际的单音总有一定的频谱宽度，如下图所示。

相位噪声：偏离中心频率多少Hz处，单位带宽内的功率与总信号功率相比。例如晶体的相位噪声可以这样描述：偏离中心频率10Hz100Hz1kHz10kHz

相噪-120dBc/Hz-130dBc/Hz-140dBc/Hz-150dBc/Hz噪声系数

噪声系数是用来衡量射频部件对小信号的处理能力，通常这样定义：单元输入信噪比除以输出信噪比，如下图：级联网络的噪声系数公式：例题：计算如图所示两级放大器的总噪声系数。

级连放大器解：

F1=3dB=2， F2=5dB=3.162，

G1=20dB=100， G2=20dB=100，

注意FF1，因为第一级放大器有较高增益。

F1=3dBG1=20dBF2=5dBG2=20dB非线性幅度失真

用1dB压缩点、三阶交调、三阶截止点等指标衡量。1dB压缩点 一个射频放大器，当输入信号较小时，其输出与输入可以保证线关系，输入电平增加1dB，输出相应增加1dB，增益保持不变，随着输入信号电平的增加，输入电平增加1dB，输出将增加不到1dB，增益开始压缩，增益压缩1dB时的输入信号电平称为输入1dB压缩点，这时输出信号电平称为输出1dB压缩点。如下图：三阶交调

三阶交调（双音三阶交调）是用来衡量非线性的一个重要指标。用两个相隔⊿f，且电平相等的单音信号同时输入一个射频放大器，则放大器的输出频谱大致如下：三阶交调常用dBc表示，即交调产物与主输出信号的比三阶截止点

任一微波单元电路，输入双音信号同时增加1dB，输出三阶交调产物将增加3dB，而主输出信号仅增加1dB(不考虑压缩)，这样输入信号电平增加到一定值时，输出三阶交调产物与主输出信号相等，这一点称为三阶截止点，对应的输入信号电平称为输入三阶截止点，对应的输出信号电平称为输出三阶截止点。注意：三阶截止点信号电平是不可能达到的，因为在这时早已超过微波单元电路的承受能力。

混频器、放大器以至整个接收机通常工作于线性区域，即输出功率与输入功率呈线性关系，其比例系数就是转换损耗或转换增