射頻工程介紹

第1章射頻/微波工程介紹

射頻(RF)?

在電磁波頻率低于100kHz時(shí)，電磁波會(huì)被地表吸收，不能形成有效的無(wú)線傳輸。當(dāng)電磁波頻率高于100kHz時(shí)，電磁波可以在空氣中傳播，并經(jīng)大氣層的電離層反射，形成遠(yuǎn)距離傳輸能力，把這種具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻。

通常我們把頻率為30MHz到3GHz的頻率稱作射頻工作頻率。10kHz-30MHz稱為高頻段。3GHz以上稱為微波范疇。

射頻電路：形成有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波的電路。射頻電路設(shè)計(jì)的重要性（1）無(wú)線通信（特別是手機(jī)用戶的快速增長(zhǎng)3G、4G）（2）全球定位系統(tǒng)

①GPS②GLoness③北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

④伽利略定位系統(tǒng)（3）計(jì)算機(jī)工程（CPU,總線系統(tǒng)的工作頻率都超過(guò)了600MHz）（4）軍事領(lǐng)域(無(wú)人飛機(jī)，隱身雷達(dá)等)典型的GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)

無(wú)線通信是近年射頻與微波電路發(fā)展的最大推動(dòng)力射頻主要研究的內(nèi)容傳輸線：雙絞線，同軸電纜，微帶線，帶狀線，波導(dǎo)。匹配振蕩器功率放大器頻率合成器濾波器微波天線功率分配器/合成器定向耦合器衰減器還有隔離器、環(huán)行器、混頻器、倍頻器、分頻器、開(kāi)關(guān)與相移器。收發(fā)系統(tǒng)射頻電路的應(yīng)用領(lǐng)域

無(wú)線通信(電報(bào)、廣播、電臺(tái))，雷達(dá)，導(dǎo)航系統(tǒng)(飛機(jī)，輪船)，射頻識(shí)別，太空空間，電子對(duì)抗，GPS定位，3G通信。

MMIC(微波集成電路)RFIC(射頻集成電路)射頻電路的發(fā)展

1864～1873年，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋通過(guò)電磁學(xué)的研究，提出了Maxwell方程組，并在理論上預(yù)言了電磁波的存在。1887～1891年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲通過(guò)電磁學(xué)的實(shí)驗(yàn)首次證實(shí)了電磁波的存在。1901年馬可尼利用電磁波實(shí)現(xiàn)了橫跨大西洋的無(wú)線通信。1947年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了雙極性晶體管逐步取代了體積大、功耗高的真空電子器件。伴隨著射頻集成電路和微波集成電路的出現(xiàn)，通信設(shè)備價(jià)格更低廉，體積更小，重量更輕，射頻電路逐漸從軍用轉(zhuǎn)向民用。射頻通信技術(shù)越來(lái)越重要。無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展歷史1.1常用無(wú)線電頻段波長(zhǎng)的定義國(guó)際電工電子工程協(xié)會(huì)（IEEE）對(duì)電磁波頻譜的劃分如下表

射頻/微波處于普通無(wú)線電波與紅外線之間,是頻率最高的無(wú)線電波,頻帶寬度比所有普通無(wú)線電波波段總和大1000倍以上,可攜帶的信息量不可想象。射頻/微波頻段又可劃分為:

米波（波長(zhǎng)10～1m,頻率30～300MHz）

分米波（波長(zhǎng)10～1dm,頻率300～3000MHz）

厘米波（波長(zhǎng)10～1cm,頻率3～30GHz）毫米波（波長(zhǎng)10～1mm,頻率30～300GHz）其后是亞毫米波、遠(yuǎn)紅外線、紅外線、可見(jiàn)光。波段的劃分并不是唯一的,波段的分界也并不嚴(yán)格。無(wú)線通信中的電磁波按照其波長(zhǎng)的不同具有不同的傳播特點(diǎn):極長(zhǎng)波(極低頻ELF)是指波長(zhǎng)為1~10萬(wàn)公里（頻率為3~30Hz）的電磁波。理論研究表明，這一波段的電磁波沿陸地表面和海水中傳播的衰耗極小。超長(zhǎng)波(超低頻SLF)是指波長(zhǎng)1千公里至1萬(wàn)公里（頻率為30~300Hz）的電磁波。這一波段的電磁波傳播十分穩(wěn)定，在海水中衰耗很?。l率為75Hz時(shí)衰耗系數(shù)為0.3dB/m）對(duì)海水穿透能力很強(qiáng)，可深達(dá)100m以上。甚長(zhǎng)波（甚低頻VLF）是指波長(zhǎng)10公里~100公里（頻率為3~30kHz）的電磁波。無(wú)線通信中使用的甚長(zhǎng)波的頻率為10~30kHz，該波段的電磁波可在大地與低層的電離層間形成的波導(dǎo)中進(jìn)行傳播，距離可達(dá)數(shù)千公里乃至覆蓋全球。長(zhǎng)波(低頻LF)是指波長(zhǎng)1公里~10公里(頻率為30~300kHz)超短波(甚高頻VHF)是指波長(zhǎng)為1米~10米(頻率為30~300MHz)的電磁波。超短波難以靠地波和天波傳播，而主要以直射方式(即所謂的“視距”方式)傳播。的電磁波。其可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ┖涂侩婋x層反射傳播(天波)。短波(高頻HF)是指波長(zhǎng)為10米~100米（頻率為3~30MHz）的電磁波。短波可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ?，沿空間以直接或繞射方式傳播（空間波）和靠電離層反射傳播（天波）。中波(中頻MF)是指波長(zhǎng)100米~1000米(頻率為300~3000kHz)的電磁波。中波可沿地表面?zhèn)鞑?地波)和靠電離層反射傳播(天波)。中波沿地表面?zhèn)鞑r(shí)，受地表面的吸收較長(zhǎng)波嚴(yán)重。中波的天波傳播與晝夜變化有關(guān)。微波傳播是指波長(zhǎng)小于1米(頻率高于300MHz)的電磁波。目前又按其波長(zhǎng)的不同，分為分米波(特高頻UHF)、厘米波(超高頻SHF)、毫米波(極高頻EHF)和亞毫米波(至高頻THF)。微波的傳播類似于光波的傳播，是一種視距傳播。其主要在對(duì)流層內(nèi)進(jìn)行?？偟恼f(shuō)來(lái)，這種傳播方式比較穩(wěn)定，但其傳播也受到大氣折射和地面反射的影響。另外，對(duì)流層中的大氣湍流氣團(tuán)對(duì)微波有散射作用。利用這種散射作用可實(shí)現(xiàn)微波的超視距傳播。WCDMA工作頻段：上行1920～1980MHz，下行2110～2170MHz，屬于微波波段，其電磁波傳播方式為微波傳播。衛(wèi)星通信使用了SHF波段——超高頻GSM移動(dòng)通信屬于UHF波段——特高頻電視廣播屬于VHF和UHF波段——甚高頻、特高頻調(diào)頻廣播屬于VHF頻段——甚高頻調(diào)幅廣播屬于MF頻段——中頻50Hz交流電屬于ELF頻段——極低頻

對(duì)不同頻段無(wú)線電信號(hào)的使用不能隨意確定。頻譜作為一種資源,各國(guó)各級(jí)政府都有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)對(duì)無(wú)線電設(shè)備的工作頻率和發(fā)射功率進(jìn)行嚴(yán)格管理。國(guó)際范圍內(nèi)詳細(xì)的規(guī)定了雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、工業(yè)應(yīng)用等軍用或民用無(wú)線電設(shè)備所允許的工作頻段。各無(wú)線電頻段的基本用途

避免用途不同的無(wú)線電設(shè)備使用相同的頻率。在電子對(duì)抗或電子戰(zhàn)系統(tǒng)中,就是要設(shè)法掌握敵方所使用的無(wú)線電頻率,給對(duì)方實(shí)施毀滅性打擊。軍用通信頻段是不公布的，但是他們使用的頻率一定高于民用的無(wú)線電頻率。

發(fā)展最快的民用領(lǐng)域是移動(dòng)通信。下表給出了常用移動(dòng)通信系統(tǒng)頻段分布及其工作方式。

常用移動(dòng)通信系統(tǒng)頻段分布

IS-95是由高通公司(Qualcomm)發(fā)起的第一個(gè)基于CDMA的數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)。基于IS-95的第一個(gè)品牌是cdmaOne。IS-95是一個(gè)使用CDMA的2G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)數(shù)據(jù)無(wú)線電的多接入方案，其用來(lái)發(fā)送聲音，數(shù)據(jù)和在無(wú)線電話和蜂窩站點(diǎn)間發(fā)信號(hào)數(shù)據(jù)（如被撥的電話號(hào)碼）。

IS-54是美國(guó)數(shù)字單元的電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)的暫定標(biāo)準(zhǔn)，是最初的TDMA的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。它于1992開(kāi)始實(shí)施。這一標(biāo)準(zhǔn)首先應(yīng)用于AMPS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信道使用。它使用了數(shù)字通信信道，但保持了模擬控制信道的使用。此標(biāo)準(zhǔn)于1996年被IS-136數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取代。

GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)，中文為全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)，俗稱“全球通”，是一種起源于歐洲的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是第二代移動(dòng)通信技術(shù)，其開(kāi)發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球。GSM系統(tǒng)包括GSM900：900MHz、GSM1800：1800MHz及GSM1900：1900MHz等幾個(gè)頻段。

DCS1800采用GSM標(biāo)準(zhǔn)，和GSM900功能相同，主要是頻率不同。我國(guó)最早使用的是GSM900，隨著通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)量的迅速發(fā)展，原有的GSM900網(wǎng)絡(luò)頻率變得日益緊張，為更好地滿足用戶增長(zhǎng)的需求，引入了DCS1800，并采用以GSM900網(wǎng)絡(luò)為依托，DCS1800網(wǎng)絡(luò)為補(bǔ)充的組網(wǎng)方式，構(gòu)成GSM900／DCS1800雙頻網(wǎng)，以緩和高話務(wù)密集區(qū)無(wú)線信道日趨緊張的狀況。

DECT(DigitalEnhancedCordlessTelecommunications數(shù)字增強(qiáng)無(wú)繩通信)世界領(lǐng)先的數(shù)字通信無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，具有最佳語(yǔ)音質(zhì)量及高度的反竊聽(tīng)保護(hù)。

CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)又稱碼分多址，允許所有的使用者同時(shí)使用全部頻帶(1.2288MHz)，并且把其他使用者發(fā)出的訊號(hào)視為雜訊，完全不必考慮到訊號(hào)碰撞(collision)的問(wèn)題。CDMA的優(yōu)點(diǎn)包括：CDMA中所提供的語(yǔ)音編碼技術(shù)，其通話品質(zhì)比目前的GSM好，而且可以把用戶對(duì)話時(shí)周圍環(huán)境的噪音降低，使通話更為清晰。WCDMA(WidebandCodeDivisionMultipleAccess)寬帶碼分多址，是一種第三代無(wú)線通訊技術(shù)。是歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。

CDMA2000（CodeDivisionMultipleAccess2000）是一個(gè)3G移動(dòng)通訊標(biāo)準(zhǔn)，是2GcdmaOne標(biāo)準(zhǔn)的延伸。由美國(guó)高通北美公司為主導(dǎo)提出。CDMA2000與另一個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)WCDMA不兼容。

TD-SCDMA(TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess

)時(shí)分同步碼分多址

，是我國(guó)自主的一種第三代移動(dòng)通信技術(shù)，由大唐電信為主導(dǎo)提出的標(biāo)準(zhǔn)。BPSK(BinaryPhaseShiftKeying)二相相移鍵控，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)值的轉(zhuǎn)換方式之一。是利用偏離相位的復(fù)數(shù)波浪組合來(lái)表現(xiàn)信息鍵控移相方式的一種。QDPSK：四相絕對(duì)相移鍵控QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)正交相移鍵控，是一種數(shù)字調(diào)制方式。具有較高的頻譜利用率、較強(qiáng)的抗干擾性、在電路上實(shí)現(xiàn)也較為簡(jiǎn)單。

GMSK(高斯濾波最小頻移鍵控)，GMSK

是一種特殊的數(shù)字

FM

調(diào)制方式：給

RF

載波頻率加上或者減去

67.708kHz

表示

1和

0。在

GSM

中，數(shù)據(jù)速率選為

270.833kbit/sec，正好是

RF

頻率偏移的

4

倍，這樣做可以把調(diào)制頻譜降到最低并提高信道效率。比特率正好是頻率偏移

4

倍的

FSK

調(diào)制稱作

MSK（最小頻移鍵控）。在

GSM

中，使用高斯預(yù)調(diào)制濾波器進(jìn)一步減小調(diào)制頻譜。

GFSK(GaussfrequencyShiftKeying)高斯濾波頻移鍵控，在調(diào)制之前通過(guò)一個(gè)高斯低通濾波器來(lái)限制信號(hào)的頻譜寬度。

射頻/微波技術(shù)所涉及的技術(shù)包括信號(hào)的產(chǎn)生、調(diào)制、功率放大、輻射、接收、低噪聲放大、混頻、解調(diào)、檢測(cè)、濾波、衰減、移相、開(kāi)關(guān)等各個(gè)模塊單元的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

基本理論是經(jīng)典的電磁場(chǎng)理論。研究電磁波沿傳輸線的傳播特性有兩種分析方法。一種是“場(chǎng)”的分析方法,即從麥克斯韋方程出發(fā),在特定邊界條件下解電磁波動(dòng)方程,求得場(chǎng)量的時(shí)空變化規(guī)律,分析電磁波沿線的各種傳輸特性；

另一種是“路”的分析方法,即將傳輸線作為分布參數(shù)電路處理,用基爾霍夫定律建立傳輸線方程,求得傳輸線上電壓和電流的時(shí)空變化規(guī)律,分析電壓和電流的各種傳輸特性。用這兩種方法研究同一個(gè)問(wèn)題,其結(jié)論是相同的。到底是用“場(chǎng)”的方法還是用“路”的方法,應(yīng)由研究的方便程度來(lái)決定。在射頻/微波頻率范圍內(nèi),同一功能的模塊,在不同工作頻段的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式大不相同?！敖Y(jié)構(gòu)就是電路”是射頻/微波電路的顯著特征。射頻/微波電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是處理好材料、

結(jié)構(gòu)與電路功能的關(guān)系。信號(hào)頻率低于30MHz，可以采用高頻電路的方法。信號(hào)頻率高于3GHz，可以采用微波電路的設(shè)計(jì)方法。在低頻電路設(shè)計(jì)中，不需要考慮線路板上引線的長(zhǎng)度和一些寄生參數(shù)的影響，可以使用基爾霍夫定律進(jìn)行電路分析。在微波電路設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用波導(dǎo)、諧振腔、環(huán)形器等元件，必須使用基于電磁場(chǎng)的方法進(jìn)行分析。射頻電路設(shè)計(jì)是介于低頻電路設(shè)計(jì)與微波電路設(shè)計(jì)之間的一種方法。RF通信系統(tǒng)在通信系統(tǒng)射頻部分，元件的輸入輸出阻抗對(duì)系統(tǒng)性能有很大的影響。發(fā)射天線和接收天線上有效RF功率電平可以差10～15個(gè)量級(jí)。Implementation?matchingnetworks?BJT/FETactivedevices?biasingcircuits?printedcircuitboard?mircostriplinerealization?surfacemounttechnology1.2射頻/微波的重要特性 1.2.1射頻/微波的基本特性

1．似光性

①在空氣或其他媒體中沿直線以光速傳播,在不同的媒體界面上存在入射和反射現(xiàn)象。 ②當(dāng)射頻/微波照射到某些物體上時(shí)將產(chǎn)生明顯的反射。

③可以制成尺寸、體積合適的天線,用來(lái)傳輸信息,實(shí)現(xiàn)通信；也可接收物體所引起的回波或其他

物體發(fā)射的微弱信號(hào),用來(lái)確定物體的方向、距離和特征,實(shí)現(xiàn)雷達(dá)探測(cè)。2.穿透性

①能穿透電離層,可以探測(cè)外層空間；②能夠穿透云霧、植被、積雪和地表層,是遙測(cè)、遙感技術(shù)的重要手段；③能夠穿透生物組織,是醫(yī)學(xué)透熱療法的重要方法；④能穿透等離子體,是等離子體診斷、研究的重要手段。3.非電離性

利用其非電離性形成了一門獨(dú)立的分支學(xué)科——微波波譜學(xué)。4.信息性

射頻/微波頻帶比普通的中波、短波和超短波的頻帶要寬幾千倍以上,它攜帶的信息量要比普通無(wú)線電波可能攜帶的信息量大的多。?Example:INDUCTORLow-frequency(lumped)High-frequencyZ=R+jwL

Z=?射頻電路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)⑴分布參數(shù)

集總參數(shù)元件的特性由元件自身決定，元件的電磁場(chǎng)都集中在元件內(nèi)部，如電容、電感和電阻。

分布參數(shù)元件的特性延伸擴(kuò)展到一定的空間范圍內(nèi)，不局限于元件自身。它的電磁場(chǎng)分布在附近空間中，特性受周圍環(huán)境的影響。如分布電容、分布電感。

例：如果分布電容為CD=1pF，2MHz和2GHz時(shí)，分布電容的容抗XD。例：如果分布電感LD=1nH，求在f=2kHz，2MHz和2GHz時(shí)，分布電感LD的感抗XD。

⑵設(shè)計(jì)準(zhǔn)則這是一個(gè)判斷準(zhǔn)則，決定是否使用傳輸線理論進(jìn)行電路分析和設(shè)計(jì)。當(dāng)電路板的幾何尺寸小于1/8工作波長(zhǎng)時(shí)，可以不用傳輸線理論來(lái)設(shè)計(jì)。當(dāng)電路板的幾何尺寸大于1/8工作波長(zhǎng)時(shí)，必須使用傳輸線理論進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。例：某CPU的內(nèi)部核心電路尺寸為5mm左右，時(shí)鐘頻率達(dá)到2GHz，請(qǐng)判斷CPU內(nèi)部電路設(shè)計(jì)是否按照傳輸線理論進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)使電流集中在導(dǎo)體表層區(qū)域中，導(dǎo)致有效導(dǎo)電面積變小，使導(dǎo)體的交流電阻增加。趨膚深度定義：為工作頻率，為導(dǎo)體的導(dǎo)磁率，為導(dǎo)體的電導(dǎo)率例：銅的電導(dǎo)率為s/m，導(dǎo)磁率為，則在f=1kHz，1MHz和1GHz頻率下，趨膚深度分別為？

在低頻電路中，一個(gè)普通的導(dǎo)線就可以把兩個(gè)電路短接在一起。在射頻電路中，只有足夠?qū)?，足夠平的?dǎo)體才能短接兩個(gè)電路。在低頻電路中工作良好的導(dǎo)線，在射頻電路中會(huì)因?yàn)樘叩姆植茧姼泻蜕漕l電阻而呈較高的阻抗。(1)頻帶寬?？蓚鬏?shù)男畔⒘看蟆?(2)分辨率高。連續(xù)波多普勒雷達(dá)的頻偏大,成像更清晰,反應(yīng)更靈敏。 (3)尺寸小。電路元件和天線體積小。 (4)干擾小。不同設(shè)備相互干擾小。 (5)速度快。數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)處理速度快。

(6)

頻譜寬。頻譜不擁擠,不易擁堵,軍用設(shè)備更可靠。1.2.2射頻/微波的主要優(yōu)點(diǎn)(1)元器件成本高。 (2)輻射損耗大。 (3)大量使用砷化鎵器件,而不是通常的硅器件。 (4)電路中元件損耗大,輸出功率小。 (5)設(shè)計(jì)工具精度低,成熟技術(shù)少。1.2.3射頻/微波的不利因素

1.3射頻/微波工程中的核心問(wèn)題

1.3.1射頻鐵三角

頻率、阻抗和功率是射頻/微波工程的三大核心指標(biāo),稱為射頻鐵三角。

1.3.2射頻鐵三角的內(nèi)涵 1.頻率

頻率決定微波電路的結(jié)構(gòu)形式和器件材料。直接影響射頻/微波信號(hào)頻率的主要電路有： (1)信號(hào)產(chǎn)生器：用來(lái)產(chǎn)生特定頻率的信號(hào),如點(diǎn)頻振蕩器、機(jī)械調(diào)諧振蕩器、壓控振蕩器、頻率合成器等。(2)頻率變換器：分頻器、變頻器、倍頻器、混頻器等。 (3)頻率選擇電路：低通濾波器、帶通濾波器、高通濾波器和帶阻濾波器等。高速電子開(kāi)關(guān)由于體積小,在許多方面取代了濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率選擇。測(cè)量?jī)x器有頻譜分析儀、頻率計(jì)數(shù)器、功率計(jì)、網(wǎng)絡(luò)分析儀等。2.功率

功率用來(lái)描述射頻/微波信號(hào)的能量大小。影響射頻/微波信號(hào)功率的主要電路有： (1)衰減器:控制射頻/微波信號(hào)功率的大小。通常由有耗材料(電阻性材料)構(gòu)成,有固定衰減量和可調(diào)衰減量之分。

(2)功分器:將一路射頻/微波信號(hào)分成若干路的組件,可以是等分的,也可以是比例分配的。也可用作功率合成器,在各個(gè)支路口接同頻同相等幅信號(hào),在主路疊加輸出。

(3)耦合器:耦合一小部分功率到支路,用以檢測(cè)主路信號(hào)的工作狀態(tài)是否正常。分支線耦合器和環(huán)形橋耦合器可實(shí)現(xiàn)不同相位的功率分配/合成。(4)放大器：提高射頻/微波信號(hào)功率的電路。用于接收的是小信號(hào)放大器,該類放大器著重要求低噪聲、高增益。

用于發(fā)射的是功率放大器,對(duì)于該類放大器,為了滿足要求的輸出功率,可以不惜器件和電源成本。3.阻抗

阻抗是在特定頻率下,影響信號(hào)能量傳輸?shù)囊粋€(gè)參數(shù)。

電路的材料和結(jié)構(gòu)在特定工作頻率下影響阻抗的大小。所涉及的射頻/微波電路有： (1)阻抗變換器:增加合適的元件或結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)一個(gè)阻抗向另一個(gè)阻抗的過(guò)渡。 (2)阻抗匹配器:一種特定的阻抗變換器,實(shí)現(xiàn)兩個(gè)阻抗之間的匹配。

(3)天線:一種特定的阻抗匹配器,實(shí)現(xiàn)射頻/微波信號(hào)在封閉傳輸線和空氣媒體之間的匹配傳輸。

1.4射頻/微波電路的應(yīng)用

(1)無(wú)線通信系統(tǒng): 空間通信,遠(yuǎn)距離通信,無(wú)線對(duì)講,蜂窩移動(dòng),個(gè)人通信系統(tǒng),無(wú)線局域網(wǎng),衛(wèi)星通信,航空通信,航海通信,機(jī)車通信,業(yè)余無(wú)線電等。(2)雷達(dá)系統(tǒng):航空雷達(dá)、航海雷達(dá)、飛行器雷達(dá)、防撞雷達(dá)、氣象雷達(dá)、成像雷達(dá)、警戒雷達(dá)、武器制導(dǎo)雷達(dá)、防盜雷達(dá)、警用雷達(dá)、高度表、距離表等。(3)導(dǎo)航系統(tǒng)： 微波著陸系統(tǒng)（MLS）,GPS,無(wú)線信標(biāo),防撞系統(tǒng),航空、航海自動(dòng)駕駛等。

(4)遙感： 地球監(jiān)測(cè),污染監(jiān)測(cè),森林、農(nóng)田、魚汛監(jiān)測(cè),礦藏、沙漠、海洋、水資源監(jiān)測(cè),風(fēng)、雪、冰、凌監(jiān)測(cè),城市發(fā)展和規(guī)劃等。

(5)射頻識(shí)別： 保安,防盜,入口控制,產(chǎn)品檢查,身份識(shí)別,自動(dòng)驗(yàn)票等。 (6)廣播系統(tǒng)： 調(diào)幅（AM）,調(diào)頻（FM）廣播,電視（TV）等。 (7)汽車和高速公路： 自動(dòng)避讓,路面告警,障礙監(jiān)測(cè),路車通信,交通管理,速度測(cè)量,智能高速路等。

(8)傳感器： 潮濕度傳感器,溫度傳感器,長(zhǎng)度傳感器,探地傳感器,機(jī)器人傳感器等。(9)電子戰(zhàn)系統(tǒng)：間諜衛(wèi)星,輻射信號(hào)監(jiān)測(cè),行軍與阻擊等。 (10)醫(yī)學(xué)應(yīng)用：磁共振成像,微波成像,微波理療,加熱催化,病房監(jiān)管等。 (11)空間研究:射電望遠(yuǎn)鏡,外層空間探測(cè)等。

(12)

無(wú)線輸電:空對(duì)空,地對(duì)空,空對(duì)地,地對(duì)地輸送電能等。1.5射頻/微波系統(tǒng)舉例1.5.1射頻/微波通信系統(tǒng)一、基本原理基本原理就是利用其似光傳輸特性,穿越空氣,實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)線傳遞。 基本通信系統(tǒng)

二、微波通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信線路的組成混頻本振三、衛(wèi)星通信系統(tǒng)電源部分控制部分遙測(cè)指令部分通信部分下圖是K波段(18-26.5G)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的地面站結(jié)構(gòu)框圖。下圖K波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖。四、雷達(dá)系統(tǒng) 1.基本原理 雷達(dá)的原意為無(wú)線電探測(cè)與定位。雷達(dá)的基本任務(wù)：探測(cè)感興趣的目標(biāo)，測(cè)定有關(guān)目標(biāo)的距離、方向、速度等狀態(tài)參數(shù)。雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)（包括信號(hào)處理機(jī)）和顯示器等部分組成。

圖1-7雷達(dá)基本原理示意圖基本原理是發(fā)射的微波信號(hào)遇到目標(biāo)后反射回來(lái),檢測(cè)發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)之間的關(guān)系,即可確定目標(biāo)的信息。雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生足夠的電磁能量，經(jīng)過(guò)收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個(gè)很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后，將沿著各個(gè)方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向，被雷達(dá)天線獲取。天線獲取的能量經(jīng)過(guò)收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送到接收機(jī)，形成雷達(dá)的回波信號(hào)。由于在傳播過(guò)程中電磁波會(huì)隨著傳播距離而衰減，雷達(dá)回波信號(hào)非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒(méi)。接收機(jī)放大微弱的回波信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理機(jī)處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等。

2.脈沖雷達(dá) 對(duì)連續(xù)波微波信號(hào)進(jìn)行脈沖調(diào)幅,發(fā)射出去的信號(hào)就是微波脈沖。檢測(cè)回波脈沖信號(hào)與發(fā)射脈沖信號(hào)的時(shí)間差(微波傳輸?shù)乃俣仁枪馑?，即可確定目標(biāo)的距離。圖1-8脈沖雷達(dá)結(jié)構(gòu)框圖

3．多普勒雷達(dá)

多普勒（Doppler）雷達(dá)主要檢測(cè)移動(dòng)目標(biāo)的多普勒頻移信息的一種雷達(dá),具有很強(qiáng)的距離鑒別能力和速度鑒別能力,能夠在復(fù)雜的背景下檢測(cè)出目標(biāo)。它有連續(xù)波和脈沖兩種形式,如圖1-9和圖1-10所示。圖1-9連續(xù)波多普勒雷達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖圖1-10脈沖多普勒雷達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖

4.高度表 高度表是各種飛行器的必備儀表。發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的頻移含有目標(biāo)距離的信息。 如果目標(biāo)是地面,就可確定出飛行器的距地面高度。5、雙/多基地雷達(dá)普通雷達(dá)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)安裝在同一地點(diǎn)。雙/多基地雷達(dá)是將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別安裝在相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)上，地點(diǎn)可以設(shè)在地面、空中平臺(tái)或空間平臺(tái)上。由于隱身飛行器外形的設(shè)計(jì)主要是不讓入射的雷達(dá)波直接反射回雷達(dá)，這對(duì)于單基地雷達(dá)很有效。但入射的雷達(dá)波會(huì)朝各個(gè)方向反射，總有部分反射波會(huì)被雙/多基地雷達(dá)中的一個(gè)接收機(jī)接收到。美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)從七十年代就開(kāi)始研制。6、相控陣?yán)走_(dá)

蜻蜓的每只眼睛由許許多多個(gè)小眼組成，每個(gè)小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。相控陣?yán)走_(dá)的天線陣面也由許多個(gè)輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成，單元數(shù)目和雷達(dá)的功能有關(guān)，可以從幾百個(gè)到幾萬(wàn)個(gè)。這些單元有規(guī)則地排列在平面上，構(gòu)成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進(jìn)行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號(hào)送入主機(jī)，完成雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的搜索、跟蹤和測(cè)量。每個(gè)天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過(guò)移相器可以被饋入不同相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數(shù)目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達(dá)的工作基礎(chǔ)是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。7、相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點(diǎn)

（1）波束指向靈活，能實(shí)現(xiàn)無(wú)慣性快速掃描，數(shù)據(jù)率高；（2）一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立波束，分別實(shí)現(xiàn)搜索、識(shí)別、跟蹤、制導(dǎo)、無(wú)源探測(cè)等多種功能；（3）目標(biāo)容量大，可在空域內(nèi)同時(shí)監(jiān)視、跟蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo)；（4）對(duì)復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)；（5）抗干擾性能好。全固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)的可靠性高，即使少量組件失效仍能正常工作。但相控陣?yán)走_(dá)設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90°～120°。當(dāng)需要進(jìn)行全方位監(jiān)視時(shí)，需配置3～4個(gè)天線陣面。

多功能相控陣?yán)走_(dá)已廣泛用于地面遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)、機(jī)載和艦載防空系統(tǒng)、機(jī)載和艦載系統(tǒng)、炮位測(cè)量、靶場(chǎng)測(cè)量等。美國(guó)“愛(ài)國(guó)者”防空系統(tǒng)的AN／MPQ-53雷達(dá)、艦載“宙斯盾”指揮控制系統(tǒng)中的雷達(dá)、B-1B轟炸機(jī)上的APQ-164雷達(dá)、俄羅斯C-300防空武器系統(tǒng)的多功能雷達(dá)等都是典型的相控陣?yán)走_(dá)。8、寬帶／超寬帶雷達(dá)

工作頻帶很寬的雷達(dá)稱為寬帶／超寬帶雷達(dá)。

隱身兵器通常對(duì)付工作在某一波段的雷達(dá)是有效的，而面對(duì)覆蓋波段很寬的雷達(dá)就無(wú)能為力了，它很可能被超寬帶雷達(dá)波中的某一頻率的電磁波探測(cè)到。超寬帶雷達(dá)發(fā)射的脈沖極窄，具有相當(dāng)高的距離分辨率，可探測(cè)到小目標(biāo)。9、合成孔徑雷達(dá)

合成孔徑雷達(dá)通常安裝在移動(dòng)的空中或空間平臺(tái)上，利用雷達(dá)與目標(biāo)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將雷達(dá)在每個(gè)不同位置上接收到的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行相干處理，就相當(dāng)于在空中安裝了一個(gè)“大個(gè)”的雷達(dá)，這樣小孔徑天線就能獲得大孔徑天線的探測(cè)效果，具有很高的目標(biāo)方位分辨率，再加上應(yīng)用脈沖壓縮技術(shù)又能獲得很高的距離分辨率，因而能探測(cè)到隱身目標(biāo)。合成孔徑雷達(dá)在軍事上和民用領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，如戰(zhàn)場(chǎng)偵察、火控、制導(dǎo)、導(dǎo)航、資源勘測(cè)、地圖測(cè)繪、海洋監(jiān)視、環(huán)境遙感等。美國(guó)的聯(lián)合監(jiān)視與目標(biāo)攻擊雷達(dá)系統(tǒng)飛機(jī)新安裝了一部AN／APY3型X波段多功能合成孔徑雷達(dá)。英、德、意聯(lián)合研制的“旋風(fēng)”攻擊機(jī)正在試飛合成孔徑雷達(dá)。10、毫米波雷達(dá)

工作在毫米波段的雷達(dá)稱為毫米波雷達(dá)。它具有天線波束窄、分辯率高、頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)它工作在目前隱身技術(shù)所能對(duì)抗的波段之外，因此它能探測(cè)隱身目標(biāo)。美國(guó)的“愛(ài)國(guó)者”防空導(dǎo)彈已安裝了毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭，目前正在研制更先進(jìn)的毫米波導(dǎo)引頭；俄羅斯已擁有連續(xù)波輸出功率為10千瓦的毫米波雷達(dá)；英、法等國(guó)家的一些防空系統(tǒng)也都將采用毫米波雷達(dá)。11、激光雷達(dá)

工作在紅外和可見(jiàn)光波段的雷達(dá)稱為激光雷達(dá)。由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)和信息處理系統(tǒng)等組成。激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機(jī)再把從目標(biāo)反射回來(lái)的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。隱身兵器通常是針對(duì)微波雷達(dá)的，因此激光雷達(dá)很容易“看到”隱身目標(biāo)；再加上激光雷達(dá)波束窄、定向性好、測(cè)量精度高、分辨率高，因而它能有效地探測(cè)隱身目標(biāo)。美國(guó)國(guó)防部正在開(kāi)發(fā)用于目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別的激光雷達(dá)技術(shù)，已進(jìn)行了前視／下視激光雷達(dá)的試驗(yàn)，主要探測(cè)偽裝樹(shù)叢中的目標(biāo)。法國(guó)和德國(guó)正在積極進(jìn)行使用激光雷達(dá)探測(cè)和識(shí)別直升機(jī)的聯(lián)合研究工作。一、頻帶寬度1、絕對(duì)帶寬為高端截止頻率和低端截止頻率之差。2、相對(duì)帶寬

1.6射頻/微波工程基礎(chǔ)常識(shí)

對(duì)這樣寬的功率電平范圍內(nèi)的運(yùn)算，使用基于對(duì)數(shù)的比值尺度即dB比較方便。

簡(jiǎn)化了代數(shù)運(yùn)算，自然數(shù)相乘運(yùn)算變成了對(duì)數(shù)相加，自然數(shù)相除變成了對(duì)數(shù)相減。 二、分貝表示法

分貝表示物理量的相對(duì)值。也可以和某些物理單位一起使用，表示物理量的絕對(duì)數(shù)值。如用dBm表示功率，用dBuV表示電壓。

1、若以1W為基準(zhǔn)功率，功率為P時(shí)，對(duì)應(yīng)的電平：（分貝瓦）例如功率為1W時(shí)，電平為0dBW；功率為100W時(shí)，電平為20dBW；功率為100mW時(shí)，對(duì)應(yīng)的電平為