微波射频领域的传奇工程师的故事

 

微波射频技术最初用于军事领域，而如今，这种技术已在商用、工业、医疗和汽车领域全面开花结果。微波射频技术是科技产业的一座险峰，想要成功登顶，不仅要耐得住寂寞，还要吃得了苦。在我们享受微波射频技术给我们的生活和生产带来便利和翻天覆地的变化的同时，请不要忘记通过改革和发明，塑造微波产业的众多传奇人物、地方和事件的故事及其卓越贡献。

 

BILL HEWLETT和DAVE PACKARD
 

1938年这对朋友和斯坦福大学的校友在加利福尼亚Palo Alto的一个车库里建立了他们的第一个工作场地。据说他们最初的创办资本只有538美元。他们创造了第一个Hewlett-Packard（惠普）产品——一个电阻电容声频振荡器。HP 200A型用来测试声装设备。六十年以后，他们拥有了一个资金250亿美元的能够推动技术进步的公司（而且有一个独立的上市公司——Agilent技术公司，能够完成自己的实验和测试项目）。除了技术革新，这些著名的创始人还以他们创造的被称为“惠普方式”的工作环境而著称。
 

 

BARRIE GILBERT

 

电路设计师，持有60多项专利，创造了现在许多集成电路都适用的线性传递规律。他还以联合波形采样技术和一种仪器的实时示波法而闻名。现代通信主要依赖于他那被用作混频器和频率转换器的Gilbert单元。模拟器件同仁Gilbert，在Oregon建立了ADI 的西北实验设计中心。在那里他继续研究高速非线性电路技术的射频产品。

 

JAMES CLERK MAXWELL

他常被称为“现代物理之父”，发现了磁学理论。他的以计算电磁学为基础方程式并被Heinrich Hertz证明是正确的。Maxwell提出能量的概念既留在物体内也留在场内。他的成果影响并孕育了通信学、热力学工程学数学等更多领域。但是令人惊讶的是他杰出的电磁理论直到他去世以后才被认同。

 

GUGLIELMO MARCONI

 

这位诺贝尔获得者为了证明无线通讯的可能性作了大量的工作。他的一些主要的成就包括1896年他获得的无线电信系统的第一项专利。1897年7月Marconi为意大利政府证明了传输12英里以上的无线信号。同年，他还建立了Wireless Telegraph & Signal（无线电报与信号）有限责任公司（后来重新命名为Marconi无线电报有限公司）。1901年12月Marconi发送第一个无线信号越过在Poldhu，Cornwall， 和St. John's，Newfoundland间的大西洋（共2100英里）。他还获得了磁性检波器的专利，磁性检波器一直用作标准的无线接收器。他在短波方面的成果是为长途通讯创造了光束系统。

 

WILLIAM SHOCKLEY

 

这个有争议的人物带领Bell实验室首次设计出使用电晶体的放大器。最初的电路由锗和不足1毫米的距离上的两个金点组成，由John Bardeen和Walter-H. Brattain设计。不久以后，Shockley很大地改进了他们的设计。他设计的版本由三个半导体层相互罗列组成，电流流过半导体材料。可以调节中间层的电压来打开和关闭放大器，因而他们将“transfer”（传输）和“resistor”（电阻器）组合，称之为“transistor”（(晶体管)。在1956年，他们三个为他们第一片硅片发展的工作而获诺贝尔奖。

 

EDWIN ARMSTRONG

 

年仅22岁时Armstrong就重新设计了Lee de Forest的无线电子管。他从无线电广播中取得电磁波并将此信号通过电子管多次反馈回去。每次都增加功率，当增加的反馈超过一个临界值时，电子管发生振动并产生自己的无线电波。他称之为“再生”。后来，在WWI工作的时候他创造出超外差的接收器。这个“调频无线电之父”企图使无线调频（FM）战胜那时的巨无霸调幅（AM），却不公平地失去了一个和他“再生”概念很合体的专利。2001年9月11日世贸中心的发送站被摧毁后，1937年他在新泽西Alpine建立的无线通信塔就被用来播送信号。

 

WALTER SCHOTTKY

1914年该教授和研究员以Schottky效应——电场减少电子功函数的一种方式—而闻名， 他同样在发展空间电荷栅格和帘栅极电子管方面负有盛名。Schottky提出了侧重噪声和电子热力学超外差探测原理。其他同名发现之一Schottky栅栏，以他在核实金属半导体势垒层方面的努力而命名。在他的作品中所有MESFET的门触点都有自己的体系。

 

PHILIP SMITH

与他同名的Smith圆图多年来被用作开发电阻匹配网络和解决传输线和波导问题。这个著名的圆图由连续电阻圆，连续电抗圆，半径线，和连续驻波比圆组成。它用一种很容易理解的圆来表示每个复数阻抗。

 

DAVID SARNOFF

这个创办了RCA和NBC的媒体巨人，预见到了不受静电干扰的广播、 彩色电视、录像机等可能的事物。他明白，通过结合数以百计的电视台、提供合适的电视节目，电视将很快在美国流行起来。当谈到专利权和其它能推动技术前进的方式时，Sarnoff是出了名的无情的商人。据说为了保护自己的利益，RCA没有帮助Edwin Armstrong对de Forest的法律诉讼。然而，这个最早的媒体巨人可以入册，因为他把微波工程带入一个格外的高水平生产和发展阶段。

 

JACK KILBY

 

1958年初，Kilby加入了德州仪器。那个夏天，他用借来的和临时准备的设备来研究他的一个想法。9月，在他演示了第一个微芯片的同时证实了那个想法。他将所有有源和无源元器件都集合到只有一半曲别针大小的半导体材料上。Kilby的单片集成电路是现代微电子学的基础。他拥有60多项美国专利。在2000年，Jack Kilby被授予了物理学诺贝尔奖。

 

 

Harry Boot和John Randall

1921年，通用电子公司职员A.W. Hull发表了关于他的发现的论文，他将该发现命名为磁控管。他发现将某一强度的磁场加到有圆形电极的二级真空管中后就有可能减少阳极电流。20年后，两位Birmingham 大学的工程师Harry Boot和John Randall决定制造能操作大功率并有效地产生微波的磁电管。

 

Kinjiro Okabe

Tohoku帝国大学副教授Kinjiro Okabe发现磁电管在某些条件下能产生更短波长的小振荡。利用他们的磁电管知识，英国和美国的科学家就可以完善雷达了。从不列颠战役的胜利开始，他的成果就改变了历史面貌。

 

RUSSELL和SIGURD VARIAN

在Stanford大学物理系，Varian兄弟和William Hansen建立了双腔振荡器——第一个微波管的许多模型。1937年8月19日，第一个速调管产生。当温度达到足够高的时候，阴极特殊涂层将释放电子。负价电子穿过速调管第一个空腔，而后被正价电极吸收。腔中的微波与电子相互作用，而后又穿过漂移管。速调管使得经空气传播的雷达使用在现代航行器中。它也因为使卫星通信、导弹导航、放射肿瘤等等成为可能而载入名册。

 

JOSEPH HENRY

这位科学家发现了自感现象，所以命名为“henry”。Henry是在铁芯上绕绝缘金属丝从而获得强电磁体。他发现当电流断掉时产生了大火花。后来他推论出自感现象—导电线圈的惯性特征。Henry发现电路的结构极大地影响自感。

 

JOHN B. GUNN

1963年，Gunn还在为IBM工作时成功的证明了在砷化镓和磷化铟二极管中的微波振荡。他的发现便以“狄氏效应”闻名。这个词形容当某一材料中的电场达到一个临界值时的负抵抗，从而当电场增加时减少电子的活动性。这个效应常配合Gunn二极管用在固态设备中，来产生微波。

 

BOB WENZEL

许多现在的和将来的工程师都应为他们的技术知识感谢Wenzel。他提供了像微波滤波器、耦合器和匹配网络等主题的指导。Wenzel钻研普通类型滤波器响应和计算、滤波器实现、滤波器设计的多种方法等等。

 

ERNEST WILKINSON

在1960年的IRE学报微波理论与技术版，Wilkinson发表了一篇名为《N路混合功率分配器》的论文。为了演示他如今著名的功率分配器，他用了一个圆形的中心频率大概在500 MHz 的8路同轴分配器。实际上，Wilkinson分配器将1个输入信号分成两路等相位输出信号。它也可以将两个同相位的信号合成为一个在相反方向运动的信号。

 

PAFNUTY CHEBYSHEV

Chebyshev写了许多论文。他的同名多项式第一次出现在1854年的“Thèorie des mècanismes connus sous le nom de parallèlogrammes”中。Chebyshev后来提出了正交多项式的一般原理。该工作根源于最小方差近似理论和概率。Chebyshev因为发现了Jacobi多项式的离散近似而载入名册。

 

JULIUS LANGE

1969年，Lange在德州仪器工作的时候发明了微波传送带交叉的积分耦合器。以前，微波IC的定向耦合器的紧密耦合可以通过边缘耦合、凹段、汇接段或者分叉耦合器获得。相反，交叉微波传送带由三个或更多的交错平行带状线组成。他们利用一个地平面、一个绝缘体和一层镀金。

 

WATKINS院长和DICK JOHNSON

1957年，他们成立了Watkins-Johnson公司。40年来，公司设计人造微波构件、子系统和防御市场系统。Watkins-Johnson的真空管和接收器系统尤其出名，它们可归功于许多现代鼓舞人心的通讯设备。现在，公司聚焦于半导体和RFID，并以WJ通讯公司闻名。

 

ROBERT A. WATSON-WATT和A.F. WILKINS

1932年，Watson－Watt突然有了无线电测向的想法。后来他和A.F. Wilkins合写了一篇详细叙述无线电检测并且修正、配合雷达。为了得到拨款，两个人在英国进行了第一次演示。利用在Daventry的BBC短波广播站的传送，他们测量到了从Heyford基地的上下飞行在不同区域的轰炸机反射过来的能量。探测达到了8英里。

 

SEYMOUR COHN

二战后，在小缝隙或者障碍物理论上的兴趣有所复苏。Cohn用精确电解槽测量法来为不适合用任何原理的缝隙形态获得静电极化的可能性。他同样研究脊状波导。Cohn在工业上作的最大的贡献是提出了简化所有空间参数的特征阻抗计算的公式。通过考虑侧面的散射现象，他可以估计宽带。窄带可以通过选择等价圆杆近似。

 

ROBERT C. HANSEN

这位天线领袖可能是第一个在大型机上仿真的人。他的众多论文和书籍涵盖了低噪声天线、拟域电力密度、简化RCS测量、聚焦光圈的最小光点直径和短单极天线的电感负载。Hansen也在电磁学方面写了100余篇论文。

 

CHARLES H. VOLLUM

 

1946年，他与M.J.Murdock合作成立了Tektronix公司。Vollum 因511型示波镜而出名，它源于他在少年时期的设计。大学时，他制造了一个辅助音频放大器测试的示波镜。作为公司总裁和首席工程师，Vollum指导Tektronix的示波镜工作。成果包括规定了新的速度标准的511型示波镜或“Vollumscope”，和第一个直接耦合的高增益示波镜。

 

STEPHEN F. ADAM

这位前HP员工是Microwave and Communications Instruments Product Group（微波和通信仪器产品公司）的首席工程师和1980年微波理论和技术委员会的主席，在该工业中具有很大的影响力。另外，他还是MIT委员会的主席和许多委员会委员，并在整个工业中担任多个其它职务。Adam拥有多项专利。他是许多技术文章和教科书《微波理论与应用》的作者。Adam担任Adam微波咨询公司的总裁兼CEO。MARIO A. MAURY 1957年10月，连接器发明人Mario Maury在加利福尼亚Montclair成立了Maury和Associates公司。在儿子Mario A. Maury初级工程师和Marc A. Maury的帮助下，他使公司在微波测试和校准工业中处于领先地位。Maury and Associates同样制造精密仪器，同轴和波导组件和支持支撑产品。如今公司因Maury微波公司而知名，公司将成功归因于公司所建立的团队合作、公司自豪感和对客户服务和质量的专注。

 

HARALD T. FRIIS

1922年在Western Electric的节俭生活期间，Friis成功地将超外差电路应用到了收音机中。尽管他拥有多个专利，反映了多年研究，但Friis出名的最主要原因是1942年在贝尔实验室工作期间开创的噪声指数理论。多亏了有了这个理论，工程师可以计算复杂接收器链的输出信噪比。

 

ULRICH L. ROHDE

 

Rohde是Communications Consulting公司的总裁，同时是纽约Paterson市Synergy微波公司的主席，又是德国慕尼黑Rohde & Schwarz的股东。他拥有多个专利，发表了60余篇科学论文。Rohde也是众多书籍的作者或投稿人。

 

ALLAN PODELL

Podell长期工作在IC技术最前线，他预测砷化镓MMIC（单片式微波集成电路）在20世纪80年代得到商业应用，那时候大部分砷化镓IC的研究由DARPA（美国国防部高级研究计划局）出资。同Doug Lockie（之后成立了Endwave公司）一起，他在加州Sunnyvale成立了Pacific Monolithics。该公司是砷化镓IC放大器、振荡器、混频器和接收器前端的革新的开发者。

 

HARVEY KAYLIE

1969年，多亏双平衡混频器的发展，这位电子工程师看到了自己翻身的机会。他在纽约Brooklyn市成立了Mini-Circuits，公司的成功之道很简单：公司将制造高品质产品，将它们以一个很有竞争力的价格卖出，并快速交付。自那时候起，Mini-Circuits就已经成长为双平衡混频器第一制造商，并且提供射频、中频和微波产品的不同选择。

 

BILL OLDFIELD

同Mario Maury 和HP/Agilent的Julius Botka一起，Oldfield是微波工业的顶级“机械师”之一，“机械师”一词包含了预料和构造微波结构（比如连接器）的天才能力。80年代，随着K连接在Wiltron的创造（后来被Anritsu购得)，Oldfield帮助同轴连接器超过SMA连接器得限制。他用能在整个毫米波频率段工作的可靠同轴连接器——V连接器的设计和发展继续着他的突破。Oldfield负责许多构成Anritsu的微波测试设备的无源和互连技术。

 

CHARLES ABRONSON

Abronson同Bill的孩子成立了EEsof。1983年，EEsof引入Touchstone，组成一个独特的引擎。它能够在PC和HP单片机上运行，因而把微波计算机辅助工程安装到PC上。Touchstone也允许工程师调整电路来观察响应变化。最终，HP买下EEsof。Abronson从而变成了CAP Wireless的主席，CAP Wireless是专门为商业和军队应用服务的带宽放大器和放大器子系统的公司。

 

WILLIAM JARVIS

Jarvis成立了领先测试和测量（行业）的Wiltron公司，它在1990年被Anritsu收购。在20世纪80年代，Jarvis促使Wiltron的工程师从占领市场的Hewlett-Packard公司提出的HP 8510矢量网络分析仪中得到答案。结果是仅有HP那时很小规模的Wiltron公司完成了第一个网络分析仪－360。现在Anritsu还继续指望Wiltron的产品。

HP 8510 在微波工程发展的早期，工程师们用伏特表来测量电路的输入输出电压并基于Maxwel方程计算介入损耗和回波损耗，后来Hewlett-Packard公司就研发了矢量伏特表，这种伏特表能测量电压的幅值和相位。经过几次改进后推出HP 8510自动网络矢量分析器。将惠普的测量能力和微处理器的功率结合了起来。这样工程师就可以在一个微波DUT上自动进行复杂的测量和应用数据纠正。

 

LESTER EASTMAN

许多半导体学生和设计者都归因于这个Cornell大学教授的知识。自1965年起，他曾研究化合物半导体材料、高速设备和电路。Eastman也得到过无数的奖励并在工程教育和微波工业中任许多高级职位。

 

ARTHUR OLINER

Oliner博士是Merrimac公司的3个创办者之一。他大概在这个工业领域中奋斗了60余年，有多许多个“第一”。比如：在一个矩形波导中提供包括电抗和电阻效应的放射狭槽分析。工程师们还依旧用Wood的集中于导波方法的异常反射光栅理论。另外，Oliner的相位阵列式天线的分析是第一次精确计算互耦效应。

 

AKSEL KIISS

MITEQ七位创办人之一。1971年，在帮助成立公司3年后，Kiiss成为了公司的第二任（也是最有影响力的）总裁。在他还是工程师的时候他就抱有企业家的精神气质（早年在AIL得到的灵感）。公司里任何人只要有新的想法就能得到资金和成功或者失败的机会。这个规则导致了撑起今天公司的大批放大器、振荡器、合成器和子系统生产线。尽管Kiiss在1999年辞世，但是他对同事的爱和尊重依然留在取名为“纽约Long Island最向往的 工作地点之一”的MITEQ公司。

 

LES BESSER

 

作为微波计算机辅助设计(CAD)的创始人，Besser编写了能提供带有高频设备参数的晶体管数据库的SPEEDY程序。后来他又创作了COMPACT——成为工业标准的微波电路最优化线路。Besser是一个多产作者，他写了很多技术文章并编著或合著众多教科书。Besser成立了如今是Ansoft一部分的Compact软件公司，而他的公司Besser Associates则专注于继续教育。

 

WILLIAM WEBSTER HANSEN

一位被尊称为微波技术的奠基人的物理学家。在还是斯坦福物理学本科生的时候，他就跟Russell Varian就成了好朋友。实际上，速调管是两个好朋友在X光中得到的灵感。在20世纪20年代到40年代，Hansen 和Varian兄弟在许多想法，发明和工程中有合作。1937年，Hansen开始着手探测临近的航空器的问题。他同Varian兄弟一起发明了速调管。1941年，Hansen和他的研究团队搬到了位于纽约Garden城的Sperry Gyroscope公司。在那，Hansen致力于多普勒雷达、航行器盲着陆系统、电子加速和核磁共振的发展。

 

HAROLD ISAACSON

Harold Isaacson是二战时的飞行员，他喜欢开发新的产品而且把这喜好放在了一个最耗时和最不知名的成功工业故事—ARRA（Bayshore，NY）。Isaacson改进了公司包括连续可变衰减器在内的无源器件的生产线，这些器件现在还广泛应用与军事系统和商业测试系统。今天，他的妻子Florence和儿子Roby运营着Isaacson所创办的公司，并给予同家庭取向一样的的照料（从而导致该工业中最低的人员流通率）

 

M.FUKUTA博士

1963年，Fukuta加入了后来与富士通合并的神户工业公司。他开始工作在半导体设备的世界里，包括射频硅功率管、硅集成电路、硅MOSFET（金属氧化半导体场效应管）。1967年，Fukuta发明了“网孔发射晶体管”。在1973年的ISSCC会议中发表了题为“网孔源型微波功率场效应管”的第一篇关于砷功率场效应管的论文。1992年，Fukuta成为了富士通混合半导体集团董事长，而后又成立了Eudyna设备公司。

 

THOMAS RUSSELL

致力于定向耦合器的天才微波设计师Russell在20世纪80年代初成立了Krytar公司，以此来满足他对工程的喜爱。他的管理模式是基于对员工额信任和尊重，和对他们看法的重视。Russell开发了一个最初的私有的用于微波耦合器创新的计算机辅助工程（CAE）工具，他利用这个工具设计和开发了许多公司的标准产品生产线。