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微波传输线理论及应用.docx
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第一章:引言
随着时代的发展,微波技术以及工艺在近年来等到了飞速的发展,
这主要是得益于新的微波器件以及新一代的微波传输线的发展。
在微波系统中,单刀双掷开关作为最简单,最常用的微波控制器
件在大型的微波设计中起着很重要的作用,我在指导老师刘老师和何
老师的悉心指导下,我参阅了一些有关的设计资料,完成了对单刀双
掷开关的研制。
在本文中,我将从原理开始,具体分析和介绍研制的过程。在第
二章中,主要介绍单刀双掷开关的基本构造,主要参数,匹配网络等
等。在第三章中,主要介绍本次设计所使用的软件 MicroWave Office,
其操作形式,优化方法和自己的一些使用心得。第四章,将着重介绍
本次设计的图形,参数的测量、优化指标。
第三章 微波固态电路介绍
微波固态电路的发展与微波集成电路技术密切相关,而微型化
技术则是以提高集成度为基础的。目前对雷达,电子战和通讯等电子
设备中微波电路“微型化”的呼声甚高;“微型化”的含义远比其名
词本身寓意要广泛,它至少还意味着:一致性,低价格和高可靠。微
波集成电路(MIC)的概念来自低频集成电路(IC),其发展也是遵循着低
频的途径。60 年代后期随着各种微波半导体器件的问世以及微带传
输线理论和薄膜工艺的成熟,以混合集成电路 (HMIC)的形式出现。
是采用薄膜或厚膜工艺在介质衬底表面制作以分布参数为主的微波
电路,其中有源器件和集总参数元件(电容,电阻等)通过键合,焊
接或压接加到衬底表面。70 年代 HMIC 发展迅速,应用广泛,使原
先用分立元件实现的微波系统在小型化,轻量化方面起了变革,性能
与价格方面也有所得益,而且逐渐出现了集成度提高的多功能
HMIC。HMIC 的发展对微波技术本身起了推动作用,并为单片微波
集成电路的研制奠定了基础。 MMIC 的含义是采用半导体多层工艺
(如外延,离子注入,溅射,蒸发,扩散等方法或这些方法与其他方
法的结合)将所有的微波或毫米波有源器件或无源元件(包括连接线)
制成一整体或制作于半绝缘衬底表面以实现单个芯片的功能部件或
整件。近 10 年来,MMIC 事业蓬勃发展,归因于:性能优良的 GaAs
半绝缘衬底材料的大量应用及外延,离子注入等工艺的成熟,
MESFET 的大力开发并已成为多用途器件;肖特基势垒二极管与各种
MESFET(包括双栅 FET)可用相同工艺在同一衬底上制作;特别是
可进行精确定模和优化设计的 CAD 工具日臻完善。与功能相同的
HMIC 相比,MMIC 的体积,重量可减至 1/100 或更小(频率愈低,
减少愈多,在 L 波段可减至 1/1000,或更小)。因 MMIC 适于批加工,
在材料均匀性好和工艺成熟的前提下可实现良好的电性能一致。由于
大大减少接插件,联线和外接元器件,可靠性改善因数可达 20---100,
由于寄生参量减至最小,MMIC 具有宽带本能,其抗辐射能力也较强。
但 MMIC 也有其缺点。首先。采用半导体工艺在衬底上制成的电路,
从占有面积来看,无源元件比有源元件大,因此不仅价格高,也不利
于提高成品率,而且传输线损耗大。其次 MMIC 难以实现电路微调,
故为获得最佳性能,必须更多地依赖 CAD 技术。又由于元件密集,
射频耦合强,顾宜尽量采用集总元件,由 CAD 进行邻近效应计算等。
此外,由于 GaAs 导热率不佳,散热较难,高功率集成仍是难题。对
MMIC 的故障指示及监测尚在研究中,其途径是进行微波预先测试研
究,并将估计元件故障编入 CAD 程序。
以往,经典的HMIC 研制程序是:设计计算或CAD->电路布局
->制版加工->试验微调->修改设计->……。因基于不很精确的设计,
上述过程往往需返复数次。其间由于等于等待加工,使整个周期延长。
这种方法显然不适于先进的微型化组件的研制,特别因对 MMIC 不可
能进行微调,故首先必须研究精确的元器件定模和 CAD 技术。近几
年来国外已推出一些对 MMIC 设计行之有效的 CAD 软件包。它们针
对小信号或大信号工作可分别给出线性、非线性的频域或时域分析。
例如 EEsof 公司的 Libra(包含线性和非线性频域模拟)和Microwave
Spice(时域模拟);COMPACT 公司的 LINMIC、Microwave Harmonica
等软件均已广为应用。现又推出可给出三维结构分析乃至全局电磁模
拟的软件,如 EEsof 公司的 EMsim 和 HP 公司的 HFSS,它们适于计
算迭层螺旋电感、电压器、空气桥以及邻近效应等。采用这些软件后
可使 MMIC 设计精度大为提高。不仅如此,目前的软件还可对电路成
品率进行优化,并使电路对加工容差的灵敏度最低,与 CAD 软件逐
步完善的同时,计算机辅助加工(CAM)和计算机辅助测试(CAT)
也已逐渐成熟。乃有可能改变以往的研制方法,而是借助计算机是模
拟和制图程序之间直接相互作用,对设计与加工进行微调。目前已形
成的集软件与硬件与一身的 MMIC CAE (=CAD+CAM+CAT) 工
作站,可一次完成定模、综合、模拟、线性与非线性分析、优化、制
图、加工、测试和调整。目前 EEsof 和 HP 等公司均已开发出 MMIC
工作站。
第三章:微波单刀双掷开关。
1.单刀双掷开关。
在微波控制电路中,最普通但又最常用的开关是单刀双掷开关。
它把信号来回换接到两个不同的设备上,形成交替工作的两条微
波通路。其典型例子是雷达天线收发开关,发射机和接收机共用
一个天线,由一个单刀双掷开关控制。
2.单刀双掷开关的基本结构。
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