吉訓偵

【摘要】我國的微波電路最早始建于1989年，受當時技術(shù)條件的限制，我國現(xiàn)行微波電路中使用了大量的行波管，導致電路的運行穩(wěn)定性極差，整體故障較高，因此需要進行大規(guī)模的數(shù)字化改造，滿足現(xiàn)階段我國數(shù)字信號的傳輸需求。課題研究由此出發(fā)，深入分析研究微波電路數(shù)字化改造的重要性以及具體的改造途徑。

【關鍵字】微波電路;數(shù)字化改造;重要性分析

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.20.019

1. 微波電路數(shù)字化改造的重要性分析

1.1 數(shù)字微波能夠保障國家預警的實際需求

微波電路是我國重要的數(shù)字信號傳輸資源，也是我國寶貴的信號傳遞儲備資源。我國的微波電路多數(shù)分布在高山、高點等信號傳輸優(yōu)越位置，可以為我國廣播電視等媒體提供更為穩(wěn)定的信號傳輸作用。在發(fā)生大自然災害以及其他緊急狀況下，可以為廣大人民群眾提供準確的信息發(fā)布任務，數(shù)字微波傳輸技術(shù)可以確保緊急情況下數(shù)字信號傳輸?shù)目煽啃?、安全性、保密性。汶川地震等諸多自然災害的案例中，都印證了廣播電視對事故現(xiàn)場的實時直播，對抗震救災的重要性，充分體現(xiàn)了數(shù)字傳播技術(shù)的保障預警方面的作用。

1.2 數(shù)字微波可以保障廣播電視臺信號安全優(yōu)質(zhì)傳輸

數(shù)字微波傳輸技術(shù)衛(wèi)星通信技術(shù)以及光纖通訊技術(shù)在技術(shù)層面上有著較明顯的互補作用，共同使用時可以實現(xiàn)多網(wǎng)絡互通、多網(wǎng)絡備份以及優(yōu)勢互補，全面提高廣播電視的傳播能力，實現(xiàn)更為優(yōu)質(zhì)的信號傳輸。

1.3 微波頻譜技術(shù)是一種稀缺的戰(zhàn)略資源

頻譜資源和土地、礦產(chǎn)資源一樣是我國寶貴的自然資源之一。一直以來是我國社會民生、國防建設中重要的信息傳輸資源。伴隨我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展對無線電質(zhì)量的需求逐步提高，無線電頻率已經(jīng)成為了我國各項發(fā)展戰(zhàn)略的稀缺資源，由于頻率資源是不可再生資源，因此微波所占的頻率資源也會更加的珍貴。

1.4 數(shù)字微波電路在廣播電視信號傳輸方面的基本功能

保障廣播電視信號傳輸?shù)幕竟δ苁俏⒉▊鞑ル娐返闹匾娜蝿?，微波電路也具備其它傳輸技術(shù)不具備的優(yōu)勢。首先，微波數(shù)字電路可以實現(xiàn)高山、林區(qū)、沙漠、湖泊等多種不同地形的穩(wěn)定型號傳輸。具體如下，在使用衛(wèi)星進行城市信號傳輸，衛(wèi)星信號傳輸渠道相對單一，信號傳遞過程存在一定得安全隱患，而微波電路得信號傳遞方式則很好得解決了該問題，微波電路在傳遞過程中可以與國家得無線覆蓋信號源相互備份，相互補充從而確保信號傳得安全性與精準性。

目前大中型城市均已安裝了微波電臺，并分別承擔自身得信號傳輸任務。不同城市之間的微波電臺需要通過微波電路以及光纜等設備相連接，可以構(gòu)建縱向的信號傳輸網(wǎng)，全面提供信息傳遞能力。

1.5 實現(xiàn)異地廣播信號互相傳遞

根據(jù)前文所述，通過微波電路可實現(xiàn)大面積覆蓋的信號傳輸網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)廣播電視不同地域節(jié)目的交換播放。我國國土地遼闊，不同地區(qū)的文化差異十分明顯，不同地區(qū)有著不同的風土人情和民俗文化，導致不同地域的廣播電視節(jié)目的內(nèi)容和風格上有著極大的差異，因此通過微波電路構(gòu)造的超大面積傳輸網(wǎng)絡，不僅可以滿足我國廣播電視的高質(zhì)量信息傳遞需求，也讓各個城市實現(xiàn)了廣播節(jié)目的互動。不僅可以讓廣播電視受眾可以接收到來自全國各地的電視節(jié)目，了解其他地方的風土人情、民俗文化、社會民生。也可以讓身處外地的廣播電視受眾，接收到家鄉(xiāng)的電視節(jié)目，滿足不同人群的節(jié)目收聽需求。

2. 數(shù)字微波電路的功能擴展

首先，一直以來廣播電視以及新聞媒體的信號傳輸保障工作，是微波電路的重要功能，伴隨智能手機的不斷普及，手機逐漸成為了人們重要的信息獲取渠道，短視頻等新媒體的出現(xiàn)更是徹底的改變了人們信息的方式與習慣。數(shù)字電波改造可以將手機和電視廣播充分整合，形成更為符合現(xiàn)代人信息獲取需求的信息傳遞方式。其次，基于微波數(shù)字電路強大的實時信息傳遞功能，可以實現(xiàn)高速的現(xiàn)場畫面回傳工鞥，在實時會議以及遠程培訓方面有著諸多優(yōu)勢。在數(shù)字微波電路上開通話務功能，電話業(yè)務傳輸只占用極小的帶寬資源，而且我國微波電路好似一張大網(wǎng)覆蓋大部分城區(qū)的每個角落，在這張全區(qū)網(wǎng)絡上搭載開通電話業(yè)務，無論是在通話傳輸質(zhì)量還是在經(jīng)濟效益方面都會滿足沿線群眾對電話通訊功能的需求。隨著科技的發(fā)展，我相信數(shù)字微波在各方面的應用會越來越廣泛，數(shù)字微波的技術(shù)也會越來越先進，數(shù)字微波在現(xiàn)代通信中地位將越來越重要。

3. 微波電路的發(fā)展歷程

3.1 第一代微波電路

微波電路最早出現(xiàn)于1897年，由物理科學家瑞利率先提出，瑞利設計了金屬波導管內(nèi)電磁波傳播的現(xiàn)金理論。指出并通過多次實驗證明了金屬管線存在多種不同模式的電磁波。但該理論提出后受到其他技術(shù)的限制，一直沒有出現(xiàn)實質(zhì)性的進展，也無法應用到實踐中去。1936年所思沃思提出了波導立體電路的整體信號傳遞方案，讓微波電路技術(shù)徹底應用到實踐中。波導立體電路是最早期的微波電路，應急顯現(xiàn)出了微波電路的基本優(yōu)點，如信息傳遞質(zhì)量高、損耗低、機械結(jié)構(gòu)牢固等等問題，但其體積巨大、加工工藝復雜等問題扔決定其無法大規(guī)模的應用。

3.2 第二代微波電路-HMIC

第二代微波電路問世于20世紀50年代，伴隨微波固體器件生產(chǎn)工藝的不斷提高，低損耗介質(zhì)材料的不斷年突破讓微波半導體技術(shù)有了極大的突破。逐步實現(xiàn)了微波混合集成傳輸線的批量生產(chǎn)，極大的緩解了立體結(jié)構(gòu)的波導存在諸多弊端。HMIC也是第三代微波電路以及后期微波數(shù)字化電路的基數(shù)基數(shù)。

HMIC在體積方面有極大的進步，厚膜的mic技術(shù)可以實現(xiàn)大規(guī)模的高質(zhì)量的低成本原件生產(chǎn)導體電路的基片，和導電薄膜，在后期經(jīng)過光刻、蝕刻以及電鍍等工藝完成生產(chǎn)。

3.3 第三代微波電路MMIC、MCM

MMIC和MCM電路的出現(xiàn)，預兆著微波電路進入了第三個時代。其中MMIC是基于半絕緣半導體技術(shù)形成的微波頻段功能電路。MMIC問世到大規(guī)模生產(chǎn)應用的過程中，主要是對日下內(nèi)容進行了公關及研發(fā)。首先是對物理模型、小信號模式、非線性模型、溫度模型的設計，其次，對電路設備進行仿真設計，對靈敏度和容差行進行分析。最后是對電路的集成方法進行分析，最終確定滿足使用需求的、可靠性高的電路設計方案。

MCM是MMIC技術(shù)的升級與延伸，MCM是通過高密度的互聯(lián)基板，將兩塊以上的MMIC進行連接，形成組件。改連接方式可以有效降低后期布線過程中不同原件之間產(chǎn)生的互相干擾，并極大的縮短了信號傳遞的長度，降低信號延時，從技術(shù)層面上徹底實現(xiàn)了元器件和電路的三維集成。以該技術(shù)為技術(shù)將兩個不同功能的MMIC芯片進行集成，形成具有多個功能的微波電路，該技術(shù)已經(jīng)具備第四代微波電路的基本特征，成本和體積有了進步一的提升。但受技術(shù)層級限制，在性能上還與聚合物半導體電路存在不小的差異。

MEMS是第三代微波電路的最終產(chǎn)品，在超精密機械加工技術(shù)、體硅腐蝕技術(shù)以及固相結(jié)合技術(shù)的支持下，MEMS實現(xiàn)了低插損、寬頻帶的功能優(yōu)勢，但其速度和壽命仍不夠理想。國內(nèi)開發(fā)了微型MEMS硅腔濾波器，體積是傳統(tǒng)腔體濾波器的幾百分之一，重量是其幾千分之一，特別適合毫米波高端;MEMS集成時鐘將使現(xiàn)在龐大的銣原子鐘、晶、振等時鐘元器件得以集成，體積、重量以百倍、千倍地減小，而基本指標基本不變甚至更好;利用MEMS來制造微型散熱裝置，將功放等功率器件放置在上面，可以大大提高SIP的散熱能力，降低其熱阻，提高SIP的適用范圍;MEMS既可以作為器件出現(xiàn)又可以作為一個封裝出現(xiàn)，在芯片多維架構(gòu)中作為支撐和架構(gòu)?？梢詫崿F(xiàn)微電子、光電子和MEMS器件芯片結(jié)構(gòu)的異構(gòu)集成化，使得SIP性能得到顯著提高，并增加裝配效率提高其可靠性。MEMS可有效地減小微系統(tǒng)的體積，提高器件的功能密度和性價比。

3.4 第四代微波電路

第四代微波電路是現(xiàn)階段廣泛使用的微波電路類型，主要分為soc、sip、sop等幾種類。

3.4.1 soc

Soc的本質(zhì)是一種超大規(guī)模集成的電路系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，可以將龐大的電路系統(tǒng)集成在一個芯片內(nèi)部，形成高度集成的soc系統(tǒng)，ip核是soc電路的設計基礎。知識產(chǎn)權(quán)核簡稱為ip核，是一種知產(chǎn)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，有著明確的設計功能，以及極強的系統(tǒng)控制能力，通過ip核的預設方案，進行系統(tǒng)的設計控制，可以有效的減少產(chǎn)品的設計時間以及生產(chǎn)風險。綜上所述，soc的諸多優(yōu)點讓其成為電子技術(shù)核已經(jīng)成為了不爭的事實，soc技術(shù)也讓單片機進入了全新的時代。

3.4.2 sip

Sip將不同功能結(jié)構(gòu)的電子元件進行重新整合封裝，根據(jù)設計目標最終形成具備預期功能的系統(tǒng)或子系統(tǒng)。Sip技術(shù)最大優(yōu)勢是不僅可以對相同類型遠近以及芯片進行重新封裝，還可以兼容不同制造技術(shù)的芯片，該特點能讓其在商用領域應用十分廣泛。適用于智能手機以及其他智能移動終端的全球定位模塊、手機藍牙模塊、影響傳感模塊的研究和設計。在軍用設備中也有著廣泛的應用。

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