微波基础知识讲座

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3.1.7 其它，如交指滤波器、谢夫曼移相器及分支线定向耦合器等，也都具有固定（特定）的网络形式。
3.2 一般网络
微波网络是由各种微波元件根据需要组合而成，所以网络的形式具有任意性。上面介绍的那些特殊网络只是其中一些典型的形式而已。
一般来说，简单的网络通常是窄带的电路，如λg/4线。这一点，在设计宽带匹配电路时，需要引起注意。
3.3 网络参数
我们经常使用S参数（即散射参数）来描述微波网络。以下面的二端口网络为例。

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5. 简单的匹配电路设计举例
略
6.
微波电路的计算机辅助设计技术及常用的CAD软件
自20世纪70年代以来，微波电路CAD技术已经取得了很大的进步。一方面是各CAD软件厂商推出了很多通用和专用的微波电路CAD软件产品，包括电原理图输入和微波电路的图形输入、电路的仿真和优化、容差分析、版图生成及输出、与测试仪器接口等功能，并有许许多多的电路模型库、元件库、半导体器件的线性模型库和非线性模型库等可供选择，应该可以说是功能强大、使用方便、应有尽有。而另一方面，微波电路CAD软件也已被广泛应用于各种微波电路的设计，并成为微波工程师必须掌握的设计工具。
6.1 常用的微波电路CAD软件
微波电路的CAD软件大致可以分成下面几类：
① 线性/非线性微波电路仿真软件；
② 2.5D平面电路电磁场仿真软件；
③ 3D电磁场仿真软件；
④ 系统仿真软件；
⑤ 专用电路的设计软件。
⑥ 排版软件

表2 主要的微波电路CAD软件简介

序号	名称	主要性能	厂商
1	ADS	综合软件包	Agilent
2	Serenade	综合软件包	Ansoft
3	MW Office	线性/非线性电路、2.5D电磁场仿真	AWR
4	GENESYS	线性/非线性电路、滤波器设计等	Eagleware
5	MMICAD	线性/非线性电路设计	OPTOTEK
6	Momentum	2.5D平面电路电磁场仿真	Agilent
7	Ensemble	2.5D平面电路电磁场仿真	Ansoft
8	em	2.5D平面电路电磁场仿真	Sonnet
9	HFSS	3D电磁场仿真	Ansoft
10	MW Studio	3D电磁场仿真	CST
11	Symphony	系统仿真	Ansoft
12	Clementine	共形天线设计	Ansoft
13	Protel	电路板布线	PROTEL
14	AutoCAD	电路板布线	Autodesk

6.2 微波电路计算计辅助设计-简介
微波电路计算计辅助设计（CAD）技术是电子设计自动化（EDA）技术的一个分支，用于射频及微波电路的计算机仿真和优化设计。
6.2.1 微波电路CAD的特点及主要内容
与其它电子EDA技术相比，微波电路CAD软件具有以下几个特点：
①
必须有精确的传输线模型和各种器件模型；
②
有时必须采用电磁场仿真等数值仿真工具；
③
一般都具有S参数分析的功能。
在微波电路CAD技术中，各种传输线及其不均匀区模型、元件之间的寄生耦合模型以及微波有源器件的非线性模型等，在技术上的难度都非常大。
微波电路CAD包括线性微波电路的S参数计算、直流分析、线性/非线性噪声分析、非线性电路的瞬态分析、非线性电路的谐波分析（功率压缩、交调和谐波特性等）、优化设计、容差分析、2.5D及3D电磁场仿真、布线和版图设计等，甚至还可以包括微波器件的建模和参数提取以及计算机辅助测试。
6.2.2 常用的分析方法
线性电路：采用等效电路模型和S参数矩阵级联计算。
非线性电路：Spice、谐波平衡法、包络仿真法等。
电磁场仿真：常采用矩量法和有限元法等数值计算方法。
6.2.3 优化
给定电路的网络拓扑结构、各个元件的初始值，以及电路的设计指标的目标参数，CAD软件将自动改变各元件值，直到满足要求。
CAD软件通常都具有的，也是最常用的优化方法是随机优化和梯度法。当然，一些软件还提供了其它的优化方法供选择。
6.2.4 设计步骤
微波电路CAD设计的步骤可大致总结如下：
①
根据技术性能指标的要求，选择半导体器件。
②
对于不需要半导体器件的微波无源电路，根据技术性能指标的要求，选择网络拓扑结构。
③
根据所选器件的具体参数，设计匹配电路的拓扑结构。
④
确定（或计算）电路中各个元件的初始值。
⑤
根据技术性能指标的要求，设置优化目标（或参数）。
⑥
根据经验或试验性地选择若干优化变量（或元件）。
⑦
选择优化方法，并进行优化。
⑧
进行容差分析。
⑨
进行版图的设计并输出版图。
⑩
进行性能指标的复核，进行版图的检查，并提出结构设计的要求。
6.2.5 几点经验和建议
①
必须保证器件选择、匹配电路或网络拓扑设计的正确性。
②
电路中各元件初始值的选择应尽量准确。这将有利于优化计算的快速收敛，并保证优化设计能够达到全局最优点，而不是局部的极小（或极大）点。
③
对于存在多个优化目标参数的一般情况，应根据实际的需要，分出主次或考虑折衷，并进行加权。
④
关于优化变量（或元件）的选择，一方面可以根据自己的经验，另一方面也可以先选择其中几个进行试探。特别是当元件（或变量）较多时，一般不主张都选择为优化变量。
⑤
对于优化方法的选择，通常是先随机法，后梯度法，这样将有助于使设计达到全局最优。
⑥
在电路设计的过程中，必须要考虑元件标称值的因素。另外对于分布参数电路，电路参数的取值必须要符合相应的工艺要求。
6.3 设计举例
6.3.1 例1： 2GHz低噪声放大器的设计
频率范围:1.95～2.05GHz；
管子型号:AT-41411，为微波双极晶体管
CAD软件：ADS

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图48为在频谱分析仪上实际观察到的RF信号的频谱。对于一个实际的信号，一般存在下面三种情况：
a. 由于器件老化等导致的长期不稳定性，需要经过长期观察才能看到。
b. 由于电源起伏、振动等导致的短期不稳定性（即在＜1s时间内的频率变化），为系统的、离散的信号，他们在信号的频谱边带上表现为截然不同的分量—杂散。通常我们所说的杂散还包括一些寄生的杂波分量。
c. 随机效应。随机的和幂律噪声只产生随机的短期不稳定性，这就是我们通常所说的相位噪声。
随机噪声包括热噪声、散粒噪声和闪烁噪声。




7.4 滤波器
仅以带通滤波器为例：
①
插入损耗
②
带宽：BW-1dB； BW-3dB
③
带外抑制
④
VSWR
⑤
群延时
⑥
其它






我们都知道，微波测试仪器有两个特点：
①
价格昂贵；
②
种类多。
对于微波测试仪器来说，经常是动辄几十万甚至上百万元。因此，在操作的过程中，一方面必须要注意电网的安全性并保证设备接地良好，另一方面应绝对禁止仪器的带电连接操作和调试时的带电焊接。
在微波测试仪器当中，有许多针对各种技术指标的专用测试仪器；另外，一台测试仪器通常也只能覆盖某一个频率范围。所以往往是对于不同频段的产品或者是不同的指标，就需要不同的微波测试仪器。
9.1 网络分析仪
网络分析仪可以分成标量网络分析仪和矢量网络分析仪。
矢量网络分析仪主要用来测试如频响、增益、插损、带外抑制、VSWR、S参数（包括幅值和相位）、阻抗、插入相移、群延时等指标；而标量网络分析仪则只能测试上述指标中与相位无关的参数。

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tonyyu

很好哦

lifan

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