不等分微带功分器的设计与仿真
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第四章在前述各个功能部件的基础上采用混合-单片微波集成电路(MMIC)组合技术实现了Ka频段毫米波二次变频接收机的研制。分别阐述了接口和电源设计;各功能MMIC的选取;接收机的装配、制作;最终测试并给出了结果分析。
最后,对接收机的测试结果表明,本课题所研制的接收机满足技术指标要求,并针对不足之处给出了一些改进措施及设计中需要注意的问题,为以后进行毫米波接收机的研制提供了重要的经验。
第一章对微波毫米波单片集成电路MMIC及其发展趋势进行了论述,并简述了本课题的研究内容和指标要求。
第二章在对接收机结构分析和主要技术指标研究的基础上制定出了本项目接收机的具体方案和技术解决途径。
第三章进行了与本课题相关的有源器件的设计和无源电路的仿真。其中包括对有源部分的SPST(单刀单掷开关)、镜频抑制混频器进行的设计和对无源电路的微带扇形三路功分器、LC中频带通滤波器进行的仿真。
最后,将两种不同形状的DGS结构应用于双频微带天线的设计中,经过仿真和对实际电路的测量,证明基于DGS结构的双频微带贴片天线成功地抑制了高次谐波,并提高了端口隔离度。
7.期刊论文刘广东.常硕.齐兴龙.LIU Guang-dong.CHANG Shuo.QI Xing-long基于复合左/右手传输线的双频功分
1.学位论文温中会基片集成人工介质特性研究及应用2009
人工电介质结构是在自然界存在的电介质中人为掺杂金属颗粒,改变其电磁特性,进而形成满足特定需要的一类人工介质。人工电介质有很长的历史,其研究及实际工程应用可以追溯到上世纪40-60年代,旨在为透镜天线提供更轻巧的天线罩。由于体积原因和制作工艺复杂,这些早期的人工电介质应用范围有限。近年来,人工电介质更多地用于改变介质材料的特性,例如通过加入金属导带阵列来增加人工电介质的有效介电常数。基片集成人工介质由于能增加原有介质基片有效介电常数,能够适应现代无线通信系统前端微波电路小型化、轻量化、高可靠、多功能和低成本的要求。
,制作了功分器实物。
最后,利用矢量网络分析仪对功分器实物进行了测试。将仿真结果和实验结果进行了比较和分析,验证了所提出的四种不同类型功分器的可行性。
3.学位论文赵明洪通信高功率放大模块设计2010
现代无线通信系统在宽带、高数据速率应用上取得了明显的进步,但其所用信号的
调制方式要求放大器能线性放大高峰均比(PAR)信号。功率放大器是基站系统中最耗能
1.研究了双馈电宽带圆极化微带贴片天线设计技术。在对圆极化天线的一般特点和基本要求进行探讨的基础上,针对微带天线带宽窄的固有缺点
,采用了一种由3dB Wilkinson功分器和移相器组成的新型宽带馈电网络,运用L型金属棒进行旋转90°近耦合式双馈电,得到了具有宽带性能的圆极化
微带贴片天线。并在此基础上,对该天线的面电流分布及辐射特性进行了详细的研究和探讨,又提出了圆极化微带环形贴片天线。并针对该天线结构尺寸进行了优化分析,采用了全波软件和aggressive space mapping (ASM)优化算法相结合的办法,为天线的结构最优化节省时间和硬件资源,得到了良好的效果。
本论文主要针对无线通信中的宽带圆极化微带天线设计、分析与应用技术进行了研究与探索。在研究中采用了理论分析、数值仿真和实验验证等手段,提出了多种宽带圆极化微带天线结构,由于其卓越的宽带性能,成果已分别在本领域最高级别刊物IEEE Trans.On Antennas and Propagation,IET Microwaves Antenna要工作如下:
最后,研究L-SIAD结构在微波小型化电路中的应用。对T型结功分器、单节威尔金森功分器、双频威尔金森功分器和阶跃阻抗低通滤波器进行了仿真和分析,设计了双频威尔金森功分器的电路版图,并对实物进行了测试。仿真结果和测试结果获得了较好的一致,验证了L-SIAD结构在小型化微波电路中的可行性。
2.学位论文王丹阳双频及宽带功率分配器的研究与设计2009
测试数据表明模块带内增益为58.5dB.基于目标阻抗的设计方法,结合CAD软件,对
末节功放进行了详细的原理图和电磁场仿真,然后进行制版与实际测试,得到了要求
的性能。
本文的主要设计与调试工作都集中在末级功放上。对末级放大器的小型化、视频
带宽(VBW)等性能进行了特别设计,同时将主功放与辅助功放的功分比调整为1∶1.2,
首先,本文介绍了阻抗变换器和威尔金森功分器的基本特性和工作原理,进而详细的分析了双节结构双频功分器、加载分支线结构双频功分器、小型化超宽带(UWB)功分器和2-18GHz宽带功分器的设计原理;基于基本传输线理论和微波网络理论,给出了各个功分器的设计参数。
然后,根据各个设计参数在全波仿真软件中分别建立了上述四种不同类型功分器的仿真模型,并对其进行了仿真分析,设计了功分器的电路版图
北京邮电大学
硕士学位论文
不等分微带功分器的设计与仿真
姓名:邱伟佳
申请学位级别:硕士
专业:电子与通信工程
指导教师:李书芳
20081117
不等分微带功分器的设计与仿真
作者:邱伟佳
学位授予单位:北京邮电大学
8.学位论文栗换彩基于缺陷接地结构的微带天线特性分析2006
缺陷接地结构是韩国学者J.I.Park等人在研究光子带隙结构基础上于1999年提出的.和光子带隙结构类似,缺陷接地结构也能使得微带线具有带隙(bandgap)特性和慢波(slow-wave)特性.从而可以被应用于:抑制天线高次谐波、提高天线增益和带宽、改善效率、提高Q值、制作低通滤波器、功分器等方面.和PBG结构比较,DGS结构简单,更适于微波毫米波集成电路实际应用.微带天线具有重量轻、体积小、加工简单、可以共形等诸多优点,因此在无线通信系统中应用越来越广泛,但同时微带天线本身的一些缺点如工作频带窄、有高次模等也限制了其更大性能的发挥.
功率分配器(简称功分器)是一种非常重要的微波无源器件,具有功率分配或功率组合的功能,它被广泛的应用于平衡功率放大器、平衡混频器和天线阵列等射频电路中。传统常用的威尔金森功分器只能工作在单一频段和其奇次谐波处,由于它工作频率和工作带宽的局限已经不能满足现代无线通信的双频段、多频段或者宽带的要求。本文提出的新型双频和宽带功分器能够很好地克服这些缺点,从而满足现代无线通信系统的要求。
接收机通常是无线通信系统中的重要部件。本文在分析研究接收机性能指标和结构特点的基础上,结合前人研究成果及用户在接收机性能和结构方面的要求,对超外差二次变频接收前端方案进行了设计和改进(本论文中主要阐述的是二次变频部分)并研制出C频段三通道接收机。经测试,系统增益
G≈18dB,闭塞量≥55dB,通道间的隔离≥32dB,镜频抑制≥15dB,达到项目要求指标。
5.学位论文卞磊宽带圆极化微带天线分析与设计2008
自从20世纪70年代中期微带天线理论得到很大发展以来,由于微带天线体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于与目标共形等优点而深受人们亲睐,在雷达、移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统(GPS)等领域得到广泛的应用。圆极化作为微带天线理论和技术应用的一个重要分支,被广泛的运用于雷达、导航、卫星等电子系统中。由于其特性,使得收发天线间有很强的角度位置定位灵活性,并且能减小信号的多路径干扰和其他的一些影响。此外,宽带通信具有通信容量大、保密性好、抗多径干扰能力强等许多优点,是21世纪通信系统的发展方向,从而对通信设备的宽带化也提出了越来越高的要求。其中宽带天线就是无线通信系统所要研究的一个重要部分。
首先,本文介绍了基片集成人工介质结构的基本特性和工作原理,并从传输线理论分析结构的基本特性。
然后,出于对加工成本和制作难易度的考虑,本文提出一种局部基片集成人工介质(L-SIAD)结构,对L-SIAD结构微带线进行了仿真和分析,并进行实物测量,仿真结果和测量结果获得了较好的一致。通过曲线拟合和“合成渐近”法获得了L-SIAD结构微带线特性阻抗公式。与Designer软件提取结果相比,该公式的平均误差小于5%。
微带天线具有重量轻、体积小、加工简单、可以共形等诸多优点,因此在无线通信系统中应用十分广泛。目前,许多移动通信设备采用收发共用双频微带天线,可以节约电路空间,但收发信号间相互干扰的问题以及微带天线易激励起高次谐波的缺点却限制了其更大性能的发挥。
本文首先用仿真的方法分析了两种不同形状的DGS结构的频率特性,并在此基础上,采用神经网络对其进行建模,将其结构尺寸和频率作为输入样本,对HFSS仿真出来的传输系数参数进行抽样并将抽样结果作为输出样本,然后采用贝叶斯正则化算法对神经网络进行训练。同时制作相应尺寸的DGS微带线实际电路进行测量,测量结果和训练成功的神经网络模型的计算结果一致性很好,说明了神经网络的正确性和有效性。
器-仪器仪表用户2009,16(4)
本文介绍了一种新型的基于复合左/右手(CRLH)传输线理论的双频功分器设计方法,该功分器工作于900MHz和1800MHz.用集总电感和电容元件构成的复合左/右手传输线在900MHz和1800MHz的相移分别是超前和滞后90°,完全可以替代传统功分器中的四分之一波长阻抗变换传输线,且具有占用面积小和可设计工作于任意两个频率的优点,在双频工作的现代无线通信系统中有很广阔的应用前景.
论与关键指标的基础上,对Doherty放大器的原理、结构、发展方向进行了详细讨论。
最后结合项目背景,完成了额定输出功率为50.3dBm的基站放大模块的设计,用于PAR
为6.0dB的4载波GSM900 MHz信号的放大。作者主要负责模块射频放大部分的设计,
包含推放、不均分功分器、末级Doherty放大器的设计。额定功率时模块效率大于38%,
4.研究了宽带圆极化微带天线阵的设计技术。在对单个宽带圆极化天线研究得到比较充分的结果后,继续对圆极化天线阵进行了研究。采用相位旋转式单馈电形式的馈电结构对天线阵进行馈电,得到了良好的效果,在保证了一定的圆极化带宽的基础上,增加了天线的增益性能,并通过仿真和试验进行了验证。
6.学位论文应莹基于缺陷接地结构的双频微带天线特性研究2007
以提高放大器的效率与功率性能。末级功放的的效率达到45.5%,较普通AB类放大器
提高了约6个百分点,以IMD不对称性达到2dB标准衡量的视频带宽为32MHz,较
Datasheet性能提高了一倍。
关键词 功率放大器;Doherty;功分器;视频带宽;小型化
4.学位论文李艳莉毫米波二次变频接收机的研制2009
2.研究了四馈电宽带圆极化微带贴片天线设计技术。在对天线双馈电的基础上,对称增加一对L型金属棒进行馈电。这种对称结构有效消除了天线馈电金属棒的辐射泄漏和之间的信号耦合,抑制了交叉极化,扩展了天线的圆极化带宽。并通过仿真和试验进行了验证。
3.研究了四馈电宽带圆极化缝隙天线设计技术。在接地板上开圆形槽进行电磁波的辐射,采用四条微带线进行馈电,不但具有宽带特性,而且具有双圆极化性能。
的元件,不幸的是,通常的线性放大器在远离最大输出功率时效率很低。急需有效的
措施提高放大器线性工作区的效率,特别是低功率(功率回退PAR)区域,同时要求结
构简单,性能稳定。
多赫尔蒂(Doherty)放大器能使放大器在较宽的输出功率范围内保持较高效率的结
构。主要由一个AB类和C类放大器构成,结构简单。本文在分析了基本放大器的理
自1999年韩国学者J.I.Park等人提出缺陷接地结构(简称DGS)以来,DGS结构已逐渐成为微波毫米波电路设计领域的一个研究热点。和光子带隙结构(简称PBG)类似,DGS结构也是通过在电路的接地板上蚀刻出缺陷图案,以改变电路衬底材料有效介电常数的分布,从而改变微带线的有效电感和有效电容,使得由DGS结构构成的微带线具有慢波特性和带阻特性。因此,DGS结构可以用来抑制天线高次谐波、提高天线增益和带宽、改善效率、提高Q值等。由于DGS结构具有构造简单、性能优越、而且易于设计和实现的优点,目前已广泛应用于滤波器、功分器、双工器等多种微波电路中。
最后,对接收机的测试结果表明,本课题所研制的接收机满足技术指标要求,并针对不足之处给出了一些改进措施及设计中需要注意的问题,为以后进行毫米波接收机的研制提供了重要的经验。
第一章对微波毫米波单片集成电路MMIC及其发展趋势进行了论述,并简述了本课题的研究内容和指标要求。
第二章在对接收机结构分析和主要技术指标研究的基础上制定出了本项目接收机的具体方案和技术解决途径。
第三章进行了与本课题相关的有源器件的设计和无源电路的仿真。其中包括对有源部分的SPST(单刀单掷开关)、镜频抑制混频器进行的设计和对无源电路的微带扇形三路功分器、LC中频带通滤波器进行的仿真。
最后,将两种不同形状的DGS结构应用于双频微带天线的设计中,经过仿真和对实际电路的测量,证明基于DGS结构的双频微带贴片天线成功地抑制了高次谐波,并提高了端口隔离度。
7.期刊论文刘广东.常硕.齐兴龙.LIU Guang-dong.CHANG Shuo.QI Xing-long基于复合左/右手传输线的双频功分
1.学位论文温中会基片集成人工介质特性研究及应用2009
人工电介质结构是在自然界存在的电介质中人为掺杂金属颗粒,改变其电磁特性,进而形成满足特定需要的一类人工介质。人工电介质有很长的历史,其研究及实际工程应用可以追溯到上世纪40-60年代,旨在为透镜天线提供更轻巧的天线罩。由于体积原因和制作工艺复杂,这些早期的人工电介质应用范围有限。近年来,人工电介质更多地用于改变介质材料的特性,例如通过加入金属导带阵列来增加人工电介质的有效介电常数。基片集成人工介质由于能增加原有介质基片有效介电常数,能够适应现代无线通信系统前端微波电路小型化、轻量化、高可靠、多功能和低成本的要求。
,制作了功分器实物。
最后,利用矢量网络分析仪对功分器实物进行了测试。将仿真结果和实验结果进行了比较和分析,验证了所提出的四种不同类型功分器的可行性。
3.学位论文赵明洪通信高功率放大模块设计2010
现代无线通信系统在宽带、高数据速率应用上取得了明显的进步,但其所用信号的
调制方式要求放大器能线性放大高峰均比(PAR)信号。功率放大器是基站系统中最耗能
1.研究了双馈电宽带圆极化微带贴片天线设计技术。在对圆极化天线的一般特点和基本要求进行探讨的基础上,针对微带天线带宽窄的固有缺点
,采用了一种由3dB Wilkinson功分器和移相器组成的新型宽带馈电网络,运用L型金属棒进行旋转90°近耦合式双馈电,得到了具有宽带性能的圆极化
微带贴片天线。并在此基础上,对该天线的面电流分布及辐射特性进行了详细的研究和探讨,又提出了圆极化微带环形贴片天线。并针对该天线结构尺寸进行了优化分析,采用了全波软件和aggressive space mapping (ASM)优化算法相结合的办法,为天线的结构最优化节省时间和硬件资源,得到了良好的效果。
本论文主要针对无线通信中的宽带圆极化微带天线设计、分析与应用技术进行了研究与探索。在研究中采用了理论分析、数值仿真和实验验证等手段,提出了多种宽带圆极化微带天线结构,由于其卓越的宽带性能,成果已分别在本领域最高级别刊物IEEE Trans.On Antennas and Propagation,IET Microwaves Antenna要工作如下:
最后,研究L-SIAD结构在微波小型化电路中的应用。对T型结功分器、单节威尔金森功分器、双频威尔金森功分器和阶跃阻抗低通滤波器进行了仿真和分析,设计了双频威尔金森功分器的电路版图,并对实物进行了测试。仿真结果和测试结果获得了较好的一致,验证了L-SIAD结构在小型化微波电路中的可行性。
2.学位论文王丹阳双频及宽带功率分配器的研究与设计2009
测试数据表明模块带内增益为58.5dB.基于目标阻抗的设计方法,结合CAD软件,对
末节功放进行了详细的原理图和电磁场仿真,然后进行制版与实际测试,得到了要求
的性能。
本文的主要设计与调试工作都集中在末级功放上。对末级放大器的小型化、视频
带宽(VBW)等性能进行了特别设计,同时将主功放与辅助功放的功分比调整为1∶1.2,
首先,本文介绍了阻抗变换器和威尔金森功分器的基本特性和工作原理,进而详细的分析了双节结构双频功分器、加载分支线结构双频功分器、小型化超宽带(UWB)功分器和2-18GHz宽带功分器的设计原理;基于基本传输线理论和微波网络理论,给出了各个功分器的设计参数。
然后,根据各个设计参数在全波仿真软件中分别建立了上述四种不同类型功分器的仿真模型,并对其进行了仿真分析,设计了功分器的电路版图
北京邮电大学
硕士学位论文
不等分微带功分器的设计与仿真
姓名:邱伟佳
申请学位级别:硕士
专业:电子与通信工程
指导教师:李书芳
20081117
不等分微带功分器的设计与仿真
作者:邱伟佳
学位授予单位:北京邮电大学
8.学位论文栗换彩基于缺陷接地结构的微带天线特性分析2006
缺陷接地结构是韩国学者J.I.Park等人在研究光子带隙结构基础上于1999年提出的.和光子带隙结构类似,缺陷接地结构也能使得微带线具有带隙(bandgap)特性和慢波(slow-wave)特性.从而可以被应用于:抑制天线高次谐波、提高天线增益和带宽、改善效率、提高Q值、制作低通滤波器、功分器等方面.和PBG结构比较,DGS结构简单,更适于微波毫米波集成电路实际应用.微带天线具有重量轻、体积小、加工简单、可以共形等诸多优点,因此在无线通信系统中应用越来越广泛,但同时微带天线本身的一些缺点如工作频带窄、有高次模等也限制了其更大性能的发挥.
功率分配器(简称功分器)是一种非常重要的微波无源器件,具有功率分配或功率组合的功能,它被广泛的应用于平衡功率放大器、平衡混频器和天线阵列等射频电路中。传统常用的威尔金森功分器只能工作在单一频段和其奇次谐波处,由于它工作频率和工作带宽的局限已经不能满足现代无线通信的双频段、多频段或者宽带的要求。本文提出的新型双频和宽带功分器能够很好地克服这些缺点,从而满足现代无线通信系统的要求。
接收机通常是无线通信系统中的重要部件。本文在分析研究接收机性能指标和结构特点的基础上,结合前人研究成果及用户在接收机性能和结构方面的要求,对超外差二次变频接收前端方案进行了设计和改进(本论文中主要阐述的是二次变频部分)并研制出C频段三通道接收机。经测试,系统增益
G≈18dB,闭塞量≥55dB,通道间的隔离≥32dB,镜频抑制≥15dB,达到项目要求指标。
5.学位论文卞磊宽带圆极化微带天线分析与设计2008
自从20世纪70年代中期微带天线理论得到很大发展以来,由于微带天线体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于与目标共形等优点而深受人们亲睐,在雷达、移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统(GPS)等领域得到广泛的应用。圆极化作为微带天线理论和技术应用的一个重要分支,被广泛的运用于雷达、导航、卫星等电子系统中。由于其特性,使得收发天线间有很强的角度位置定位灵活性,并且能减小信号的多路径干扰和其他的一些影响。此外,宽带通信具有通信容量大、保密性好、抗多径干扰能力强等许多优点,是21世纪通信系统的发展方向,从而对通信设备的宽带化也提出了越来越高的要求。其中宽带天线就是无线通信系统所要研究的一个重要部分。
首先,本文介绍了基片集成人工介质结构的基本特性和工作原理,并从传输线理论分析结构的基本特性。
然后,出于对加工成本和制作难易度的考虑,本文提出一种局部基片集成人工介质(L-SIAD)结构,对L-SIAD结构微带线进行了仿真和分析,并进行实物测量,仿真结果和测量结果获得了较好的一致。通过曲线拟合和“合成渐近”法获得了L-SIAD结构微带线特性阻抗公式。与Designer软件提取结果相比,该公式的平均误差小于5%。
微带天线具有重量轻、体积小、加工简单、可以共形等诸多优点,因此在无线通信系统中应用十分广泛。目前,许多移动通信设备采用收发共用双频微带天线,可以节约电路空间,但收发信号间相互干扰的问题以及微带天线易激励起高次谐波的缺点却限制了其更大性能的发挥。
本文首先用仿真的方法分析了两种不同形状的DGS结构的频率特性,并在此基础上,采用神经网络对其进行建模,将其结构尺寸和频率作为输入样本,对HFSS仿真出来的传输系数参数进行抽样并将抽样结果作为输出样本,然后采用贝叶斯正则化算法对神经网络进行训练。同时制作相应尺寸的DGS微带线实际电路进行测量,测量结果和训练成功的神经网络模型的计算结果一致性很好,说明了神经网络的正确性和有效性。
器-仪器仪表用户2009,16(4)
本文介绍了一种新型的基于复合左/右手(CRLH)传输线理论的双频功分器设计方法,该功分器工作于900MHz和1800MHz.用集总电感和电容元件构成的复合左/右手传输线在900MHz和1800MHz的相移分别是超前和滞后90°,完全可以替代传统功分器中的四分之一波长阻抗变换传输线,且具有占用面积小和可设计工作于任意两个频率的优点,在双频工作的现代无线通信系统中有很广阔的应用前景.
论与关键指标的基础上,对Doherty放大器的原理、结构、发展方向进行了详细讨论。
最后结合项目背景,完成了额定输出功率为50.3dBm的基站放大模块的设计,用于PAR
为6.0dB的4载波GSM900 MHz信号的放大。作者主要负责模块射频放大部分的设计,
包含推放、不均分功分器、末级Doherty放大器的设计。额定功率时模块效率大于38%,
4.研究了宽带圆极化微带天线阵的设计技术。在对单个宽带圆极化天线研究得到比较充分的结果后,继续对圆极化天线阵进行了研究。采用相位旋转式单馈电形式的馈电结构对天线阵进行馈电,得到了良好的效果,在保证了一定的圆极化带宽的基础上,增加了天线的增益性能,并通过仿真和试验进行了验证。
6.学位论文应莹基于缺陷接地结构的双频微带天线特性研究2007
以提高放大器的效率与功率性能。末级功放的的效率达到45.5%,较普通AB类放大器
提高了约6个百分点,以IMD不对称性达到2dB标准衡量的视频带宽为32MHz,较
Datasheet性能提高了一倍。
关键词 功率放大器;Doherty;功分器;视频带宽;小型化
4.学位论文李艳莉毫米波二次变频接收机的研制2009
2.研究了四馈电宽带圆极化微带贴片天线设计技术。在对天线双馈电的基础上,对称增加一对L型金属棒进行馈电。这种对称结构有效消除了天线馈电金属棒的辐射泄漏和之间的信号耦合,抑制了交叉极化,扩展了天线的圆极化带宽。并通过仿真和试验进行了验证。
3.研究了四馈电宽带圆极化缝隙天线设计技术。在接地板上开圆形槽进行电磁波的辐射,采用四条微带线进行馈电,不但具有宽带特性,而且具有双圆极化性能。
的元件,不幸的是,通常的线性放大器在远离最大输出功率时效率很低。急需有效的
措施提高放大器线性工作区的效率,特别是低功率(功率回退PAR)区域,同时要求结
构简单,性能稳定。
多赫尔蒂(Doherty)放大器能使放大器在较宽的输出功率范围内保持较高效率的结
构。主要由一个AB类和C类放大器构成,结构简单。本文在分析了基本放大器的理
自1999年韩国学者J.I.Park等人提出缺陷接地结构(简称DGS)以来,DGS结构已逐渐成为微波毫米波电路设计领域的一个研究热点。和光子带隙结构(简称PBG)类似,DGS结构也是通过在电路的接地板上蚀刻出缺陷图案,以改变电路衬底材料有效介电常数的分布,从而改变微带线的有效电感和有效电容,使得由DGS结构构成的微带线具有慢波特性和带阻特性。因此,DGS结构可以用来抑制天线高次谐波、提高天线增益和带宽、改善效率、提高Q值等。由于DGS结构具有构造简单、性能优越、而且易于设计和实现的优点,目前已广泛应用于滤波器、功分器、双工器等多种微波电路中。