微波固态电路复习题.docx
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微波固态电路复习题
第1章
选择与填空题
1.微波是指频率在（300MHz~300GHz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（1mm~1m）。
2.Ku波段是指频率在（12GHz~18GHz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（2.5~1.67cm）。
VHF波段是指频率在（0.1GHz~0.3GHz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（300~100cm）
UHF波段是指频率在（0.3GHz~1GHz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（100~30cm）
S波段是指频率在（2GHz~4GHz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（15~7.5cm）
C波段是指频率在（4GHz~8GHz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（7.5~3.75cm）
3.在大气中，影响微波/毫米波传播的主要是（氧分子）和（水分子），由于气体的（谐振）会对微波/毫米波产生（吸收）和（散射）。
4.毫米波的四个大气“窗口”是（35GHz）、（94GHz）（140GHz）（220GHz）。
简答题
1.简述微波电路的发展历程
由最初的电子管向固态化发展，由大型元件向小型元件、集成电路、器件方向发展，同时开发新系统。
目前微波技术的发展趋势是朝小型化、高集成化、高可靠、低功耗、大批量应用方向发展。
2.什么是MMIC
利用半导体批生产技术，将电路中所有的有源元件和无源元件都制作在一块砷化镓衬底上的电路称为微波单片集成电路。
第2章
选择与填空题
1.列举几种常用的平面传输线（微带线、悬置式微带线、倒置式微带线、带线、槽线、共面波导、鳍线）
2.微带线主要传输的模式是（准TEM），带线的传输主模是（TEM）
11.槽线的传输模式是（TE模）。
12.共面波导的传输模式是（准TEM模）。
8.鳍线的传输模式是（TE与TM模式组成的混合模）。
3.微带线最高工作频率的影响因素有（寄生模的激励、较高的损耗、严格的制造公差、处理过程中的脆性、显著地不连续效应、不连续处的辐射引起低的Q值）（列举四个即可）
5.如果为了获得放大器最佳噪声匹配电路，用反射系数表示时应满足（Гout=Гopt）；如果为了获得最大功率增益，用阻抗表示时应满足（Zout=Z*in）。
4.定向耦合器常用表征参量有（耦合度、方向性、隔离度）
7.耦合器的耦合度的定义是（C=10lgP1/P3=20lg|S31|dB）。
9.耦合器的方向性的定义是（D=20lg|S31|/|S41|=10lgP3/P4dB）。
10.耦合器的隔离度的定义是（I=10lgP1/P4=-20lg|S11|dB）。
简答题
1.简述MMIC技术的优点
答案：
（1）电路的体积、重量大大减小，成本低。
与现有的微波混合集成电路（HMIC）
比较，体积可缩小90%～99%，成本可降低80%～90%。
（2）便于批量生产，电性能一致性好；制造MMIC是采用半导体批量加工工艺，一旦设计
的产品验证后就可大批量生产；电路在制造过程中不需要调整。
（3）可用频率范围提高，频带成倍加宽。
由于避免了有源器件管壳封装寄生参量的有害影
响，所以电路工作频率和带宽大大提高。
（4）可靠性高，寿命长，MMIC一般不需要外接元件，清除了内部元件的人工焊接，当集
成度较高时，接点和互连线减少，整机零部件数大量减少，所以可靠性大大提高（可提高
100倍）。
2.简述阻抗匹配重要性的原因
答：
（1）当负载与传输线匹配时，可传送最大功率，并且在馈线上功率损耗最小。
（2）对阻抗匹配灵敏的接收部件，可改进系统的信噪比。
（3）在功率分配网络中，阻抗匹配可降低振幅和相位误差。
3.简述微带电路拓扑结构的选择原则
答：
（1）微波的高频段，宜选用微带阻抗跳变式的阻抗变换器。
（2）微波低频端，宜采用分支微带结构。
（3）微波固态电路设计中，当微波管输入阻抗为容性时，宜选用电感性微带单元；当微波管输入阻抗为感性时，宜选用电容性微带单元；
4.简述Wilkinson功率分配器的工作原理（P31）
答：
5.简述MMIC的基本工艺技术
答：
（1）光刻工艺
（2）离子注入工艺（3）薄膜淀积（4）腐蚀工艺（5）电镀工艺。
6.简述微带电路的制作要点。
答：
（1）基片处理
（2）版图制作（3）光刻（4）接地孔金属化与电镀（5）元件焊接
7.简述3dB分支线耦合器的工作原理。
8.简述混合环耦合器的工作原理。
第3章
选择与填空题
1.晶体管器件可分为（结型晶体管）和（场效应晶体管）。
2.用数学式子表示放大器绝对稳定的条件（）。
K=（1-|S11|2-|S22|+|△|2）/2|S12S21|
18．晶体管双端口网络绝对稳定的充要条件为（K>1）（1-|S11|2>|S12S21|）（1-|S22|2>|S12S21|）3.功率合成技术中的电路合成包含（谐振式功率合成、非谐振式功率合成）两种方式。
4.低噪声双极晶体管的两个重要的电参数是（功率增益和噪声系数）。
5.双极晶体管的噪声来源有（热噪声、散粒噪声、闪烁噪声）。
6.微波晶体管放大器的增益包含（转换功率增益、资用功率增益、实际功率增益）三种。
7.描述功率放大器特性的参量有（功率效率和功率附加效率、功率压缩、动态范围、交调失真、调幅-调相转换）。
8.列举三种功率合成技术（器件级合成、电路合成、空间功率合成和准光合成）。
9.晶体管噪声系是指晶体管输入端（信号/噪声功率）与输出端（信号/噪声功率）的比值。
17.噪声系数的定义（）。
10.功率双极晶体管常用的输出功率有（饱和输出功率、线性输出功率、脉冲输出功率）三种。
11.功率增益的定义是（在某一特定测试条件下晶体管的输出功率与输入功率之比）。
12.双极晶体管的噪声来源有三部分：
（热噪声）（散粒噪声）（闪烁噪声）
13.线性输出功率
是（1dB增益压缩时的输出功率）。
14.功率放大器是非线性工作，常采用以下三种分析方法：
（动态阻抗法）（大信号S参数法）和（负载牵引法）。
15.功率晶体管放大器的工作类别有三类：
（甲）（乙）和（丙）。
16．微波宽带放大器的电路结构的种类为（平衡式放大器、反馈式放大器、有源匹配放大器、分布式放大器、电阻电抗匹配式放大器）。
简答题
1.简述甲、乙、丙三类放大器的工作状态及特点。
答：
甲类放大的工作特征是发射结处于正向偏压，晶体管在静态时维持较高的静态直流
电流。
这类放大的特点是增益高、噪声低、线性好，但缺点是输出功率小且效率低，其理
论效率为50%，实际只有25%～40%
乙类放大的特征是发射结处于零偏压，晶体管在静态时也无直流电流，也是在外信号到来
时，开启发射极结才能进行放大，只是开启功率要比丙类小。
这类放大器的特点与甲类相
比是输出功率大，效率高，其理论最高效率可达78%；而与丙类相比是线性好，增益高
丙类放大的特征是发射结处于反向偏压，晶体管在静态时没有直流电流（只有很小的集电
极反向漏电流），当外信号到来时，将发射结打开，才起放大作用。
这类放大的特点是输
出功率大，集电极效率高，最高理论效率可接近100%，实际可达50%～70%；其缺点是增
益低、线性差和噪声大。
2.分别解释什么是转换功率增益、资用功率增益、实际功率增益
答：
转换功率增益：
放大器负载吸收的功率PL与信源可用功率Pa之比。
资用功率增益：
放大器输出端的资用功率PLa与信号源资用功率Pa之比。
实际功率增益：
负载所吸收的功率与放大器输入功率之比。
3.简述晶体管四个S参数的物理意义。
答：
S11是晶体管输出端接匹配负载时的输入端电压反射系数；S22是晶体管输入端接匹配负载时的输出端电压反射系数。
S21式晶体管输出端接匹配负载时的正向传输系数，|S21|2代表功率增益。
S12是晶体管输入端反向传输系数，代表晶体管内部反馈的大小。
4.简述高电子迁移率晶体管的特点。
答：
优秀的噪声特性和极低噪声系数。
5.简述高增益晶体管放大器的设计步骤。
答：
（1）选工作点
（2）检验稳定性（3）增加稳定性（4）计算双共轭匹配时源和负载的反射系数（5）计算单级最大资用功率增益（6）输入匹配网络的设计（7）输出匹配网络的设计（8）级间匹配网络的设计
6.简述高增益晶体管放大器的设计方法。
答：
（1）选工作点
（2）检验稳定性（3）增加稳定性（4）计算双共轭匹配时源和负载的反射系数（5）计算单级最大资用功率增益（6）输入匹配网络的设计（7）输出匹配网络的设计（8）级间匹配网络的设计
7.简述低噪声晶体管放大器的设计方法。
答：
（1）计算稳定系数
（2）按最小噪声系数设计输入匹配网络（3）匹配输出级
8.简述晶体管功率放大器的小信号设计方法。
答：
（1）依据级联放大器的要求选择器件。
（2）根据频率、带宽、成本目标和经验选择匹配电路结构（3）根据工作类型和电源要求选择偏置电路（4）对增益和输入匹配优化输入电路（5）确定器件静态I-V曲线负载线（6）提取封装寄生元件（7）优化输出匹配电路达最佳值RL（8）若需要，增加电路元件，保证宽带无条件稳定。
计算题
4.有三只双极晶体管在1.8GHz时的S参数如下：
双极晶体管
S11
S12
S21
S22
A
0.34Ð-170o
0.06Ð70o
4.3Ð80o
0.45Ð-25o
B
0.75Ð-60o
0.2Ð70o
5.0Ð90o
0.51Ð60o
C
0.65Ð-140o
0.04Ð60o
2.4Ð50o
0.70Ð-65o
请选择合适的管子设计一高增益放大器，要求
（1）放大器的最大增益？
（2）三只双极晶体管的稳定性如何？
（3）详细说明时间过程。
p.102
作业3.5
第4章
选择与填空题
1.混频器的变频损耗为（输入微波资用功率和加到中频负载上的功率之比Lm=ps/ptf）
2.检波器的主要技术指标（电流灵敏度、电压灵敏度、视频电阻、优质因数、最小可检测功率、切线灵敏度、动态范围、烧毁能量）
3.混频器的噪声系数包含（单边带噪声系数、双边带噪声系数、混频器-中放级联噪声系数）三种
4.二极管作为混频器使用时的主要参数有（变频损耗、噪声温度比、中频阻抗）
5.混频器的指标有（变频损耗、噪声系数、动态范围、工作频率、隔离度）
6.检波器常用的类型有（高灵敏度窄带检波器、宽带检波器、温度补偿检波器、毫米波微带检波器）
7.单管混频器的设计，至少要解决的四个问题是（微波变阻管、功率混合电路和阻抗匹配电路、滤波电路、直流通路）
8.射频反相型平衡混频器的输出电流中，被抵消的是（信号偶次与本振及其各次谐波）的组合频率成分
9.双平衡混频器的特点有（多倍频程工作带宽、混频组合分量少、隔离度好、动态范围大）
10.混频器的主要技术指标（变频损耗、噪声系数、动态范围、工作频率、隔离度）
11.本振反相型平衡混频器的输出电流中，被抵消的是（由本振偶次谐波与本振及其各次谐波）的组合频率成分
简答题
1.说出90°平衡混频器的三个优点。
答案：
平衡混频器的输入信号和本振功率都平分加到两个混频管，得到充分利用。
一方面
大大降低了对本振输出功率的要求，另一方面输入信号的动态范围增加了一倍；抵消了本
振引入的噪声；能抑制混频产生的部分无用的组合频率成分。
2.简述双平衡混频器的特点。
答案：
多倍频程工作带宽；混频组合分量少：
双平衡混频器比单平衡混频器组合谐波成分
要少一半；隔离度好；动态范围大。
3.环形电桥结构的优缺点与分支电桥相比有哪些？
答案：
环形电桥周长大，适于微波高频端，而分支电桥适于低频端；当输出口有反射时环
形电桥的本振口与射频口隔离度好；当输出口有反射时环形电桥的端口驻波比不如分支电
桥；环形电桥本振输入端与中频输出端交叉，结构不易处理。
4、说明图中的平衡式镜像回收混频器，当信号频率（fs）高于本振频率（fL）时，即（fs>fL或fs=fL+fif）时，中频移相器应加在哪一个中频输出端，请写出详细推导过程。
计算题
p.153作业4.5
第5章
选择与填空题
1.电阻性倍频器的优点有（能提供较宽的带宽，且比电抗性倍频器工作更加稳定，不易产生参变振荡）
2.变容管倍频器的基本电路有（并联电流型和串联电压型）
3.衡量倍频器特性的主要技术指标有（波形纯度、被骗拿起的工作频率及倍频次数、倍频器输出功率、倍频器变频损耗、倍频器的驱动功率、带宽、输入输出驻波比）
4.倍频器噪声的主要来源（来自倍频器外部的主振器和来自倍频器内部）
5.表征变容二极管性能的静态参数有（损耗电阻、反向击穿电压、结电容、品质因数、功率容量、截止频率、自谐振频率、电容调制系数）
6.微波晶体管倍频器与二极管倍频器相比的优点有（更宽的带宽、倍频的同时还具有放大作用、消耗直流功率小、热耗散不大、要求输入信号功率低微波变阻管、功率混合电路和阻抗匹配电路、滤波电路、直流通路）
7.场效应管中产生谐波的非线性作用主要有（栅-源和栅-漏的非线性电容、漏极电流被限幅引起的非线性、Vgs-Ids的飞线性变换特性、输出电导的非线性）
8.根据栅偏压不同，A类倍频是利用（Ids的限幅效应）得到半波，导通角=（θ=2π）。
B类倍频器利用（管子的夹断效应）得到尖峰脉冲电流。
AB类倍频器栅极偏压处于Φ和Vp之间，大信号输入后使（限幅效应）和（夹断效应）同时出现。
11.变容二极管的结电容与外加电压的关系是（Cj=Cj（0）（1-V/Φ）-ɤ）。
12.变容二极管电容调制系数的定义是（r=（Cmax-Cmin）/2（Cmax+Cmin））。
13.电阻型n次倍频器的最大变换效率为（|Pn/P1|=1/n2）。
14.阶跃恢复二极管n次倍频器的最大变换效率为（1/n）。
15.FET倍频器的工作状态为（A、B、AB）。
简答题
1.简述变容二极管的分类及其依据
答案：
根据电容调制系数ɤ的值,ɤ=1/3为线性缓变结,ɤ=1/2为突变结,ɤ=1/2~6为超
突变结,ɤ=1/15~1/30为阶跃恢复结
2.简述倍频器工作原理
答：
把输入频率f的正弦波能量通过非线性电容，使其输出波形发生畸变，产生f的各次谐波，再用滤波电路把所需要的谐波能量取出送到负载。
3.简述电阻性倍频器的特点
答：
能提供较宽的带宽，且比电抗性倍频器工作更加稳定，不易产生参变振荡
4.简述二极管倍频器的组成。
答：
非线性电抗元件、非线性电阻器。
5.简述变容管倍频器的设计方法。
答：
（1）输入应使源阻抗与变容管的输入阻抗共轭匹配，且只能使基波信号通过，而反射所有的谐波信号。
（2）输出电路应使变容管的接入位置与负载阻抗共轭匹配，输出电路只能通过所需要的谐波分量，而反射基波和其余谐波（3）变容管在电路中位置的确定（4）多次倍频时为了提高效率，在变容管附近要引入适当的空闲电路（5）偏置电路的接入应尽量不影响电路中射频的正常工作
6.简述阶跃恢复二极管倍频器的组成。
答：
脉冲发生器，谐振电路，输出带通滤波器和输入、输出匹配网络。
计算题
p202
第6章
选择与填空题
1.晶体三极管振荡器与二极管振荡器相比，所具有的特点（答案：
①工作频带宽，可实现宽频带可调振荡器；②效率高，可达40%，而雪崩二极管振荡器的效率最高只有15%；③对三极管振荡器来说，谐振频率完全取决于外部谐振电路，而二极管振荡器很易锁定在寄生频率上的现象是不会在三极管振荡器中出现的；④三极管振荡器的功耗小，工作温度较低，因此可靠性高；⑤它的唯一缺点是最高振荡频率低于二极管振荡器）
2.分频锁相式晶体振荡器的优点（频率稳定度高、噪声低、体积小、结构简单、成本低、便于和微带电路集成在一起）
3.负阻振荡器模型的起振条件（G（w）-GD（0）<0），负阻振荡器模型平衡条件（Z（w）=ZD（I））
4.雪崩二极管的主要电参数有（工作电压、工作电流、正向微分电阻、结电容、热阻、工作频率、转换效率、输出功率）
5.振荡晶体管的主要微波电参数有（振荡频率、振荡输出功率、相位噪声）
6.负振荡器的设计包括（二极管负阻器件的大信号等效阻抗、匹配电路设计、直流偏置电路、频率调谐）
7.提高频率稳定度措施有（减小外界变化因素、减小电路参数随外界因素的变化、提高腔体的品质因数、外腔稳频法、注入锁定法、环路锁相法）
8.外腔稳频振荡电路的常用形式有（反射式、频带反射式、带阻式振荡频率、振荡输出功率、相位噪声）
9.雪崩管的噪声来源主要有（雪崩噪声、频率变换噪声、热噪声）三方面
10.负阻振荡器的常用形式有（微带、同轴、波导）
11.Gunn管的主要参数有（工作频率、输出功率、工作电压、工作电流、热阻）
12.介质谐振器稳频的FET振荡器的典型电路有（反馈式、反射式、带阻式）
13.Gunn管的工作频段为（1~140GHz）、输出功率为（十至几百毫瓦）、效率为（30~35%），优点是（噪声大大低于雪崩管）。
14．雪崩二极管的最高频率为（400GHz）、缺点是（噪声较大）
简答题
1.简述微波晶体管振荡器小信号S参数设计法
答：
（1）计算晶体管K值，决定是否必须外加反馈元件
（2）选择适当的晶体管端接条件，使输出端呈现负阻，并尽可能大（3）设计适当的输出匹配网络。
2.简述负阻振荡器的设计方法。
答：
二极管负阻器件的大信号等效阻抗、匹配电路设计、直流偏置电路、频率调谐
3.简述负阻振荡器的稳频措施。
答：
（1）减少外界变化因素Δα
（2）减少电路参数随外界因素的变化（3）提高腔体Q值（4）外腔稳频法（5）注入锁定法（6）环路锁相法
计算题
p245
第7章
选择与填空题
1.按电路形式分，微波开关有（串联型开关、并联型开关、串/并联型开关）
2.移相器的技术指标有（工作频带、电压驻波比、插入损耗、损耗波动、相移量、相移精度、承受功率、相移器开关时间）
3.微波电压控制移相器的基本要求有（要有一定的相移量，且移相精度高；相移变化时要求开关转换时间短，驱动信号功率小；在工作频带内，输入驻波比低，插入衰减小，且寄生调幅小；结构小型化，电控性能好。
）
4.衰减器的主要技术指标（衰减动态范围、衰减线性度、驻波比、衰减频带与平坦度、功率范围）
5.限幅器的主要技术指标有（限幅器门限电平、插入损耗、隔离度、工作频带、平坦泄露功率、尖峰能量、恢复时间）
6.改善开关特性的电路有（谐振式开关、多管单路开关、滤波器型开关）
7.常用的移相器有（加载线型移相器、反射型移相器、开关网络移相器、平衡式移相器）
8.常用的衰减器有（π型电阻衰减器、窄频带匹配衰减器、三路混合式电控衰减器）
9.插入损耗的定义是（开关导通时传到负载的实际功率与理想开关传到负载之比）。
10.隔离度的定义是（开关在断开时衰减也并非无穷大）。
简答题
1.微波控制电路的用途。
答：
（1）微波信号传输路径通断或转换—微波开关，脉冲调制器
（2）控制微波信号的大小—电控衰减器，限幅器，幅度调制器（3）控制微波信号的相位—数字移相器，调相器。
2.画出PIN二极管的等效电路
计算题
6.一个PIN二极管参数如下：
Ls=5nH，Rs=5，Cp=0.05pF，Rf=0（正向），Cj=0.2pF，Rr=10（反向）。
如果该PIN二极管是串联在50的微带传输线系统中的，试计算1GHz时该开关的损耗和隔离度（用dB表示）。
p286
p286
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