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微波功率放大器發(fā)展概述
閱讀：1264 發(fā)布時間：2021-3-23
微波功率放大器主要分為真空和固態(tài)兩種形式?；谡婵掌骷墓β史糯笃?，曾在軍事裝備的發(fā)展*扮演過重要角色，而且由于其功率與效率的優(yōu)勢,，現(xiàn)在仍廣泛應用于雷達,、通信、電子對抗等領域,。后隨著 GaAs 晶體管的問世,，固態(tài)器件開始在低頻段替代真空管，尤其是隨著 GaN,，SiC 等新材料的應用,，固態(tài)器件的競爭力已大幅提高。本文將對兩種器件以及它們競爭與融合的產(chǎn)物——微波功率模塊（MPM）的發(fā)展情況作一介紹與分析,，以充分了解 水平,，也對促進國內(nèi)技術的發(fā)展有所助益。
1. 真空放大器件
跟固態(tài)器件相比,，真空器件的主要優(yōu)點是工作頻率高,、頻帶寬、功率大,、效率高,，主要缺點是體積和質(zhì)量均較大。真空器件主要包括行波管,、磁控管和速調(diào)管,，它們具有各自的優(yōu)勢，應用于不同的領域,。其中,，行波管主要優(yōu)勢為頻帶寬，速調(diào)管主要優(yōu)勢為功率大,，磁控管主要優(yōu)勢為效率高,。行波管應用較為廣泛，因此本文主要以行波管為例介紹真空器件,。
1.1 歷史發(fā)展
真空電子器件的發(fā)展可追溯到二戰(zhàn)期間,。1963 年，TWTA 技術在設計變革方面取得了實質(zhì)性進展,，提高了射頻輸出的功率和效率,，封裝也更加緊湊。1973 年,，歐洲先行波管放大器研制成功,。然而,，到了 20 世紀 70 年代中期，半導體器件異軍突起,，真空器件投入大幅減少,，其發(fā)展遭遇困難。直到 21 世紀初,，美國三軍特設委員會詳細討論了功率器件的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展,，指出真空器件和固態(tài)器件之間的平衡投資戰(zhàn)略,。2015 年，美國先進計劃研究局 DARPA 分別啟動了 INVEST,，HAVOC 計劃,，支持真空功率器件的發(fā)展和不斷增長的軍事系統(tǒng)需要，特別是毫米波及 THz 行波管,。當前真空器件已取得長足進步,，在雷達、通信,、電子戰(zhàn)等系統(tǒng)中應用廣泛,。
1.2 研究與應用現(xiàn)狀
隨著技術的不斷進步，現(xiàn)階段行波管主要呈現(xiàn)以下特點,。一是高頻率,、寬帶、高效率的特點,，可有效減小系統(tǒng)的體積,、重量、功耗和熱耗,，在星載,、彈載、機載等平臺上適應性更強,，從而在軍事應用上優(yōu)勢突出,。二是耐高溫特性，使行波管的功率和相位隨著溫度的變化波動微小,，對系統(tǒng)的環(huán)境控制要求大大降低,。三是抗強電磁干擾和攻擊特性，使其在高功率微波*器和微波彈的對抗中顯示出堅實的生存能力,。四是壽命大幅提高,，統(tǒng)計研究顯示，大功率行波管使用壽命普遍大于 5 000 h,，中小功率產(chǎn)品壽命大于 10 000 h,，達到*器全壽命周期,。圖 1 為 2000 年前產(chǎn)品的平均*故障時間（MTTF）統(tǒng)計，可以看出各類系統(tǒng)中真空器件的穩(wěn)定性都有提升,，空間行波管的 MTTF 更是達到數(shù)百萬 h 量級,，表現(xiàn)出*的可靠性。
圖 1 真空功率器件 MTTF 概況
公開報道顯示,，美軍作戰(zhàn)平臺中真空器件被大量使用,，是現(xiàn)役電子戰(zhàn)、雷達和通信的主要功率器件,。新開發(fā)的高頻段,、小型化行波管及功率模塊進一步推動高性能裝備的不斷出現(xiàn)。典型應用包括車載防空反導系統(tǒng),、地基遠程預警與情報系統(tǒng),、機載火控系統(tǒng)、無人機通信系統(tǒng),、電子戰(zhàn)系統(tǒng),、空間以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。下面介紹當前正在研究和應用的行波管的幾種重要技術,。
1.2.1 行波管有源組陣技術
國外近幾年主要在更高頻段發(fā)展一系列的小型化行波管,，頻段覆蓋 X，Ku,，K,，Ka，140 GHz 等,，并不斷在新技術上獲得突破,。國內(nèi)經(jīng)過近 10 多年的努力，行波管在保持大功率和高效率的前提下,，體積減小了 1 個數(shù)量級,，為有源組陣技術奠定了良好的基礎。
行波管有源組陣的形式分為單元放大式和子陣放大式兩種,。與無源相控陣相比,，其單個行波管的功率要求低，器件的可靠性和壽命相對較高,。同時各通道相對獨立,，某通道出現(xiàn)故障不會影響到其他通道，因此系統(tǒng)的可靠性高,。而且整個輻射陣面可以分多個區(qū)域獨立工作,，實現(xiàn)系統(tǒng)多目標、多任務的能力,。與固態(tài)有源相控陣相比,，作用距離更遠,，威力更大，且配套的冷卻車和電源車相對短小精悍,，系統(tǒng)機動性高,，戰(zhàn)場生存能力強。由于其全金屬,、陶瓷密封結構,，在面對高功率微波*器時的生存能力更強。在相同的陣面功率時所需的單元數(shù)將少 1 個數(shù)量級,，因此成本會大幅降低,。與單脈沖雷達相比，其作用距離,、分辨率、多目標,、多任務,、壽命及任務可靠性等指標會更好。目前,，國內(nèi)正在開展基于行波管的 Ku 波段稀布陣低柵瓣技術研究,，以期在陣元間距 30 mm 的條件下實現(xiàn)−20 dB 的柵瓣。
另外,，與行波管有源組陣相配套的小型化大功率環(huán)行器研究進展迅速,。采用不等尺寸單元組成的非周期排列方式、徑向等間距排列的非周期環(huán)形陣和子陣非規(guī)則排列等新型陣面技術能夠很好解決大單元間距引起的柵瓣問題,，這些共同保障行波管有源組陣的推進,。
1.2.2 毫米波和 THz 行波管
5G 移動通信技術的發(fā)展，對 Ka 到 W 波段的毫米波功率放大器提出了需求,。未來 5G 需要寬帶接入一個地區(qū),，而又不能采用光纖的地方，則只能選擇毫米波波段,。THz 波由于具有頻率高,、寬帶寬、波束窄等特點,，使得其在雷達探測領域具有重大的應用潛力,。但隨著頻率的升高，對器件的加工工藝要求也越來越高,。近年來,，微機械（MEMS）微細加工工藝的全面引入改善了傳統(tǒng)工藝，使得真空器件工作頻率進入到毫米波和 THz 頻段,，現(xiàn)有器件 高已經(jīng)達到 1 THz,。短毫米波行波管近年來漸趨成熟,，并初步形成了相關的系列產(chǎn)品，表 1 為國內(nèi)外典型毫米波行波管產(chǎn)品,。諾格公司在 2013 年成功研制出了 220 GHz 的折疊波導行波管功率放大器,，國內(nèi)中電第十二研究所以及中國工程物理研究院都開展了 220 GHz 行波管的研究工作，諾格公司在 2016 年還*將行波管工作頻率提高到 1 THz,。表 2 為一些 THz 行波管典型研究的測試結果,。
1.3 發(fā)展趨勢
1.3.1 更高頻段
毫無疑問，工作頻段高是 TWTA 的優(yōu)勢所在,。在高頻段,，固態(tài)功率放大器（SSPA）的輸出功率和效率均遠低于 TWTA，因此高頻化是 TWTA 的必然發(fā)展趨勢,。MEMS 微細加工工藝促使毫米波和 THz 頻段的研究推進,。空間行波管隨著 Ku 波段的趨于飽和以及高清電視,、多媒體通信等市場需求的驅(qū)動使得 Ka 波段的應用逐漸增多,，而且有往 Q/V 頻段遷移的趨勢，已逐漸成為新的研究熱點,。而 THz 頻段的通信具有*傳輸速率,，隨著波導技術的進步，在外太空探測中 TWTA 的應用潛力很大,。
1.3.2 更高的效率
應用以來,，各個波段行波管的效率均在不斷提高。目前 L3 公司制造的 Ku 波段 88125H,，效率可達 73%,，為當前公開報道的高值。目前電源效率已經(jīng)很高,，普遍優(yōu)于 90%,，進一步提高效率將是一種研發(fā)挑戰(zhàn)，因此主要靠提高行波管的效率以實現(xiàn)總效率值的增加,。通過優(yōu)化行波管螺旋節(jié)距分布就是一種提升效率的有效方法,。
1.3.3 小型化行波管
TWTA 小型化技術在過去幾十年中已有了顯著的改進，而且行波管有源組陣等技術的發(fā)展推動著行波管小型化不斷向前發(fā)展,。另外 TWTA 的一個潛在的變化是增加 Mini-TWT 的使用,。Mini-TWT 是傳統(tǒng) TWT 的小版本，是微波功率模塊的基礎,，雖無法達到高射頻輸出功率,，但在減小體積的同時也提高了效率，尤其在衛(wèi)星通信等領域影響重大,。
2. 固態(tài)放大器件
固態(tài)器件,，也就是半導體電子器件,。與 TWTA 類似，SSPA 通常需配置集成電源,，其不同在于,，SSPA 使用場效應晶體管作為射頻功率放大的主要器件，工作電壓低,，實現(xiàn)也更加容易,。由于其單體輸出功率較低，為了實現(xiàn)高功率放大,，SSPA 需要將許多功率晶體管并聯(lián)放置,，從而實現(xiàn)輸出功率的合成。固態(tài)器件具有體積小,、噪聲低,、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，缺點是應用頻帶低,、單體輸出功率小,、效率低。
2.1 歷史發(fā)展
二戰(zhàn)以來,，信息技術取得了飛速發(fā)展,，發(fā)起并推動了第三次科技革命,，深刻地改變了人們的生活和學習方式,，也改變了世界格局和軍事斗爭形式。微電子技術是信息技術的核心,，而半導體材料是微電子技術的基石,。受半導體材料本身的限制，固態(tài)功率器件效率比較低,，在較高頻率下輸出功率非常小,，并且隨著頻率和帶寬的增加，其輸出功率電平顯著下降,，器件成本也大幅度上升,。為滿足無線通訊、雷達,、航空航天等對器件高頻率,、寬帶寬、大功率和高效率的要求,，20 世紀 90 年代起,，以 GaN 和 SiC 為代表的寬禁帶新型半導體材料深刻地改變了固態(tài)功率放大器的性能，并引起了人們的關注和研究,。
2.2 研究與應用現(xiàn)狀
2.2.1 應用現(xiàn)狀
公開信息顯示,，各家的產(chǎn)品主要還是集中在 L,，S 和 C 波段。就空間應用 SSPA 來說,，2016 年,，馬薩諸塞州航空航天技術研究所的研究表明，SSPA 實際上可用于高達 Ku 波段的頻率,，且該波段中 SSPAs 的比例從波音公司之前研究中的大約 1%增加到 6%,，但更高波段則很少有應用了。一些好的制造商的產(chǎn)品也可以大致說明 SSPA 的應用情況,。NEC 公司的 SSPA,，在 L 波段輸出功率和標稱增益為 55 W 和 61 dB，S 波段為 24 W 和 70 dB,，C 波段則為 20 W 和 86 dB,。Airbus Defense and Space 公司開發(fā)的 SSPA，L 波段和 S 波段器件的輸出功率為 15 W,，效率為 31%,，標稱增益為 67 dB，C 波段的輸出功率為 20 W,，效率為 37%,，標稱增益為 70 dB。
2.2.2 GaN 產(chǎn)品
GaN 材料作為寬禁帶半導體的重要代表,，以*的性能優(yōu)勢,，在眾多半導體材料中脫穎而出，引起了廣泛的關注和研究,。如表 3 所示,，GaN 相比其它材料具有更*的特性：大的禁帶寬度，是 GaN 材料大功率應用的根本所在,；*的電子遷移率,，決定了器件的高工作頻率和放大增益；高的飽和電子漂移速度,，提高了頻率特性,，使其適于高頻器件的應用；高的擊穿場強,，有利于器件應用于大功率信號,，也有利于器件尺寸的減小,；良好的熱導率,，可降低溝道溫度，使得器件的工作性能穩(wěn)定；低的介電常數(shù),，這可使器件尺寸增大以提高器件功率,，也可提高器件頻率特性；高的 Baliga 優(yōu)值,，使其特別適合于高頻寬帶大功率領域應用,。
近年來，在微波發(fā)射系統(tǒng)中普遍應用多個微波單片集成電路（MMIC）進行功率合成以獲得更高的輸出功率,。而采用 GaN 材料研制的 MMIC 單片功率密度高,、電流小、效率高,。國內(nèi)已采用 Ku 頻段 GaN 材料單片和一款波導合成網(wǎng)絡研制出一種功率放大器,，并通過多個該放大器進行功率合成，得到了更大的寬帶輸出功率,，在軍事及民用領域均可適用,。另提出了一種基于等效電路參數(shù)多偏差統(tǒng)計模型的微波 GaN 高電子遷移率晶體管（HEMT）功率放大器的設計方法，并利用統(tǒng)計建模方法驗證了統(tǒng)計模型,。采用此模型進行 Ku 波段 GaN HEMT 功率放大器設計,，具有較高的漏極效率，模擬結果在統(tǒng)計上與測量結果一致,。
2.3 發(fā)展趨勢
GaN 和 SiC 等新材料優(yōu)勢明顯,，它們使得固態(tài)器件的功率、頻率和帶寬都得到了提高,。SiC 的材料成本較高,，這也成為阻礙其發(fā)展的一個因素，但應用前景廣闊,。GaN 技術正快速發(fā)展并逐步走向應用,，未來還將繼續(xù)向高功率和高效率改進,，包括基于金剛石襯底提高散熱能力和大功率密度,，采用新型場板結構改善晶體管電流崩塌效應以提高輸出功率，采用堆疊結構提高功放電路電壓擺幅和輸出功率等,。此外,，它還將繼續(xù)向更高頻段突破，包括等比例縮小技術提升特征頻率,，克服擊穿電壓降低,、短溝道效應、漏延遲,、寄生 RC 延遲惡化等問題,。更高集成度增強技術，電滲析法（ED）工藝技術及支持片上系統(tǒng) SoC 技術等也是其發(fā)展方向。
3. 微波功率模塊
如前所述,，電真空器件單管功率大于固態(tài)器件,，可以應用的頻段也更高，但真空器件需要高壓電源,，體積和質(zhì)量較大,。而固態(tài)功率器件由于半導體本身材料限制，效率較低,，而且不適用于高頻率,。在此情況下，微波功率模塊（MPM）應運而生,。MPM 作為一種新型的微波功率器件,，其大的特點在于充分利用了真空器件和固態(tài)器件的優(yōu)點，并避免了其各自的缺點,，從而獲得高增益,、低噪聲、大功率,、高效率等二者單獨使用無法獲得的優(yōu)良性能,。其集成電源的設計使用戶不用直接面對高壓，提高了安全性,。
3.1 MPM 簡介
MPM 將固態(tài)功放,、小型化行波管及微型集成電源全部封裝在一個小空間內(nèi)，創(chuàng)造性地把固態(tài)和真空兩種技術結合起來,，在性能上遠遠地超過單獨的固態(tài)和真空器件,。如圖 2 所示，固態(tài)放大器作為前級,，為整個放大鏈提供低噪聲和相當?shù)脑鲆?，行波管為末級功放，提供大功率輸出,，集成電源提?MPM 所需的各級電壓,，并為模塊提供控制和保護功能。
圖 2 MPM 的組成
MPM 將兩種器件的優(yōu)點有機結合,，具備了大功率,、高效率、小體積和低噪聲等優(yōu)點,，可用于通信,、電子對抗以及民用領域。對于機載和星載等應用平臺,，由于其對放大器的體積,、質(zhì)量等要求嚴格，MPM 也將具有很好的前景。另外,，由于 MPM 應用非常方便,，傳統(tǒng)的 TWTA 也有被 MPM 替代的趨勢。
3.2 MPM 研究現(xiàn)狀
3.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀
MPM 的概念自 20 世紀 80 年代末*提出以來,，相關技術已較為成熟,。目前多家國外公司如 L3，Thales,，Triton,，CPI，Selex ES,，MITEQ,，dBcontrol，e2v 等,，均推出了自己的 MPM 產(chǎn)品,。如圖 3 所示，可以看出不同品牌及型號的 MPM 已涵蓋了 2～45 GHz 的范圍,，高已達到 W 波段和 G 波段,，連續(xù)波輸出功率高達 250 W，并呈現(xiàn)出低頻模塊高功率化,、低功率模塊高頻化的特點,。
圖 3 當前 MPM 頻率功率分布
MPM 諧波抑制均控制在−11～4 dBc 之間，雜波控制在−60～40 dBc 之間,。MPM 效率主要取決于功率器件和集成電源的效率,，目前國外集成電源效率一直處于領 水平，MPM 產(chǎn)品效率均在 30%左右,。在小型化上,，各廠家 MPM 尺寸上嚴格把控，總體控制較為成熟,，相對集中在 2～3 kg 之間,。而在尺寸上由于散熱、電磁兼容設計等不同,，體積大小不一,，部分產(chǎn)品達到了 MPM 小型化的,，如 L3 公司推出的 Ka 頻段 50 W 產(chǎn)品,，其型號為 M1871，如圖 4 所示,，注冊商標采用 NanoMPM,，尺寸為 127 mm×76 mm×25 mm，且質(zhì)量僅為 700 g。
圖 4 M1871 MPM
3.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
在我國,，對于 MPM 的研究起步比較晚,，直到 2001 年以后才正式開展 MPM 的研究。通過近 20 年的努力,，在典型頻段內(nèi),，國內(nèi)也成功研制了功率量級和尺寸與國外相當?shù)?MPM 產(chǎn)品。當前,，國內(nèi)研發(fā)的 W 波段 MPM,，實現(xiàn)連續(xù)波 50 W 的輸出功率，增益 47 dB,，帶寬 6 GHz,，尺寸 370 mm×180 mm×45 mm，模塊總效率超過 10%,，均衡放大組件能提供 16.5 dB 以上的增益,，均衡量達到 7 dB。測試結果顯示,，在 6 GHz 帶寬內(nèi)輸出功率大于 50 W,，整管效率為 15.7%，集成電源能提供高 17 kV 的高壓,，該模塊滿足了雷達,、通信、電子對抗等系統(tǒng)對 W 波段寬帶大功率輸出的要求,。中國電子科技集團公司第十二研究所開發(fā)的 4～18 GHz 50 W MPM,，如圖 5 所示，效率達 32%,，但尺寸僅為 140 mm×86 mm×20 mm,，其所用的小型化行波管尺寸為 135 mm×25 mm×16 mm，質(zhì)量 135 g,。中國航天科技集團公司五院西安分院正在研制 Ku 頻段 500 W 脈沖雙管 MPM,，結構如圖 6 所示，兩支固態(tài)放大器,、行波管和集成電源安裝在一個盒體內(nèi),，其中固態(tài)放大器安裝于行波管上方，通過螺釘緊固在機殼上,，固態(tài)放大器和行波管之間通過半鋼電纜進行互聯(lián),，尺寸為 310 mm×248 mm×60 mm，重量＜7 kg,。
圖 5 中國電子科技集團公司第十二研究所 4～18 GHz 50 W MPM
圖 6 Ku 頻段 500 W 脈沖雙管 MPM
3.3 MPM 發(fā)展趨勢
3.3.1 高頻率與寬頻帶
向更高的頻率推進,，是 MPM 的發(fā)展方向,。目前其工作頻段已經(jīng)達到了毫米波波段，我們將毫米波波段的微波功率模塊又稱之為毫米波功率模塊（Millimeter Wave Power Module,，MMPM）,。L3 公司推出 W 頻段 100 W 的 MPM—M2839，其工作于 92～96 GHz,，重量為 6.3 kg,，尺寸 375 mm×213 mm×83 mm。該公司又在 W 頻段 MPM 的基礎上,，推出了 E 波段 MPM,，該產(chǎn)品按工作頻率分為 71～76 GHz 和 81～86 GHz 的兩個型號，尺寸都是 376 mm×26.5 mm×7.6 mm,。而滿足帶寬的要求是初研制 MPM 的目的之一,，隨著技術的發(fā)展，目前已推出了多款工作頻帶 4.5～18 GHz 的 MPM 產(chǎn)品,，可以在 2 個倍頻程的帶寬內(nèi)提供 250 W 的大輸出功率,。Thales 公司推出針對電子對抗應用的 MPM 產(chǎn)品，如圖 7 所示工作頻率 4.5～18 GHz 的 200 W MPM 產(chǎn)品 TH24512,，以及工作頻率 18～40 GHz 的 65 W 電子對抗用 MPM,。
圖 7 TH24512 MPM
3.3.2 小型化
實現(xiàn) MPM 的小型化，首先要實現(xiàn)各組件自身的小型化,。而行波管作為 MPM 的末級輸出,，影響較為關鍵。L3 公司推出的產(chǎn)品 M1870（Ku 波段）和 M1871（Ka 波段）,。它們的功率分別為 40 W 和 50 W,，尺寸分別為 140 mm×77 mm×25 mm、重 700 g 和 168 mm×104 mm×25 mm,、重 1.13 kg,，代表了 MPM 小型化的高水平。集成電源也是一個重要部分,。信息工程大學在 2016 年研制的厚度不足 12 mm,、效率達到 94%左右的用于 MPM 的 EPC 組件，如圖 8 所示,，在超薄設計上達到*水平,，為 MPM 的小型化設計和陣列化應用奠定了基礎。
圖 8 信息工程大學的超薄 EPC 組件
3.3.3 標準化
MPM 模塊化的設計為大批量生產(chǎn)提供了便利,，可使成本進一步降低,，在模塊化基礎上生產(chǎn)的系列產(chǎn)品可根據(jù)不同場合要求進行設計，從而滿足不同需求,。如針對雷達應用的工作頻段 13.5～18 GHz 功率 110 W 產(chǎn)品,、針對數(shù)據(jù)通信應用的工作頻段 14.5～15.5 GHz 功率 100 W 產(chǎn)品,，均采用了統(tǒng)一的 2 250 mm×232 mm×35 mm 封裝,，系列產(chǎn)品標準化程度較高,。另外，針對電子作戰(zhàn),、衛(wèi)星通信傳輸?shù)葘掝l帶高功率的要求,，也在進行相應的標準化設計。
3.3.4 新型 MPM
隨著各類信息系統(tǒng)和器件不斷朝著微型化和集成化的方向發(fā)展,，雙通道 MPM,、雙模 MPM 和 T/R 型 MPM 等將成為研究重點。雙通道 MPM 可同時實現(xiàn)兩路干擾信號輸出,，也具備空間合成能力,，功率密度較傳統(tǒng) MPM 提高近 1 倍。當一路行波管出現(xiàn)故障時,，MPM 仍可在功率減半的條件下工作,，提高 MPM 的冗余度。雙模 MPM 同時實現(xiàn)準連續(xù)波和脈沖兩種工作模式,，實現(xiàn)新型的雙模干擾體制,，為小型化、高性價比的雷達干擾一體化奠定基礎,。T/R 型 MPM 使系統(tǒng)的天線可以收發(fā)共孔徑，突破行波管收發(fā)功能，解決環(huán)型器頻段限制和損耗問題,。
MPM 作為一種全新的功率器件,，將真空和固態(tài)器件進行了有效結合，其應用已經(jīng)覆蓋了軍事,、民用等各個領域,。針對應用環(huán)境的不同，MPM 也可通過合理選擇器件的性能參數(shù),，以滿足不同的需求,。如滿足數(shù)據(jù)傳輸和通信的應用，則提高線性度,；滿足星載和機載系統(tǒng)的應用,，則增強效率；滿足電子對抗系統(tǒng)的應用,，則實現(xiàn)高增益,。隨著技術的發(fā)展，MPM 在無人機等平臺上也將表現(xiàn)出更為重要的作用,。
4. 總 結
功率放大器的 新技術繼續(xù)得益于固態(tài)和真空技術的共同進步,。通過對商業(yè)化產(chǎn)品和工業(yè)級的原型器件的統(tǒng)計,，得出了當代放大器可用峰值飽和輸出功率隨頻率變化的曲線，如圖 9 所示,。圖中將單個 GaN MMIC 的峰值飽和輸出功率與單個行波管器件和集成的 MPM 進行比較,，可以看到，大于 50 dBm 的輸出功率水平代表了毫米波頻率范圍內(nèi)商業(yè)器件性能的前沿,。特別是 MPM 適用于小體積,、輕質(zhì)量、大功率,、低成本（SWaP-efficient）等高性價比應用平臺,。
圖 9 真空、固態(tài)及 MPM 新飽和輸出功率隨頻率變化圖
5. 結 論
本文首先分別介紹了真空和固態(tài)放大器件的組成和特點,，然后介紹了它們的發(fā)展歷史,、當前的技術研究狀況和未來發(fā)展趨勢。而后引出了兩種器件相結合的產(chǎn)物——微波功率模塊,，并重點介紹了微波功率模塊的產(chǎn)生過程和當前國內(nèi)外的發(fā)展狀況,，并對未來的發(fā)展趨勢進行了分析和預測。后總結了當前三種器件的功率水平,。
總之,，真空和固態(tài)器件各有特點，應根據(jù)具體應用場合和工作頻段,，做 優(yōu)選用,。顯然，在高頻段上真空器件優(yōu)勢明顯,，是實現(xiàn)毫米波,、THz 功率的有效途徑，因此需求巨大,，應繼續(xù)拓展,。而在低頻段上由于 GaN 等新材料的應用，SSPA 占據(jù)著統(tǒng)治的地位,，未來仍然會是研究的熱點,。MPM 則集成了二者的優(yōu)點，一方面解決了真空器件“加電難”的問題,，另一方面又解決了固態(tài)器件在高頻段難以達到高功率的問題,，因此必然會成為各個領域研究應用的重點。我國的 MPM 也要在充分學習外先進技術的基礎上,，堅持小型化,、標準化，并向高頻和寬帶方向發(fā)展,，不斷改善薄弱環(huán)節(jié),，增強工藝水平,，實現(xiàn)產(chǎn)品的自主可控。
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