射频微波基础知识科普

01无线电频段划分

一般情况下，射频/微波频段分为 米波（10-1m，30-300MHz），分米波（波长10～1dm,频率300～3000MHz）、 厘米波（波长10～1cm,频率3～30GHz）和毫米波（波长10～1mm,频率30～300GHz）四个波段。

其后是亚毫米波、 远红外线、 红外线、 可见光。

02研究方法 -- 微波技术

具体地,微波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。

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。

用上述两种方法的结果是相同的，取决于哪个更方便。

在射频/微波频率范围内，模块的几何尺寸和波长相似，分布参数的概念始终贯彻于工程技术的方方面面。

“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。

03射频/微波的核心问题

射频铁三角： 频率，阻抗，功率

这三者是核心指标，相互独立又相互影响

频率

频率是射频/微波工程中最基本的一个参数,对应于无线系统所工作的频谱范围,也规定了所研究的微波电路的基本前提,进而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：

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。

频率变换器：将一个或两个频率的信号变为另一个所希望的频率信号,如分频器、变频器、 倍频器、 混频器等。

频率选择电路：在复杂的频谱环境中,选择所关心的频谱范围。

经典的频率选择电路是滤波器,如低通滤波器、带通滤波器、 高通滤波器和带阻滤波器等。

近年发展起来的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。

在射频/微波工程中,这些电路可以独立工作,也可以相互组合,还可以与其他电路组合,构成射频/微波电路子系统。

这些电路的测量仪器有频谱分析仪、频率计数器、功率计、网络分析仪等

功率

功率用来描述射频/微波信号的能量大小。

所有电路或系统的设计目标都是实现射频/微波能量的最佳传递。

影响射频/微波信号功率的主要电路有：

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。

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,希望分配后信号的损失尽可能小。

功分器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。

耦合器:  定向耦合器是一种特殊的分配器。

通常是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，配合微波二极管,完成多种功能微波电路,如混频、变频、 移相等。

放大器：提高射频/微波信号功率的电路,在射频/微波工程中地位极为重要。

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。用于测试仪器的放大器,完善和丰富了仪器的功能。

阻抗

阻抗是在特定频率下,描述各种射频/微波电路对微波信号能量传输的影响的一个参数。

电路的材料和结构对工作频率的响应决定电路阻抗参数的大小。

工程实际中,应设法改进阻抗特性,实现能量的最大传输。

所涉及的射频/微波电路有：

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。

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。

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。

04射频微波工程基础知识

关于分贝dB的基础概念

通常情况下,射频/微波电路用波的概念来描述能量的传递,用功率而不用电压或电流。

由于便于测量和运算,分贝用的最多。

dBm：功率相对于1mW的比值；

dBw：功率相对于1W的比值；

dBi，就是天线相对于一个全向点源天线的增益比值

更多dB

功率对应关系表

05常用的射频微波接头

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。

工程中的具体选择由总体结构、 成本与性能等因素决定。

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。

06射频微波电路的应用

射频/微波电路的经典用途是通信和雷达系统。

近年来发展最为迅猛的当数个人通信系统,当然,导航、遥感、 科学研究、 生物医学和微波能的应用也占有很大的市场份额。

下面归纳出射频/微波电路的各种用途,并给出几个应用实例。

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。

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。

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。

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。

广播系统：

调幅（AM）,调频（FM）广播,电视（TV）等。

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。

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。

电子战系统：

间谍卫星,辐射信号监测,行军与阻击等。

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。

空间研究:

射电望远镜,外层空间探测等。

无线输电:

空对空,地对空,空对地,地对地输送电能等。

审核编辑：汤梓红