主线：系统层面不只看一个器件，而是看增益、噪声、非线性、频率变换和链路预算如何共同决定整机性能。

噪声

热噪声功率：

$$
N=kTB
$$

噪声系数：

$$
F=\frac{SNR_{\text{in}}}{SNR_{\text{out}}}
$$

分贝形式：

$$
NF=10\log F
$$

级联系统 Friis 噪声公式：

$$
F_{\text{total}}
=F_1+\frac{F_2-1}{G_1}
+\frac{F_3-1}{G_1G_2}+\cdots
$$

图像：

第一级低噪声放大器最关键，因为后级噪声会被前级增益压下去。

非线性

常见指标：

  • 1 dB 压缩点。
  • 三阶交调。
  • 三阶截点 IP3。
  • 动态范围。

图像：

信号太强时，器件不再线性放大，会产生新的频率分量。

有源器件

微波有源器件主要看：

  • 增益。
  • 匹配。
  • 稳定性。
  • 噪声。
  • 线性度。
  • 带宽。

S 参数仍然是小信号分析的基础。

放大器

设计目标可能不同：

  • 最大增益。
  • 最低噪声。
  • 最大输出功率。
  • 宽带匹配。
  • 稳定性。

稳定性因子常用来判断是否可能自激。

振荡器

振荡条件：

$$
|A\beta|=1
$$

$$
\angle A\beta=2\pi n
$$

微波振荡器常由：

  • 有源器件。
  • 谐振器。
  • 反馈网络。
  • 输出耦合结构。

组成。

混频器

混频实现频率变换：

$$
f_{\mathrm{IF}}=|f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{LO}}|
$$

关键指标：

  • 变频损耗或变频增益。
  • LO-RF 隔离。
  • LO-IF 隔离。
  • 镜像频率。
  • 线性度。

系统链路

典型接收链路：

天线 → 滤波器 → 低噪声放大器 → 混频器 → 中频放大 → 检波/采样

系统关心：

  • 信号功率够不够。
  • 噪声积累多少。
  • 是否会压缩或失真。
  • 频率规划是否合理。
  • 接收机能否检测弱信号。

Friis 传输公式

自由空间接收功率：

$$
P_r=P_tG_tG_r\left(\frac{\lambda}{4\pi R}\right)^2
$$

用途：

  • 链路预算。
  • 估算传播损耗。
  • 粗算接收功率。

雷达方程

单站雷达基本形式：

$$
P_r=\frac{P_tG^2\lambda^2\sigma}{(4\pi)^3R^4}
$$

图像：

雷达回波随距离按 $R^4$ 下降，所以远距离探测非常吃功率、天线增益和接收灵敏度。

选学方向

方向 重点
射频电路 噪声、稳定性、匹配、放大器、振荡器、混频器
通信/雷达系统 噪声温度、链路预算、Friis 公式、雷达方程
电磁场/器件 TE/TM 模、截止频率、腔体谐振、滤波器、铁氧体

总连接

从前面的笔记串起来：

  1. Maxwell 方程决定电磁波。
  2. 电磁波进入传输线和波导。
  3. 传输线理论给出反射、匹配、阻抗变换。
  4. 网络分析用 S 参数描述器件。
  5. 谐振器、功分器、滤波器组成微波功能模块。
  6. 系统层面再把增益、噪声、非线性和链路预算合在一起。

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