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微波电路的发展现状和前沿技术

姓名：洪涛

学号：***********

【嵌⽜导读】：微波电路的发展现状和前沿技术

【嵌⽜⿐⼦】：微波电路

【嵌⽜提问】：微波电路的发展现状和前沿技术是怎样的？

【嵌⽜正⽂】：

1引⾔

上世纪六⼗年代，特别是到了七⼗年代，由于微波半导体电路的飞速发展，微波在⽆线电技术领域中占有越来越重要的地位。⽬前，它已⼴泛地应

⽤于微波中继通信、卫星通信、雷达、制导、电⼦测量仪器及各种飞⾏器的电⼦设备中，因此从事⽆线电和电⼦技术的理论和⼯程技术⼈员在科研

和⽣产实际中，将⼤量接触和使⽤各种微波电⼦线路。

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2微波电路的产⽣

⼀直以来，“微波电路”就是“波导电路”的同义词，早在上世纪三⼗年代初期，⼈们就认识到对于微波频率来说，波导是⼀种很有⽤的传输结

构，当然，这些应当提及贝尔实验室的Southworth等⼈的⼯作。研究者们很早就发现经过适当修改后的⼀⼩节波导，可以作为辐射器或电抗原件

来使⽤。Southworth在⼀篇早起论⽂中就曾谈到谐振腔和喇叭天线。现代波导电路发展过程中，⼀开始就致⼒于使微波功率能从微波源有效地传

送到波导传输线，并能在接收端有效地回收，这就对相应的发射机原件和接收机原件提出了更⾼的要求。因此，它导致了⾏波检测器、波长计、终

端负载等元件的出现。然⽽，当年所⽤的微波技术⽔平是很落后的，当时的微波实验常常利⽤光学试验台进⾏，国际⽆线电⼯程（IRE）会刊在其

五⼗周年纪念专集中发表了⼀篇回顾微波技术发展历史的⽂章，其中就有⼏幅当年所⽤设备的照⽚。

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微波技术的发展应⽤，构成了微波电路的基础。从最初发现的不连续性的多次反射原理和相应的腔体谐振原理，到⼈们利⽤这些原理使微波功率源

与波导匹配，再到⽤来使波导与接收机匹配（如晶体检波器），并且利⽤这些器件，使得某⼀频率的信号通过电路。

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微波电路的基本特点之⼀是通过波导内部的螺钉、膜⽚（以致压缩尺⼨）凭经验对其特性进⾏调整或调谐。起初，这仅是⼀种试凑⽅法，后来发展

成所谓“波导管⼯程”。在很长时间内，它也是微波⼯程的⼀种最常⽤⽅法。

3微波电路的现状

微波电路开始于⼆⼗世纪四⼗年代应⽤的⽴体微波电路，它是由波导传输线、波导元件、谐振腔和微波电⼦管组成的。到了⼆⼗世纪六⼗年代，便

出现了以半导体器件以及薄膜淀积技术、光刻技术见长的新⼀代微波集成电路。由于具有体积⼩，重量轻，使⽤⽅便等优点，使得它在武器、航空

航天以及卫星等⽅⾯得到充分的利⽤。

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第⼆次世界⼤战期间，在微波电路中经常采⽤两种基本传输，即波导和TEM模同轴线。波导的特点是功率⾼、损耗⼩。后⼀特点导致了⾼Q谐振腔

的出现。同轴线则由于不存在⾊散效应，具备固有的宽带特性。此外，阻抗的概念也能在同轴线中⽅便的解释，从⽽简化了元件的设计过程。这两

种传输结构发展成为重要的微波电路元件，两者配合使⽤，可以达到意想不到的效果。

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1951年，Barrett和Barnes提出的这种结构，即在微波电路中采⽤带状线传输结构，形式和今天所⽤的⼀样，由两⽚外侧敷有⾦属的介质板夹⼀

根薄条状导体组成。其平⾯图如图3-1。早期的带状⼯艺，⽤的是刮⼑和胶⽔，将薄带导体切下并粘结到介质板上。随着敷铜层压板的出现，带状

线发展成为⼀项性能可以预先计算的精密⼯艺。带状线传输结构最重要的特点，是其特性阻抗受中⼼条带导体的宽度控制。带状线电路结构的⼆位

特性使得它能实现许多元件的互连⽽不破坏外导体的屏蔽层，这也给输⼊输出位置带来很⼤的灵活性。由于两根条带导体紧靠时，存在固有的耦合

特性，因此带状线在平⾏线耦合器中应⽤⾮常⽅便。

⾃1974年，美国的Plessey公司⽤GaAsFET作为有源器件，GaAs半绝缘衬底作为载体，研制成功世界上第⼀块MMIC放⼤器以来，在军事应⽤

（包括智能武器、雷达、通信和电⼦战等⽅⾯）的推动下，MMIC的发展⼗分迅速。正是由于GaAs技术的问世与GaAs材料的特性⽽促成了由微

波集成电路向单⽚微波集成电路（MMIC）的过渡。与第⼆代的微波混合电路HMIC相⽐较，MMIC的体积更⼩、寿命更长、可靠性⾼、噪声