大家好，今天要和大家聊聊微波元器件！经常有小伙伴问，什么是微波元器件？它们是做什么用的？为什么一个金属盒子能卖那么多钱？它们是怎么研发出来的？我们在这个领域又有哪些突破和成就呢？

 微波元器件，顾名思义，是组成微波通信系统的核心部件，包括微波滤波器，双工/多工器，功率放大器，混频器，射频天线等等等等。而微波通信是利用1m至0.1mm（频率300MHz~300GHz）的电磁波进行通信的技术。这种技术被广泛运用在航空，航天，军事，医疗等领域。而微波元器件则被大量使用在通讯基站，卫星，雷达，战机以及航空母舰上。是不是觉得很高大上？对，我们研究的就是高科技！是核心技术！

一款微波元器件的传统研发过程，包括电磁仿真建模，等效电路分析，参数设计优化，机械精密加工和后期成品调试等多项步骤。每一个研发步骤都对最终产品的性能起着重要的影响。由于在微波频段，想要准确分析元器件的电磁特性，就必须从麦克斯韦方程组入手计算元器件中电磁场的变化规律，我们称之为电磁仿真（Excuse me?这都是什么？听起来就好复杂！）。这种方法需要进行大量复杂的电磁运算，速度极其缓慢(有多慢？据介绍，某型雷达设备光仿真一次就要算整整一周，对，就是7天)。于是工程师们在开发过程中常常使用电路知识（电压，电流等）构建等效的电路模型来分析元器件，这种方法十分快速简便，但结果非常不准确，加之元器件的电磁响应对于设计参数又极其敏感，这些给微波元器件本身的建模仿真，优化设计和后期调试带来极高的难度，对于不同种类，不同用途的微波元器件，研发过程往往短至数月，长至半年以上。

电磁波在波导滤波器长这样

  近二十年来，空间映射技术和替代模型技术在自动潜航器的研发，汽车防撞实验设计等多个实际工程领域硕果累累，而其在微波元器件的电磁仿真设计优化方面更是取得了巨大成就，为微波元器件的研发效率带来了质的飞跃，也为实现微波元器件研发自动化提供了契机。其技术方法的本质是模拟人脑思维方式的类脑算法，即根据已有知识对事物建立一定的认知，根据认知进行决策，随着深入了解不断修改和完善认知，从而做出最佳决策的过程。

  这种方法用在微波元器件的研发中，就是给精准复杂的电磁模型找到一个不需要大量运算的替代模型（知识），并对两个模型建立以知识理论为基础的空间映射关系（认知），从而将优化设计过程转移至高效的替代模型上，并用空间映射（听起来很高深，实现却很简单的决策过程）的方式完成对电磁仿真模型的精准设计。

 作为空间映射和替代模型技术的主要开发人之一，程庆沙教授带领课题组以空间映射和替代模型技术为基础，结合先进的3D打印技术建立完整的微波元器件自动研发和生产体系。并在近期取得了重要成果，程庆沙课题组于2016年底使用替代模型优化算法和基于选择性烧结技术的金属3D打印技术成功研发出世界上首个3D打印的X波段可调谐高性能空气波导滤波器，并于即将在夏威夷举行的微波界的华山论剑---国际微波大会（IMS2017）发表研究结果。

可以预见的是，随着下一代通讯技术（5G移动网络）以及大规模物联网时代的到来，适应超高频率，超大带宽的高性能微波元器件的需求将到达一个新高峰。这些器件往往有着比传统元器件更为严苛的技术指标，更复杂的内部结构，尺寸也趋于小型化，致密化，结果是给其设计优化和加工制造带来更大的挑战。在未来的五到十年里，高效精准，自动化和智能化将成为科技发展的主流，而结合空间映射，替代模型和3D打印的研发技术将为高性能微波元器件的未来谱写新的篇章。

文字：李嵩