微波功率放大器主要分為真空和固態(tài)兩種形式,。基于真空器件的功率放大器,，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(yīng)用于雷達(dá),、通信,、電子對抗等領(lǐng)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(yīng)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(jìn)國內(nèi)技術(shù)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(diǎn)是工作頻率高,、頻帶寬,、功率大,、效率高,，主要缺點(diǎn)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(yīng)用于不同的領(lǐng)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(yīng)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(shù)在設(shè)計變革方面取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)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(jì) 70 年代中期,，半導(dǎo)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(jì)初,，美國三軍特設(shè)委員會詳細(xì)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(jìn)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(dāng)前真空器件已取得長足進(jìn)步,，在雷達(dá),、通信、電子戰(zhàn)等系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛,。

1.2   研究與應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,，現(xiàn)階段行波管主要呈現(xiàn)以下特點(diǎn)。一是高頻率,、寬帶,、高效率的特點(diǎn)，可有效減小系統(tǒng)的體積,、重量,、功耗和熱耗，在星載,、彈載,、機(jī)載等平臺上適應(yīng)性更強(qiáng)，從而在軍事應(yīng)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(qiáng)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(shí)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(dá)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(dá)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(dá)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(jìn)一步推動高性能裝備的不斷出現(xiàn),。典型應(yīng)用包括車載防空反導(dǎo)系統(tǒng)、地基遠(yuǎn)程預(yù)警與情報系統(tǒng),、機(jī)載火控系統(tǒng),、無人機(jī)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(dāng)前正在研究和應(yīng)用的行波管的幾種重要技術(shù)。

1.2.1   行波管有源組陣技術(shù)
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(shù)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(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。

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(dú)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(dú)立工作,，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多目標(biāo)、多任務(wù)的能力,。與固態(tài)有源相控陣相比,，作用距離更遠(yuǎn)，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(jī)動性高,，戰(zhàn)場生存能力強(qiáng)。由于其全金屬,、陶瓷密封結(jié)構(gòu),，在面對高功率微波*器時的生存能力更強(qiáng)。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(dá)相比，其作用距離,、分辨率,、多目標(biāo)、多任務(wù),、壽命及任務(wù)可靠性等指標(biāo)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(shù)研究,，以期在陣元間距 30 mm 的條件下實(shí)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(jìn)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(shù)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(jìn),。

1.2.2   毫米波和 THz 行波管
5G 移動通信技術(shù)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(diǎn)，使得其在雷達(dá)探測領(lǐng)域具有重大的應(yīng)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(jī)械（MEMS）微細(xì)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(jìn)入到毫米波和 THz 頻段，現(xiàn)有器件 高已經(jīng)達(dá)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(guān)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(dǎo)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(jié)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(yuǎn)低于 TWTA,，因此高頻化是 TWTA 的必然發(fā)展趨勢。MEMS 微細(xì)加工工藝促使毫米波和 THz 頻段的研究推進(jìn),?？臻g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(yīng)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(diǎn)。而 THz 頻段的通信具有*傳輸速率,，隨著波導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)步,，在外太空探測中 TWTA 的應(yīng)用潛力很大。

1.3.2   更高的效率
應(yīng)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(dá) 73%,，為當(dāng)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(jìn)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(shí)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(shù)在過去幾十年中已有了顯著的改進(jìn),，而且行波管有源組陣等技術(shù)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(chǔ),，雖無法達(dá)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(lǐng)域影響重大,。

2.   固態(tài)放大器件
固態(tài)器件,，也就是半導(dǎo)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(yīng)晶體管作為射頻功率放大的主要器件，工作電壓低,，實(shí)現(xiàn)也更加容易,。由于其單體輸出功率較低，為了實(shí)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(shí)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(diǎn)，缺點(diǎn)是應(yīng)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(shù)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(xué)習(xí)方式,，也改變了世界格局和軍事斗爭形式,。微電子技術(shù)是信息技術(shù)的核心，而半導(dǎo)體材料是微電子技術(shù)的基石,。受半導(dǎo)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(dá)、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(jì) 90 年代起,，以 GaN 和 SiC 為代表的寬禁帶新型半導(dǎo)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(guān)注和研究。

2.2   研究與應(yīng)用現(xiàn)狀
2.2.1   應(yīng)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(yīng)用 SSPA 來說，2016 年,，馬薩諸塞州航空航天技術(shù)研究所的研究表明,，SSPA 實(shí)際上可用于高達(dá) 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(yīng)用了,。一些好的制造商的產(chǎn)品也可以大致說明 SSPA 的應(yīng)用情況。NEC 公司的 SSPA,，在 L 波段輸出功率和標(biāo)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(biāo)稱增益為 67 dB,，C 波段的輸出功率為 20 W，效率為 37%,，標(biāo)稱增益為 70 dB,。

2.2.2   GaN 產(chǎn)品
GaN 材料作為寬禁帶半導(dǎo)體的重要代表，以*的性能優(yōu)勢,，在眾多半導(dǎo)體材料中脫穎而出,，引起了廣泛的關(guān)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(yīng)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(yīng)用,；高的擊穿場強(qiáng)，有利于器件應(yīng)用于大功率信號,，也有利于器件尺寸的減?。涣己玫臒釋?dǎo)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(lǐng)域應(yīng)用,。

近年來，在微波發(fā)射系統(tǒng)中普遍應(yīng)用多個微波單片集成電路（MMIC）進(jìn)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(dǎo)合成網(wǎng)絡(luò)研制出一種功率放大器,，并通過多個該放大器進(jìn)行功率合成，得到了更大的寬帶輸出功率,，在軍事及民用領(lǐng)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(shè)計方法，并利用統(tǒng)計建模方法驗(yàn)證了統(tǒng)計模型,。采用此模型進(jìn)行 Ku 波段 GaN HEMT 功率放大器設(shè)計,，具有較高的漏極效率，模擬結(jié)果在統(tǒng)計上與測量結(jié)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(yīng)用前景廣闊,。GaN 技術(shù)正快速發(fā)展并逐步走向應(yīng)用,，未來還將繼續(xù)向高功率和高效率改進(jìn)，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(jié)構(gòu)改善晶體管電流崩塌效應(yīng)以提高輸出功率,，采用堆疊結(jié)構(gòu)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(shù)提升特征頻率，克服擊穿電壓降低,、短溝道效應(yīng),、漏延遲、寄生 RC 延遲惡化等問題,。更高集成度增強(qiáng)技術(shù),，電滲析法（ED）工藝技術(shù)及支持片上系統(tǒng) SoC 技術(shù)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)運(yùn)而生。MPM 作為一種新型的微波功率器件,，其大的特點(diǎn)在于充分利用了真空器件和固態(tài)器件的優(yōu)點(diǎn),，并避免了其各自的缺點(diǎn)，從而獲得高增益,、低噪聲,、大功率、高效率等二者單獨(dú)使用無法獲得的優(yōu)良性能,。其集成電源的設(shè)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(shù)結(jié)合起來，在性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過單獨(dú)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(dāng)?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(hù)功能,。

圖 2 MPM 的組成

MPM 將兩種器件的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，具備了大功率,、高效率,、小體積和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，可用于通信,、電子對抗以及民用領(lǐng)域,。對于機(jī)載和星載等應(yīng)用平臺，由于其對放大器的體積,、質(zhì)量等要求嚴(yán)格,，MPM 也將具有很好的前景。另外,，由于 MPM 應(yīng)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(jì) 80 年代末*提出以來，相關(guān)技術(shù)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(dá)到 W 波段和 G 波段,，連續(xù)波輸出功率高達(dá) 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(diǎn),。

圖 3 當(dāng)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(lǐng) 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(yán)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(shè)計等不同,，體積大小不一,，部分產(chǎn)品達(dá)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(biāo)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(dāng)?shù)?MPM 產(chǎn)品,。當(dāng)前，國內(nèi)研發(fā)的 W 波段 MPM,，實(shí)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(dá)到 7 dB,。測試結(jié)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(dá),、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(tuán)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(dá) 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(tuán)公司五院西安分院正在研制 Ku 頻段 500 W 脈沖雙管 MPM,，結(jié)構(gòu)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(jī)殼上，固態(tài)放大器和行波管之間通過半鋼電纜進(jìn)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(tuán)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(jìn),，是 MPM 的發(fā)展方向,。目前其工作頻段已經(jīng)達(dá)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(chǔ)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(shù)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(yīng)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(shí)現(xiàn) MPM 的小型化，首先要實(shí)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(guān)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(xué)在 2016 年研制的厚度不足 12 mm,、效率達(dá)到 94%左右的用于 MPM 的 EPC 組件，如圖 8 所示,，在超薄設(shè)計上達(dá)到*水平,，為 MPM 的小型化設(shè)計和陣列化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

圖 8  信息工程大學(xué)的超薄 EPC 組件

3.3.3   標(biāo)準(zhǔn)化
MPM 模塊化的設(shè)計為大批量生產(chǎn)提供了便利,，可使成本進(jìn)一步降低,，在模塊化基礎(chǔ)上生產(chǎn)的系列產(chǎn)品可根據(jù)不同場合要求進(jìn)行設(shè)計，從而滿足不同需求,。如針對雷達(dá)應(yīng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)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(diǎn),。雙通道 MPM 可同時實(shí)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(dāng)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(shí)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)波和脈沖兩種工作模式，實(shí)現(xiàn)新型的雙模干擾體制,，為小型化,、高性價比的雷達(dá)干擾一體化奠定基礎(chǔ)。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(jìn)行了有效結(jié)合,，其應(yīng)用已經(jīng)覆蓋了軍事、民用等各個領(lǐng)域,。針對應(yīng)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(yīng)用,，則提高線性度；滿足星載和機(jī)載系統(tǒng)的應(yīng)用,，則增強(qiáng)效率,；滿足電子對抗系統(tǒng)的應(yīng)用，則實(shí)現(xiàn)高增益,。隨著技術(shù)的發(fā)展,，MPM 在無人機(jī)等平臺上也將表現(xiàn)出更為重要的作用。

4.   總　結(jié)
功率放大器的 新技術(shù)繼續(xù)得益于固態(tài)和真空技術(shù)的共同進(jìn)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(dāng)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(jìn)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(yīng)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(jié)　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(diǎn)，然后介紹了它們的發(fā)展歷史,、當(dāng)前的技術(shù)研究狀況和未來發(fā)展趨勢,。而后引出了兩種器件相結(jié)合的產(chǎn)物——微波功率模塊，并重點(diǎn)介紹了微波功率模塊的產(chǎn)生過程和當(dāng)前國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r,，并對未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析和預(yù)測,。后總結(jié)了當(dāng)前三種器件的功率水平。

總之,，真空和固態(tài)器件各有特點(diǎn),，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)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(shí)現(xiàn)毫米波,、THz 功率的有效途徑，因此需求巨大,，應(yīng)繼續(xù)拓展,。而在低頻段上由于 GaN 等新材料的應(yīng)用，SSPA 占據(jù)著統(tǒng)治的地位,，未來仍然會是研究的熱點(diǎn),。MPM 則集成了二者的優(yōu)點(diǎn)，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(dá)到高功率的問題,，因此必然會成為各個領(lǐng)域研究應(yīng)用的重點(diǎn)。我國的 MPM 也要在充分學(xué)習(xí)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,，堅持小型化,、標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)工藝水平，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自主可控,。
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