微波工程吐血总结

微波工程
课本《微波工程》pozar
《微波技术与天线》王新稳
首先是电磁场的基本理论，这些和《电磁场与电磁波》和《高等电磁》的第一章一样的，都是介绍电磁场基本知识。先从麦克斯韦方程，然后边界条件(包括一般分界面的，理想介质的，pec的，pmc的)
然后是解麦克斯韦方程，怎么解呢，直接解解不了，把它化成波动方程，只保留e或者h。在无源的情况下，它是亥姆霍兹方程，是平面波球面波或者柱面波。平面波的时候，可以分析它的入射和反射(垂直入射和斜入射，理想导体和理想介质，全反射和平面波）柱面波和球面波主要是入射反射，和平面波的表达形式之间互相转换(高等电磁)
有源的时候，分静电场和波动场，静电场可以用镜像法，分离变量法，格林函数法等等，波动场可以用达朗贝尔方程，把e和h转换成fai和pusai(红和蓝不好求，把它转成黄和绿，求出黄和绿，再由黄和绿求出红和蓝)
以上是微波工程第一章

然后第二章，可以结合微波技术与天线，主要是无源传输线上波节波腹特点。还有Smith原图和四分之波长变换线
第三章是各种传输线，各种传输线的模式，相速，相位常数，波导波长之类的。波导(矩形波导，圆波导的主模，截止波长相速度，波导波长，高次模，场分布)同轴线(主模tem，高次模，主模传输条件）接地介质版上的表面波(te和tm，截止频率)
(不熟）带状线(主模tem，特征阻抗，近似的静电解?)微带线(主模准tem，频率依赖效应和高次模)横向谐振法(不熟)波速和色散(定义，群速)其他类型传输线和波导(脊波导，介质波导，槽线，共面波导，覆盖微带线）
第三章还需要仿真，在hfss或者cst里建立各种传输线的模型，看他们传播常数之类的
第四章微波网络
首先是阻抗矩阵和导纳矩阵，掌握定义，能够通过简单结构直接计算出来。互易网络和无耗网络的zy矩阵特点(zij=zji，re(zij）=0)然后是重点散射矩阵s矩阵，定义，互易无耗网络特点(s=st，幺正)，参考平面移动，功率波和广义散射参量(不熟)。然后是传输abcd矩阵，掌握定义，是一个端口的电压电流和另一个端口的电压电流之间的关系，掌握简单电路根据定义求解abcd矩阵，掌握abcd矩阵和s矩阵，z矩阵，y矩阵之间的互换关系(参考王新稳书)。然后是信号流图和网络分析仪校正使用(不熟，具体再问问失网那儿的人，具体感受一下怎么校正)。然后是不连续性和模分析(不熟)。最后是波导的激励，类似于仿真中的波端口和同轴馈电，分为电流和磁流模激励以及小孔耦合(不熟，仿真体验一下）
第五章阻抗匹配和调谐，这一章需要仿真感受一下。首先书集总元件lc匹配，分解析解法和Smith圆图法。然后是单短截线调谐和双短截线调谐，这个在圆图上具体怎么走，要不要转换成导纳圆图，还需要再查查，最好不要用导纳圆图。然后是四分之波长变换器，老生常谈了。进一步是小反射理论，分为单节变换器和多节变换器，主要思想就是各级反射互相抵消。根据小反射理论，有两种经典形式，二项式多节匹配和切比雪夫多节匹配，这两个非常类似于二项式和切比雪夫滤波器，都是查表的形式。具体流程要掌握。然后是渐变传输线，这个有利于宽带，分三种，指数渐变，三角渐变和klopfenstein渐变，这三种都不熟。要把渐变传输线和多节匹配变换器仿真一下体验体验。最后是播的-fano约束条件，这个是经常用的约束条件，表示回波损耗和带宽之间的制约的关系。

第六章是谐振器，主要有串并联谐振电路，传输线谐振器，波导谐振器(圆波导矩形波导)，介质谐振器这几种，最后讲了谐振器咋激励的和腔的微扰。串并联谐振器是理想谐振器模型，包括串联谐振器和并联谐振器，掌握他们的阻抗随频率变化关系(串联谐振时阻抗最低，并联谐振时阻抗最高。可以考虑为谐振时相当于谐振元件不存在了，串联谐振谐振元件不存在相当于串联的元件变少了，阻抗降低，并联谐振反之)。然后是有载q和无载q，注意他们之间的关系，以及无载q和外部q的计算公式。
然后是传输线谐振器，分别为短路二分之波长谐振线，短路四分之波长谐振线和开路二分之波长谐振线。第一个等效为串联电路，后两个为并联电路，短路四分之波长可看做开路二分之波长取了一半。
然后是波导腔谐振器，包括矩形波导谐振器和圆波导谐振器，掌握谐振基模和谐振频率(矩形波导基膜te101，圆波导基膜可能不是te111，也可能是tm010，根据半径决定)
然后是介质谐振器，它主模是te01Δ模，掌握它的特点，进行仿真
谐振器的激励，掌握四种经典激励方式，微带传输线缝隙耦合到微带馈线，同轴探针馈送到矩形波导谐振腔，圆柱谐振腔小孔耦合到矩形波导，介质谐振器耦合到微带馈线。掌握耦合系数的定义以及欠耦合临界耦合过耦合。掌握缝隙耦合和小孔耦合等效电路。
这一章要再仿真体验一下，特别是介质谐振器

第七章是功分器(三端口，一分二）和定向耦合器(四端口），这一章最重要的是每种结构的s参数要记住
首先是功分器和耦合器基本特征，这里是用s参数推导，得出来的结论是
三端口网络不能同时满足无耗、互易和全部端口匹配这三个条件。如果非互易，就是环形器，一般用铁氧体，s参数。如果不全部匹配，只有两个端口匹配，就是。如果有耗，就是电阻性功分器。
四端口网络，也叫定向耦合器，有两种，分别为对称耦合器和非对称耦合器，注意它们各自的s参数特点。对称耦合器的栗子是90度混合网络，反对称耦合器的栗子是180度混合网络，比如魔t混合环。注意耦合度，方向性，隔离度，插入损耗的定义。
下面是具体的功分器和耦合器
首先是t形结功分器(无耗)掌握它的结构，从输出端口看进去失配。然后是有耗的电阻性功分器，掌握它的结构，s参数。
然后是Wilkinson功分器，掌握结构。它是输出端口隔离的，了解奇偶模分析法。掌握不等功分和n路Wilkinson的结构，各个z0和互连电阻r。
下面是四端口的定向耦合器
首先是波导定向耦合器，这个不熟，还得看看，最好仿真一下。
然后是正交90度混合网络，注意结构和s参数，了解奇偶模分析
然后是耦合线定向耦合器，一般接功率计探头的通道a接的就是多节耦合线定向耦合器，耦合系数一般是20dB或者30dB，耦合度比较小，带宽2-4GHZ。
然后是lange桥，这个应用非常多，一般用到功放里用来增加带宽，注意它的结构和宽带工作原理
最后是180度混合网络，主要包括环形混合网络，魔t，渐变传输线，掌握它们的s参数(是非对称耦合器，根据这个容易写出它的s参数)和结构(注意1234端口顺序和哪个是和差端口)
最后还有一些其他耦合器，主要也是波导里的。
要仿真鸭

第八章滤波器以后再总结，主要看徐兴福ads设计那本书，镜像参量法也要了解
第九章铁氧体以后再总结，要掌握移项器环形器隔离器的结构
后面都以后再说

需要仿真的:
第三章，第五章，第六章，第七章，第八章，第十三章

放大器一章，首先介绍三种增益，这个一定要搞清楚，也是后面的基础，分别是增益，资用功率增益，转移功率增益。增益是负载吸收功率和二端口输入功率之比，和zs无关，和zl有关。可以想象为南水北调，从南京调到北京，从南京水库出来到河道，从河道到北京水库，各自都会有反射的回流的水。增益就是从河道的输入到北京的这一部分。资用功率增益是二端口可用功率之比和信号源最大输出功率之比，和zl无关，和zs有关。可以想象为从南京水库到北京水库入口的部分。转移功率增益是传输到负载的功率和源的可用功率之比。可以想象为到北京水库的水和出南京水库的水总比。掌握各个增益的公式
其中转移功率增益最有用，它能分成输入匹配网络gs，晶体管本身g0和输出匹配网络增益gl三部分相乘。可以理解为从南京水库进入河道的水的比例(因为zs和z0不同，有一部分会反射，类似于南京水库出水口和河道入口宽度不同，有一部分反射了)，河道的增益和从河道进入北京水库的水。记住每个增益的公式。注意gs下面是γin，gl下面是s22
当管子是单向的，s12等于0的时候，γin＝s11，γout＝s22，gs，g0和gl带入得到的新公式要知道。
然后是稳定性圆，在圆外是稳定的。稳定性圆在Smith圆外面时是绝对稳定否则是条件稳定。也可以用稳定性系数k计算，大于1绝对稳定，反之条件稳定，要知道k的计算公式。
然后是几种不同的放大器，小信号有最大增益放大器，等增益放大器，低噪放，大信号有功放。
最大增益放大器的γs和γl都是固定的，用公式计算即可，它的原理是γs和γin共轭匹配的时候能量能最大传输，同理适用于输出端。用公式计算。注意单向的时候综合单向的γin=s11和最大增益γin=γs共轭，得到单向最大增益γs=s11共轭，同理输出γl=s22共轭
等增益圆要记住圆心和半径
低噪放是用噪声系数来衡量，和增益不是一个体系，就像增益衡量的是南京水库到北京水库的水量比例，噪声衡量的是含沙量。噪声只和γs有关，和γl无关，可以理解为一条河的含沙量从源头就决定了。当γs＝γopt时，此时一些工作电流能抵消噪声电流，噪声系数最小。不等时，噪声系数增大。记住计算噪声系数的公式。
上面就是单级晶体管设计，包括最大增益，等增益，低噪声
下面是宽带放大器，包括平衡放大器，分布式放大器，差分放大器，负反馈放大器，阻抗匹配，补偿匹配等等。他们各自的优缺点要记住。p469和梁毕设
然后是功率放大器，主要分清楚abcdef各类型放大器的特点。可以参考《射频与微波晶体管放大器基础》
这就是放大器一章所有内容

然后是振荡器和混频器一章，这一章比较多，相当于以前好几章内容。首先是射频振荡器，频率比较低的:首先有考毕兹和哈特莱两种，都是从源极引一个反馈回栅极，两个电容一个电感的是考毕兹，两个电感一个电容的是哈特莱。要知道他们的结构(源接地，反馈回路中两个电容或者两个电感之间接地)。然后是(石英）晶体振荡器，q值高，可以用到考毕兹或者哈特莱电路里替代电感。
然后是射频振荡器，频率更高，不能用集总电容电感，得用微带线等分布参数。有用二极管和晶体管两种和介质谐振器。如果用二极管微波振荡器，满足Rl+Rin=0,Xl+Xin=0。由zin得到zl，在设计阻抗匹配电路。用晶体管做振荡器，rs＝-rin/3，xs=-xin，注意这个电阻是那个的三分之一。用介质谐振器，注意一般用到晶体管的反馈电路里，有并联结构和串联结构两种，记住电路。它的原理就是作为高q滤波器将一部分晶体管输出返回到输入。
然后是振荡器相位噪声，相位噪声是本来谐振器振荡频率就是一个单频点，但是实际有点便宜，表现为本来该在频谱是一条向上直线，结果变成一段弧线，左右都有。记住相位噪声的定义，可以用周围1h的误机率来理解。记住振荡器相位噪声的lesson模型，注意三段，分别为18db的f3分之一，12或6db的f2或f分之一，平坦。
然后是频率倍增器，不熟
最后是混频器，首先是混频器的一些指标，不再赘述，然后是具体混频器，首先是楞怼的单端二极管和晶体管混频器，这都是rf和lo楞怼上去的。这种楞怼方法不好，可以改成平衡混频器，这样带宽点，要记得平衡混频器的结构嗷，rf和lo怼到混合网络上，输出接俩反向二极管，正好，然后接一块，连到低通滤波器上。
还有个差分和希尔波特滤波器，希尔波特滤波器很屌，四个管子当开关，两个管子当放大器
双平衡混频器也挺屌的，只是平常用的时候，比较少用二极管，而是用晶体管替代二极管使用
然后是他妈的镜像抑制混频器，这个更扯淡了，它不是为了混频，它是吧混频之后的上边带和下边带混合信号给分开。在平衡混频器基础上再接个混合网络。然后是些杂牌滤波器，不再赘述。
平心而论，平时用的比较多的混频器，是单端混频器，双平衡混频器(混频器环mixer ring)，和差分或吉尔波特混频器。单平衡混频器和镜像抑制混频器其实用的比较少

第十一章是有源射频及微波器件
包括二极管，晶体管(双极结管和场效应管)，简单介绍了一下mmic和mems，最后是微波管，微波管以前考过，是重点
二极管包括肖特基二极管，PIN，耿式，impatt。肖特基二极管是半导体-金属结，主要有个小信号特性，此时是平方率区，输入功率再增大到了饱和区就不变了。利用它的小信号特性，进行频率变换，主要有三种:整流，检波，混频。混频器里用的二极管，比如单端二极管混频器，平衡混频器，双平衡混频器都是肖特基二极管，主要利用它的小信号近似。
然后是PIN二极管，没啥好说的，当开关用。把它用在移相器里有三种形式，开关线，加载线和反射移相器。要记住每种的结构，目前只熟悉开关线型的。
变容二极管是产生一个随偏置电压平滑变化的结电容。知道就行。
耿式二极管会用到电子管里，主要用的它的负阻效应。它是砷化镓或者磷化铟材料
impatt二极管主要利用在高电压下反偏雪崩击穿效应。利用雪崩击穿时产生的负阻。
上面是二极管，下面说晶体管
晶体管就两种，双极结型bjt和场效应管fet和高电子迁移率的hemt，hemt是fet的一种bjt电流控电流源，fet压控电流源。记住每种的结构，可以用蛋糕来记。
然后是混合mic和单片微波集成电路。要记住他们的制作流程，现在还没记住。要背下来，了解。http://www.360doc.com/content/17/0805/16/30774303_676876549.shtml

经常和mmic单片微波集成电路一起提起来的是mems微机电系统，最常用的是mems开关。mems开关是啥呢，是带有机械可移动触电的微机械RF开关，它和mmic的区别在于它在mmic的基础上加了微机械开关。mems开关相比于pin开关，优点在于损耗低，宽频带，缺点是因为利用的机械开关，机械开关反应需要时间，所以它开关时间慢和潜在寿命限制短。

最后是微波管。微波功率源一般包括固态源和电子管。固态源适用于低中频和低中功率。电子管适用于高功率和高频率。、
固态源包括使用二极管和三极管的，二极管就是耿式二极管（半导体结，负阻效应）和impatt二极管（反向偏置，雪崩击穿）。三极管就是各种花式晶体管，优势在于振荡频率等可以通过电路调谐。
电子管共同特性要记住。电子管可以分成两类，直线型或者叫o型，交叉场型或者叫m型。直线型包括速调型，行波管，反射速调管，返波振荡器，扩展的相互作用振荡器。要记住每个的工作原理。
交叉场型包括磁控管，交叉场放大器和回旋管。也要记住每个的工作原理。这一块还得再查查看看。
这就是第十一章有源射频及微波器件的内容。

第十章噪声与非线性
记住非线性的各种指标的定义，比如什么叫1db压缩点，什么叫二次谐波，什么叫三阶交调，什么叫三阶截断点，什么是级联系统的截断点，什么叫无源交调(后两个不熟）。
什么叫线性动态范围，什么叫无杂散动态范围。
噪声系数方面，首先噪声系数定义，输出信噪比比输入信噪比，也就是信噪比恶化程度。级联系统的噪声系数公式，注意减1。无源二端口的噪声系数，失配有耗传输线的噪声系数。
微波电路中的噪声，记住噪声源的来源，噪声功率和等效噪声温度的定义，记住噪声温度的测量，y因子法。

第九章铁氧体元件，这章不太熟悉。
要再看一下。主要是有损耗效应和退磁因子，主要用于铁氧体隔离器，铁氧体环形器，铁氧体相移器。要知道每个的s参数和结构。隔离器有谐振隔离器和场位移隔离器两种，谐振隔离器包括e面全高片和H面片，场位移隔离器是在一个位置仿一个电阻片，前向波基本不受影响，后向波衰减很大的。在测试系统里用的那个2-4Ghz的隔离器就是铁氧体的。
然后是铁氧体相移器，记住相移器的结构：环形铁氧体芯对称安置在波导内，偏置线穿过环中央。
https://www.docin.com/p-2168874050.html
http://blog.sina.com.cn/s/blog_a03bc2a50102w8o1.html
https://wenku.baidu.com/view/2b77254ffe4733687e21aa6c.html
https://baike.baidu.com/item/%E6%B3%95%E6%8B%89%E7%AC%AC%E6%97%8B%E8%BD%AC%E6%95%88%E5%BA%94/22102305?fr=aladdin