產品列表PRODUCTS LIST
微波(bo)功率(lv)放大(da)器(qi)主要分為真空和固(gu)(gu)態兩種形(xing)式。基于(yu)真空器(qi)件的(de)功率(lv)放大(da)器(qi)，曾(ceng)在(zai)軍事裝備的(de)發展(zhan)*扮演過重要角色，而且(qie)由(you)于(yu)其(qi)功率(lv)與效率(lv)的(de)優勢，現在(zai)仍(reng)廣泛(fan)應用(yong)于(yu)雷(lei)達、通信、電子對(dui)(dui)抗等領域(yu)。后隨著 GaAs 晶(jing)體管的(de)問世(shi)，固(gu)(gu)態器(qi)件開始(shi)在(zai)低(di)頻(pin)段替代真空管，尤(you)其(qi)是隨著 GaN，SiC 等新材料的(de)應用(yong)，固(gu)(gu)態器(qi)件的(de)競爭力已(yi)大(da)幅(fu)提高。本文(wen)將對(dui)(dui)兩種器(qi)件以及它們競爭與融合的(de)產物——微波(bo)功率(lv)模塊（MPM）的(de)發展(zhan)情況作一介紹(shao)與分析，以充分了解 水平，也對(dui)(dui)促進國內技術的(de)發展(zhan)有所助益。
1. 真空放大器件
跟(gen)固態器(qi)件(jian)相比，真空(kong)器(qi)件(jian)的(de)主(zhu)要優(you)點是工作頻(pin)率高、頻(pin)帶寬、功率大(da)、效率高，主(zhu)要缺點是體積和質(zhi)量(liang)均較(jiao)(jiao)大(da)。真空(kong)器(qi)件(jian)主(zhu)要包括行(xing)(xing)波(bo)(bo)管(guan)(guan)、磁(ci)控管(guan)(guan)和速(su)調管(guan)(guan)，它(ta)們具有各自的(de)優(you)勢(shi)，應(ying)用(yong)(yong)于(yu)不同的(de)領域。其中，行(xing)(xing)波(bo)(bo)管(guan)(guan)主(zhu)要優(you)勢(shi)為頻(pin)帶寬，速(su)調管(guan)(guan)主(zhu)要優(you)勢(shi)為功率大(da)，磁(ci)控管(guan)(guan)主(zhu)要優(you)勢(shi)為效率高。行(xing)(xing)波(bo)(bo)管(guan)(guan)應(ying)用(yong)(yong)較(jiao)(jiao)為廣泛，因(yin)此本文主(zhu)要以(yi)行(xing)(xing)波(bo)(bo)管(guan)(guan)為例介紹真空(kong)器(qi)件(jian)。
1.1 歷史發展
真(zhen)空(kong)電子器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)的發展(zhan)(zhan)可追溯到(dao)二(er)戰期(qi)間。1963 年，TWTA 技術在(zai)設計變革(ge)方面取(qu)得(de)了(le)實質性進展(zhan)(zhan)，提(ti)高了(le)射(she)頻輸出(chu)(chu)的功(gong)(gong)率(lv)(lv)和(he)(he)效率(lv)(lv)，封(feng)裝也更(geng)加緊(jin)湊。1973 年，歐洲先行波管放大器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)研制成功(gong)(gong)。然而，到(dao)了(le) 20 世紀(ji) 70 年代中期(qi)，半(ban)導體器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)異軍(jun)突(tu)起，真(zhen)空(kong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)投入(ru)大幅減少，其發展(zhan)(zhan)遭遇(yu)困(kun)難(nan)。直到(dao) 21 世紀(ji)初，美(mei)國三軍(jun)特(te)設委員會詳細討論(lun)了(le)功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)的歷史(shi)、現狀和(he)(he)發展(zhan)(zhan)，指出(chu)(chu)真(zhen)空(kong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)和(he)(he)固(gu)態器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)之(zhi)間的平衡(heng)投資戰略。2015 年，美(mei)國先進計劃研究(jiu)局 DARPA 分別(bie)啟動了(le) INVEST，HAVOC 計劃，支持(chi)真(zhen)空(kong)功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)的發展(zhan)(zhan)和(he)(he)不斷(duan)增長(chang)的軍(jun)事系統需要，特(te)別(bie)是毫(hao)米波及 THz 行波管。當(dang)前真(zhen)空(kong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)已取(qu)得(de)長(chang)足進步，在(zai)雷達、通信、電子戰等系統中應用(yong)廣泛。
1.2 研究與應用現狀
隨著技(ji)術的(de)(de)(de)(de)不斷進(jin)步，現(xian)階段行(xing)(xing)波管主要(yao)(yao)呈現(xian)以下特點(dian)。一是(shi)高(gao)(gao)頻率、寬帶(dai)、高(gao)(gao)效(xiao)率的(de)(de)(de)(de)特點(dian)，可有效(xiao)減小系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)體(ti)積、重量、功耗(hao)和熱(re)耗(hao)，在星(xing)載、彈載、機(ji)載等平臺上適應性(xing)更強，從而在軍事(shi)應用上優(you)勢突出。二是(shi)耐高(gao)(gao)溫特性(xing)，使(shi)行(xing)(xing)波管的(de)(de)(de)(de)功率和相位隨著溫度的(de)(de)(de)(de)變化(hua)波動微(wei)小，對系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)環境控制要(yao)(yao)求大(da)大(da)降低。三是(shi)抗(kang)強電磁干擾和攻(gong)擊特性(xing)，使(shi)其在高(gao)(gao)功率微(wei)波武(wu)器和微(wei)波彈的(de)(de)(de)(de)對抗(kang)中(zhong)(zhong)顯(xian)示(shi)出堅實的(de)(de)(de)(de)生存能力。四(si)是(shi)壽命(ming)大(da)幅(fu)提(ti)高(gao)(gao)，統(tong)計研究顯(xian)示(shi)，大(da)功率行(xing)(xing)波管使(shi)用壽命(ming)普遍大(da)于 5 000 h，中(zhong)(zhong)小功率產品壽命(ming)大(da)于 10 000 h，達到(dao)武(wu)器全壽命(ming)周期(qi)。圖 1 為 2000 年前產品的(de)(de)(de)(de)平均*故(gu)障時(shi)間(jian)（MTTF）統(tong)計，可以看出各類系(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)真空器件的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)都(dou)有提(ti)升，空間(jian)行(xing)(xing)波管的(de)(de)(de)(de) MTTF 更是(shi)達到(dao)數百萬(wan) h 量級(ji)，表現(xian)出*的(de)(de)(de)(de)可靠性(xing)。
圖(tu) 1 真空(kong)功(gong)率器件 MTTF 概況
公開報道顯(xian)示，美軍作戰平(ping)臺中(zhong)真空器(qi)件被大量使用，是現(xian)役電(dian)(dian)子(zi)戰、雷達和通(tong)信的主要功(gong)率器(qi)件。新開發的高頻段(duan)、小型化行波(bo)管(guan)及(ji)功(gong)率模(mo)塊進一步(bu)推動(dong)高性能裝備的不斷(duan)出現(xian)。典型應(ying)(ying)用包括(kuo)車(che)載防空反(fan)導系統(tong)、地基遠程預警與(yu)情報系統(tong)、機載火控系統(tong)、無(wu)人(ren)機通(tong)信系統(tong)、電(dian)(dian)子(zi)戰系統(tong)、空間以及(ji)衛星通(tong)信系統(tong)等。下(xia)面介紹當前正在(zai)研究和應(ying)(ying)用的行波(bo)管(guan)的幾種重(zhong)要技(ji)術(shu)。
1.2.1 行波管有源組陣技術
國(guo)外(wai)近幾年(nian)主要在(zai)(zai)更高頻(pin)段發展一系列的小(xiao)型(xing)化行波管，頻(pin)段覆蓋(gai) X，Ku，K，Ka，140 GHz 等(deng)，并不斷(duan)在(zai)(zai)新技(ji)術(shu)上(shang)獲得突破。國(guo)內(nei)經過近 10 多年(nian)的努力，行波管在(zai)(zai)保持大(da)功率和高效率的前提下(xia)，體積減小(xiao)了(le) 1 個數量級，為有(you)源組陣技(ji)術(shu)奠定(ding)了(le)良好的基礎(chu)。
行波(bo)(bo)管有源(yuan)(yuan)組(zu)陣的(de)(de)(de)形式(shi)分(fen)為單(dan)元(yuan)放(fang)大(da)式(shi)和(he)子陣放(fang)大(da)式(shi)兩(liang)種(zhong)。與無(wu)源(yuan)(yuan)相(xiang)(xiang)(xiang)控陣相(xiang)(xiang)(xiang)比，其(qi)單(dan)個(ge)行波(bo)(bo)管的(de)(de)(de)功率要求低，器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)可(ke)靠(kao)性和(he)壽(shou)命(ming)(ming)相(xiang)(xiang)(xiang)對較(jiao)高(gao)。同(tong)時各通道(dao)相(xiang)(xiang)(xiang)對獨立(li)，某通道(dao)出(chu)現(xian)故(gu)障不會(hui)(hui)影響到其(qi)他(ta)通道(dao)，因此(ci)(ci)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)可(ke)靠(kao)性高(gao)。而且(qie)整(zheng)個(ge)輻射陣面(mian)可(ke)以分(fen)多個(ge)區(qu)域獨立(li)工(gong)作(zuo)，實(shi)現(xian)系(xi)(xi)統(tong)多目(mu)標、多任務的(de)(de)(de)能力(li)。與固態有源(yuan)(yuan)相(xiang)(xiang)(xiang)控陣相(xiang)(xiang)(xiang)比，作(zuo)用距離(li)更遠，威力(li)更大(da)，且(qie)配(pei)套(tao)的(de)(de)(de)冷卻車和(he)電源(yuan)(yuan)車相(xiang)(xiang)(xiang)對短(duan)小精(jing)悍，系(xi)(xi)統(tong)機動性高(gao)，戰場(chang)生存(cun)能力(li)強。由于(yu)其(qi)全金屬、陶(tao)瓷密封結(jie)構，在(zai)面(mian)對高(gao)功率微波(bo)(bo)武器(qi)時的(de)(de)(de)生存(cun)能力(li)更強。在(zai)相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)陣面(mian)功率時所(suo)需的(de)(de)(de)單(dan)元(yuan)數(shu)將少 1 個(ge)數(shu)量級(ji)，因此(ci)(ci)成本會(hui)(hui)大(da)幅降低。與單(dan)脈沖(chong)雷達(da)相(xiang)(xiang)(xiang)比，其(qi)作(zuo)用距離(li)、分(fen)辨(bian)率、多目(mu)標、多任務、壽(shou)命(ming)(ming)及任務可(ke)靠(kao)性等指標會(hui)(hui)更好。目(mu)前(qian)，國內正在(zai)開展基于(yu)行波(bo)(bo)管的(de)(de)(de) Ku 波(bo)(bo)段稀布陣低柵(zha)瓣技術研(yan)究，以期在(zai)陣元(yuan)間距 30 mm 的(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)下實(shi)現(xian)−20 dB 的(de)(de)(de)柵(zha)瓣。
另(ling)外，與行(xing)(xing)波(bo)管(guan)有(you)源組陣(zhen)相(xiang)配套的(de)小型化大功率環(huan)行(xing)(xing)器(qi)研(yan)究進展迅速。采用(yong)不等尺寸單元組成的(de)非(fei)周期(qi)排(pai)列方式、徑向等間(jian)距排(pai)列的(de)非(fei)周期(qi)環(huan)形陣(zhen)和子陣(zhen)非(fei)規則排(pai)列等新型陣(zhen)面技術能夠很好解(jie)決(jue)大單元間(jian)距引(yin)起的(de)柵瓣(ban)問題(ti)，這(zhe)些共同保障行(xing)(xing)波(bo)管(guan)有(you)源組陣(zhen)的(de)推(tui)進。
1.2.2 毫米波和 THz 行波管
5G 移動通信技術的(de)(de)(de)發展，對 Ka 到(dao) W 波(bo)(bo)(bo)(bo)段(duan)的(de)(de)(de)毫(hao)(hao)米(mi)波(bo)(bo)(bo)(bo)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器提出了(le)(le)需求。未來(lai)(lai) 5G 需要寬帶接(jie)入(ru)一個地區，而又不能采用(yong)光纖的(de)(de)(de)地方，則只能選擇毫(hao)(hao)米(mi)波(bo)(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)(bo)段(duan)。THz 波(bo)(bo)(bo)(bo)由(you)于具(ju)有(you)頻率(lv)高(gao)(gao)、寬帶寬、波(bo)(bo)(bo)(bo)束窄等特點，使(shi)得其在(zai)雷(lei)達探測領域具(ju)有(you)重大(da)的(de)(de)(de)應用(yong)潛(qian)力。但隨著(zhu)頻率(lv)的(de)(de)(de)升高(gao)(gao)，對器件的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝要求也(ye)越(yue)來(lai)(lai)越(yue)高(gao)(gao)。近(jin)年來(lai)(lai)，微(wei)機械（MEMS）微(wei)細(xi)加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝的(de)(de)(de)全面(mian)引入(ru)改善了(le)(le)傳(chuan)統工(gong)(gong)藝，使(shi)得真空器件工(gong)(gong)作(zuo)頻率(lv)進入(ru)到(dao)毫(hao)(hao)米(mi)波(bo)(bo)(bo)(bo)和 THz 頻段(duan)，現有(you)器件 高(gao)(gao)已經達到(dao) 1 THz。短毫(hao)(hao)米(mi)波(bo)(bo)(bo)(bo)行(xing)波(bo)(bo)(bo)(bo)管(guan)近(jin)年來(lai)(lai)漸趨成(cheng)熟，并初步形成(cheng)了(le)(le)相關的(de)(de)(de)系列產品(pin)，表(biao) 1 為(wei)國(guo)內(nei)外典型毫(hao)(hao)米(mi)波(bo)(bo)(bo)(bo)行(xing)波(bo)(bo)(bo)(bo)管(guan)產品(pin)。諾格(ge)公(gong)司(si)在(zai) 2013 年成(cheng)功(gong)研(yan)制(zhi)出了(le)(le) 220 GHz 的(de)(de)(de)折疊波(bo)(bo)(bo)(bo)導行(xing)波(bo)(bo)(bo)(bo)管(guan)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器，國(guo)內(nei)中電第十二研(yan)究(jiu)所以及中國(guo)工(gong)(gong)程物(wu)理研(yan)究(jiu)院都開展了(le)(le) 220 GHz 行(xing)波(bo)(bo)(bo)(bo)管(guan)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)工(gong)(gong)作(zuo)，諾格(ge)公(gong)司(si)在(zai) 2016 年還*將行(xing)波(bo)(bo)(bo)(bo)管(guan)工(gong)(gong)作(zuo)頻率(lv)提高(gao)(gao)到(dao) 1 THz。表(biao) 2 為(wei)一些(xie) THz 行(xing)波(bo)(bo)(bo)(bo)管(guan)典型研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)測試結果。
1.3 發展趨勢
1.3.1 更高頻段
毫(hao)無疑(yi)問，工(gong)(gong)作頻(pin)段高(gao)是 TWTA 的(de)(de)(de)優勢(shi)(shi)所在。在高(gao)頻(pin)段，固態功率放大器（SSPA）的(de)(de)(de)輸出功率和(he)效率均遠低于 TWTA，因此(ci)高(gao)頻(pin)化是 TWTA 的(de)(de)(de)必然發展趨(qu)(qu)勢(shi)(shi)。MEMS 微細加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝促使毫(hao)米(mi)波(bo)和(he) THz 頻(pin)段的(de)(de)(de)研(yan)究推進(jin)。空間行(xing)波(bo)管隨(sui)著(zhu) Ku 波(bo)段的(de)(de)(de)趨(qu)(qu)于飽和(he)以及高(gao)清(qing)電視、多媒(mei)體通(tong)信等市場需求的(de)(de)(de)驅動使得 Ka 波(bo)段的(de)(de)(de)應用逐漸增多，而(er)且有往 Q/V 頻(pin)段遷(qian)移的(de)(de)(de)趨(qu)(qu)勢(shi)(shi)，已逐漸成為新的(de)(de)(de)研(yan)究熱點。而(er) THz 頻(pin)段的(de)(de)(de)通(tong)信具有*傳輸速率，隨(sui)著(zhu)波(bo)導技術(shu)的(de)(de)(de)進(jin)步，在外太空探測中(zhong) TWTA 的(de)(de)(de)應用潛力很大。
1.3.2 更高的效率
應用以(yi)來，各個波段(duan)行(xing)波管的(de)(de)效(xiao)率均在不斷提(ti)高(gao)(gao)。目前(qian) L3 公司制造的(de)(de) Ku 波段(duan) 88125H，效(xiao)率可達 73%，為當前(qian)公開報(bao)道(dao)的(de)(de)高(gao)(gao)值(zhi)。目前(qian)電源效(xiao)率已經很高(gao)(gao)，普遍優于 90%，進一(yi)(yi)步(bu)提(ti)高(gao)(gao)效(xiao)率將是一(yi)(yi)種(zhong)研(yan)發挑戰，因此主要靠提(ti)高(gao)(gao)行(xing)波管的(de)(de)效(xiao)率以(yi)實現總效(xiao)率值(zhi)的(de)(de)增(zeng)加。通過(guo)優化行(xing)波管螺旋(xuan)節距分布就是一(yi)(yi)種(zhong)提(ti)升效(xiao)率的(de)(de)有效(xiao)方法。
1.3.3 小型化行波管
TWTA 小型化技(ji)術在(zai)過去幾十年中已有了(le)顯著(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)(de)改進，而(er)且行(xing)波管有源組陣(zhen)等技(ji)術的(de)(de)(de)(de)發展推動著(zhu)(zhu)行(xing)波管小型化不(bu)斷向前發展。另外 TWTA 的(de)(de)(de)(de)一個潛在(zai)的(de)(de)(de)(de)變化是(shi)增(zeng)加(jia) Mini-TWT 的(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)。Mini-TWT 是(shi)傳統 TWT 的(de)(de)(de)(de)小版本，是(shi)微波功率模(mo)塊(kuai)的(de)(de)(de)(de)基礎，雖無法達到高射頻輸出功率，但在(zai)減(jian)小體積的(de)(de)(de)(de)同時(shi)也提高了(le)效率，尤(you)其在(zai)衛星通信(xin)等領域(yu)影響(xiang)重大(da)。
2. 固態放大器件
固態(tai)器件(jian)，也就是半導體(ti)(ti)電(dian)子器件(jian)。與 TWTA 類似，SSPA 通常需配(pei)置(zhi)集成(cheng)電(dian)源，其不同(tong)在于，SSPA 使用(yong)場效(xiao)應晶體(ti)(ti)管(guan)作為射頻(pin)功(gong)率(lv)放大的(de)主要器件(jian)，工作電(dian)壓低(di)，實現也更加容易。由于其單體(ti)(ti)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)較(jiao)低(di)，為了實現高(gao)功(gong)率(lv)放大，SSPA 需要將許(xu)多功(gong)率(lv)晶體(ti)(ti)管(guan)并聯(lian)放置(zhi)，從而實現輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)合成(cheng)。固態(tai)器件(jian)具有體(ti)(ti)積小(xiao)、噪聲低(di)、穩定性好的(de)優(you)點，缺點是應用(yong)頻(pin)帶低(di)、單體(ti)(ti)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)小(xiao)、效(xiao)率(lv)低(di)。
2.1 歷史發展
二戰以來，信息(xi)技(ji)術(shu)取得了飛速發(fa)展(zhan)，發(fa)起并(bing)推動了第三(san)次科(ke)技(ji)革命，深刻地改(gai)變了人們的(de)(de)生活和(he)(he)學習方(fang)式，也(ye)改(gai)變了世界格(ge)局和(he)(he)軍(jun)事斗爭形式。微電(dian)子技(ji)術(shu)是信息(xi)技(ji)術(shu)的(de)(de)核心，而半導體材料(liao)是微電(dian)子技(ji)術(shu)的(de)(de)基(ji)石。受半導體材料(liao)本(ben)身的(de)(de)限制，固(gu)態(tai)功(gong)率(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)件效(xiao)率(lv)(lv)(lv)比較低，在(zai)較高(gao)頻率(lv)(lv)(lv)下輸出功(gong)率(lv)(lv)(lv)非(fei)常小，并(bing)且隨(sui)著頻率(lv)(lv)(lv)和(he)(he)帶(dai)寬(kuan)的(de)(de)增加，其輸出功(gong)率(lv)(lv)(lv)電(dian)平顯(xian)著下降(jiang)，器(qi)(qi)件成本(ben)也(ye)大(da)幅(fu)度上升。為滿足無線通訊、雷達(da)、航空航天等(deng)對(dui)器(qi)(qi)件高(gao)頻率(lv)(lv)(lv)、寬(kuan)帶(dai)寬(kuan)、大(da)功(gong)率(lv)(lv)(lv)和(he)(he)高(gao)效(xiao)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)要(yao)求，20 世紀 90 年代起，以 GaN 和(he)(he) SiC 為代表的(de)(de)寬(kuan)禁帶(dai)新型半導體材料(liao)深刻地改(gai)變了固(gu)態(tai)功(gong)率(lv)(lv)(lv)放(fang)大(da)器(qi)(qi)的(de)(de)性能，并(bing)引起了人們的(de)(de)關注(zhu)和(he)(he)研究。
2.2 研究與應用現狀
2.2.1 應用現狀
公開信息(xi)顯示(shi)，各家的(de)(de)(de)產(chan)品主要還(huan)是集(ji)中在 L，S 和(he) C 波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)。就(jiu)空間(jian)應(ying)用(yong) SSPA 來(lai)說(shuo)，2016 年，馬薩諸(zhu)塞州(zhou)航(hang)空航(hang)天(tian)技術研(yan)究所的(de)(de)(de)研(yan)究表(biao)明，SSPA 實際上(shang)可用(yong)于(yu)高(gao)達 Ku 波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)的(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)，且該(gai)波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)中 SSPAs 的(de)(de)(de)比例(li)從波(bo)(bo)音公司之前研(yan)究中的(de)(de)(de)大約 1%增(zeng)(zeng)加到 6%，但更高(gao)波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)則(ze)很少有應(ying)用(yong)了(le)。一些好的(de)(de)(de)制造商的(de)(de)(de)產(chan)品也可以大致(zhi)說(shuo)明 SSPA 的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)情況(kuang)。NEC 公司的(de)(de)(de) SSPA，在 L 波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)輸(shu)出功率(lv)(lv)和(he)標(biao)稱(cheng)(cheng)增(zeng)(zeng)益為(wei) 55 W 和(he) 61 dB，S 波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)為(wei) 24 W 和(he) 70 dB，C 波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)則(ze)為(wei) 20 W 和(he) 86 dB。Airbus Defense and Space 公司開發(fa)的(de)(de)(de) SSPA，L 波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)和(he) S 波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)器(qi)件的(de)(de)(de)輸(shu)出功率(lv)(lv)為(wei) 15 W，效率(lv)(lv)為(wei) 31%，標(biao)稱(cheng)(cheng)增(zeng)(zeng)益為(wei) 67 dB，C 波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)的(de)(de)(de)輸(shu)出功率(lv)(lv)為(wei) 20 W，效率(lv)(lv)為(wei) 37%，標(biao)稱(cheng)(cheng)增(zeng)(zeng)益為(wei) 70 dB。
2.2.2 GaN 產品
GaN 材(cai)料(liao)作(zuo)為寬(kuan)禁(jin)帶(dai)(dai)(dai)半(ban)導(dao)體的(de)(de)(de)(de)(de)重要代表，以(yi)*的(de)(de)(de)(de)(de)性能優勢，在(zai)眾多半(ban)導(dao)體材(cai)料(liao)中脫穎(ying)而出，引起(qi)了(le)廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)關注和研究。如表 3 所示，GaN 相比其(qi)它材(cai)料(liao)具有(you)更*的(de)(de)(de)(de)(de)特性：大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)禁(jin)帶(dai)(dai)(dai)寬(kuan)度(du)，是 GaN 材(cai)料(liao)大(da)功率(lv)(lv)(lv)應用的(de)(de)(de)(de)(de)根本所在(zai)；*的(de)(de)(de)(de)(de)電子遷移率(lv)(lv)(lv)，決定了(le)器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)工(gong)作(zuo)頻率(lv)(lv)(lv)和放大(da)增益；高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)飽和電子漂移速度(du)，提高(gao)了(le)頻率(lv)(lv)(lv)特性，使其(qi)適(shi)于高(gao)頻器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)應用；高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)擊(ji)穿場強，有(you)利于器件(jian)(jian)應用于大(da)功率(lv)(lv)(lv)信號，也有(you)利于器件(jian)(jian)尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)(de)減小；良(liang)好的(de)(de)(de)(de)(de)熱導(dao)率(lv)(lv)(lv)，可(ke)降低溝(gou)道溫度(du)，使得器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)性能穩定；低的(de)(de)(de)(de)(de)介電常數(shu)，這可(ke)使器件(jian)(jian)尺(chi)寸增大(da)以(yi)提高(gao)器件(jian)(jian)功率(lv)(lv)(lv)，也可(ke)提高(gao)器件(jian)(jian)頻率(lv)(lv)(lv)特性；高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de) Baliga 優值，使其(qi)特別(bie)適(shi)合(he)于高(gao)頻寬(kuan)帶(dai)(dai)(dai)大(da)功率(lv)(lv)(lv)領域應用。
近年來，在微波(bo)(bo)發(fa)射系統(tong)中普遍應用多個微波(bo)(bo)單(dan)片集成(cheng)電路（MMIC）進行(xing)功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)合成(cheng)以(yi)獲得更高(gao)的(de)(de)輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)。而采用 GaN 材料研制的(de)(de) MMIC 單(dan)片功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)密(mi)度高(gao)、電流小、效率(lv)(lv)(lv)高(gao)。國(guo)內(nei)已采用 Ku 頻段(duan) GaN 材料單(dan)片和一(yi)款波(bo)(bo)導合成(cheng)網絡研制出(chu)一(yi)種(zhong)功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)放(fang)大器(qi)(qi)，并通過(guo)多個該(gai)放(fang)大器(qi)(qi)進行(xing)功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)合成(cheng)，得到了(le)(le)更大的(de)(de)寬帶(dai)輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)，在軍事及民用領域均可適用。另(ling)提出(chu)了(le)(le)一(yi)種(zhong)基(ji)于等(deng)效電路參數多偏差統(tong)計(ji)(ji)(ji)模型的(de)(de)微波(bo)(bo) GaN 高(gao)電子遷移率(lv)(lv)(lv)晶體管（HEMT）功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)放(fang)大器(qi)(qi)的(de)(de)設計(ji)(ji)(ji)方(fang)法(fa)，并利用統(tong)計(ji)(ji)(ji)建模方(fang)法(fa)驗證了(le)(le)統(tong)計(ji)(ji)(ji)模型。采用此模型進行(xing) Ku 波(bo)(bo)段(duan) GaN HEMT 功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)放(fang)大器(qi)(qi)設計(ji)(ji)(ji)，具有(you)較高(gao)的(de)(de)漏極效率(lv)(lv)(lv)，模擬結(jie)果在統(tong)計(ji)(ji)(ji)上與測(ce)量結(jie)果一(yi)致。
2.3 發展趨勢
GaN 和(he) SiC 等(deng)新材料優勢明顯，它們使得(de)固(gu)態器件的(de)功率(lv)(lv)、頻率(lv)(lv)和(he)帶(dai)寬都得(de)到了(le)提(ti)(ti)高(gao)。SiC 的(de)材料成(cheng)(cheng)本較高(gao)，這也成(cheng)(cheng)為阻(zu)礙其發(fa)展(zhan)(zhan)的(de)一個因素，但應(ying)(ying)用(yong)(yong)前(qian)景廣闊。GaN 技(ji)術(shu)正快速(su)發(fa)展(zhan)(zhan)并逐步走向應(ying)(ying)用(yong)(yong)，未來還將(jiang)繼續向高(gao)功率(lv)(lv)和(he)高(gao)效率(lv)(lv)改進(jin)，包括(kuo)(kuo)基(ji)于金剛石襯底提(ti)(ti)高(gao)散(san)熱能力和(he)大功率(lv)(lv)密度，采(cai)(cai)用(yong)(yong)新型(xing)場板結(jie)構改善(shan)晶體管電(dian)(dian)流崩塌效應(ying)(ying)以(yi)提(ti)(ti)高(gao)輸出功率(lv)(lv)，采(cai)(cai)用(yong)(yong)堆疊結(jie)構提(ti)(ti)高(gao)功放(fang)電(dian)(dian)路(lu)電(dian)(dian)壓擺幅和(he)輸出功率(lv)(lv)等(deng)。此外，它還將(jiang)繼續向更高(gao)頻段突(tu)破，包括(kuo)(kuo)等(deng)比例縮小技(ji)術(shu)提(ti)(ti)升特征頻率(lv)(lv)，克服擊穿電(dian)(dian)壓降低(di)、短(duan)溝(gou)道效應(ying)(ying)、漏延(yan)遲、寄生 RC 延(yan)遲惡化(hua)等(deng)問題(ti)。更高(gao)集成(cheng)(cheng)度增強(qiang)技(ji)術(shu)，電(dian)(dian)滲析法(fa)（ED）工藝技(ji)術(shu)及支持片上系統 SoC 技(ji)術(shu)等(deng)也是(shi)其發(fa)展(zhan)(zhan)方向。
3. 微波功率模塊
如前所述，電(dian)真(zhen)空(kong)(kong)器(qi)件單管功(gong)率(lv)(lv)大(da)于(yu)(yu)固(gu)態(tai)器(qi)件，可以應(ying)用(yong)(yong)的(de)頻段(duan)也更高(gao)，但真(zhen)空(kong)(kong)器(qi)件需要(yao)高(gao)壓電(dian)源，體積和質量較(jiao)(jiao)大(da)。而(er)(er)固(gu)態(tai)功(gong)率(lv)(lv)器(qi)件由于(yu)(yu)半導體本(ben)身材(cai)料限(xian)制，效率(lv)(lv)較(jiao)(jiao)低，而(er)(er)且不(bu)(bu)適用(yong)(yong)于(yu)(yu)高(gao)頻率(lv)(lv)。在此情況(kuang)下，微波功(gong)率(lv)(lv)模塊（MPM）應(ying)運而(er)(er)生(sheng)。MPM 作(zuo)為一種新型的(de)微波功(gong)率(lv)(lv)器(qi)件，其大(da)的(de)特點在于(yu)(yu)充分(fen)利用(yong)(yong)了(le)真(zhen)空(kong)(kong)器(qi)件和固(gu)態(tai)器(qi)件的(de)優點，并避(bi)免了(le)其各自的(de)缺(que)點，從(cong)而(er)(er)獲(huo)得高(gao)增(zeng)益、低噪聲、大(da)功(gong)率(lv)(lv)、高(gao)效率(lv)(lv)等二者單獨使(shi)用(yong)(yong)無(wu)法獲(huo)得的(de)優良性(xing)能。其集成電(dian)源的(de)設(she)計使(shi)用(yong)(yong)戶不(bu)(bu)用(yong)(yong)直接面對高(gao)壓，提高(gao)了(le)安全性(xing)。
3.1 MPM 簡介
MPM 將固(gu)態功(gong)放、小型(xing)化行波管及微型(xing)集成(cheng)電(dian)源(yuan)全部封裝在(zai)一個小空間內，創(chuang)造性地把固(gu)態和(he)真(zhen)空兩種技(ji)術(shu)結(jie)合起來，在(zai)性能(neng)上遠(yuan)遠(yuan)地超(chao)過單獨的(de)(de)固(gu)態和(he)真(zhen)空器件。如圖 2 所示，固(gu)態放大(da)器作為前級，為整個放大(da)鏈提(ti)(ti)供低噪聲和(he)相當(dang)的(de)(de)增益，行波管為末級功(gong)放，提(ti)(ti)供大(da)功(gong)率輸出(chu)，集成(cheng)電(dian)源(yuan)提(ti)(ti)供 MPM 所需的(de)(de)各級電(dian)壓，并(bing)為模(mo)塊提(ti)(ti)供控制(zhi)和(he)保護功(gong)能(neng)。
圖 2 MPM 的組成(cheng)
MPM 將(jiang)兩種(zhong)器(qi)件的(de)(de)優點(dian)(dian)有(you)機結合(he)，具(ju)備(bei)了大功率、高效(xiao)率、小體積(ji)和低噪聲等(deng)優點(dian)(dian)，可用于通信、電子對(dui)(dui)抗以及民(min)用領域(yu)。對(dui)(dui)于機載(zai)和星載(zai)等(deng)應(ying)用平臺(tai)，由(you)(you)于其對(dui)(dui)放大器(qi)的(de)(de)體積(ji)、質量等(deng)要求嚴格，MPM 也將(jiang)具(ju)有(you)很好的(de)(de)前景。另外，由(you)(you)于 MPM 應(ying)用非(fei)常方便(bian)，傳統的(de)(de) TWTA 也有(you)被 MPM 替(ti)代的(de)(de)趨勢。
3.2 MPM 研究現狀
3.2.1 國外發展現狀
MPM 的(de)概(gai)念自(zi) 20 世紀 80 年代末*提出(chu)以來，相關技術已(yi)較為成熟(shu)。目(mu)前多(duo)家(jia)國外公司如 L3，Thales，Triton，CPI，Selex ES，MITEQ，dBcontrol，e2v 等(deng)，均(jun)推(tui)出(chu)了自(zi)己的(de) MPM 產品。如圖 3 所示，可以看出(chu)不同品牌及型號的(de) MPM 已(yi)涵蓋(gai)了 2～45 GHz 的(de)范圍，高已(yi)達到(dao) W 波段和 G 波段，連續波輸(shu)出(chu)功(gong)率高達 250 W，并(bing)呈現(xian)出(chu)低頻(pin)模塊(kuai)(kuai)高功(gong)率化、低功(gong)率模塊(kuai)(kuai)高頻(pin)化的(de)特點。
圖 3 當前 MPM 頻率功率分(fen)布
MPM 諧波抑制均控制在(zai)(zai)(zai)(zai)−11～4 dBc 之(zhi)間(jian)，雜波控制在(zai)(zai)(zai)(zai)−60～40 dBc 之(zhi)間(jian)。MPM 效率主要取(qu)決于(yu)功率器件和集成電源的(de)效率，目前國外集成電源效率一(yi)直處于(yu)領 水(shui)平，MPM 產(chan)品效率均在(zai)(zai)(zai)(zai) 30%左右(you)。在(zai)(zai)(zai)(zai)小(xiao)型化(hua)上(shang)，各廠家 MPM 尺(chi)寸上(shang)嚴(yan)格把控，總(zong)體控制較為(wei)成熟，相對(dui)集中在(zai)(zai)(zai)(zai) 2～3 kg 之(zhi)間(jian)。而在(zai)(zai)(zai)(zai)尺(chi)寸上(shang)由于(yu)散熱(re)、電磁兼容設(she)計等不(bu)(bu)同，體積(ji)大小(xiao)不(bu)(bu)一(yi)，部分產(chan)品達(da)到了 MPM 小(xiao)型化(hua)的(de)，如 L3 公司推(tui)出(chu)的(de) Ka 頻段 50 W 產(chan)品，其(qi)型號(hao)為(wei) M1871，如圖 4 所示，注冊商(shang)標采用(yong) NanoMPM，尺(chi)寸為(wei) 127 mm×76 mm×25 mm，且質(zhi)量(liang)僅為(wei) 700 g。
圖 4 M1871 MPM
3.2.2 國內發展現狀
在(zai)我國(guo)(guo)，對于(yu)(yu)(yu) MPM 的(de)(de)(de)(de)(de)研究起步(bu)比較晚，直到(dao) 2001 年以(yi)后才正式(shi)開(kai)展 MPM 的(de)(de)(de)(de)(de)研究。通過(guo)(guo)近 20 年的(de)(de)(de)(de)(de)努力，在(zai)典型(xing)頻段內(nei)，國(guo)(guo)內(nei)也成(cheng)(cheng)功研制了(le)功率(lv)(lv)量(liang)(liang)級和尺(chi)寸(cun)與國(guo)(guo)外(wai)相當的(de)(de)(de)(de)(de) MPM 產品。當前，國(guo)(guo)內(nei)研發(fa)的(de)(de)(de)(de)(de) W 波(bo)段 MPM，實現連續波(bo) 50 W 的(de)(de)(de)(de)(de)輸(shu)出功率(lv)(lv)，增益 47 dB，帶(dai)寬(kuan) 6 GHz，尺(chi)寸(cun) 370 mm×180 mm×45 mm，模塊總(zong)效(xiao)率(lv)(lv)超過(guo)(guo) 10%，均衡放(fang)大(da)(da)組件能提(ti)供 16.5 dB 以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)增益，均衡量(liang)(liang)達(da)到(dao) 7 dB。測試(shi)結果顯示，在(zai) 6 GHz 帶(dai)寬(kuan)內(nei)輸(shu)出功率(lv)(lv)大(da)(da)于(yu)(yu)(yu) 50 W，整(zheng)管(guan)(guan)效(xiao)率(lv)(lv)為 15.7%，集(ji)成(cheng)(cheng)電(dian)(dian)源能提(ti)供高 17 kV 的(de)(de)(de)(de)(de)高壓，該模塊滿足了(le)雷達(da)、通信(xin)、電(dian)(dian)子對抗等系統(tong)對 W 波(bo)段寬(kuan)帶(dai)大(da)(da)功率(lv)(lv)輸(shu)出的(de)(de)(de)(de)(de)要求(qiu)。中(zhong)國(guo)(guo)電(dian)(dian)子科技集(ji)團公司(si)第十二研究所開(kai)發(fa)的(de)(de)(de)(de)(de) 4～18 GHz 50 W MPM，如圖 5 所示，效(xiao)率(lv)(lv)達(da) 32%，但(dan)尺(chi)寸(cun)僅為 140 mm×86 mm×20 mm，其(qi)所用的(de)(de)(de)(de)(de)小型(xing)化(hua)行波(bo)管(guan)(guan)尺(chi)寸(cun)為 135 mm×25 mm×16 mm，質量(liang)(liang) 135 g。中(zhong)國(guo)(guo)航天科技集(ji)團公司(si)五(wu)院(yuan)西安分院(yuan)正在(zai)研制 Ku 頻段 500 W 脈沖雙管(guan)(guan) MPM，結構如圖 6 所示，兩支固態放(fang)大(da)(da)器、行波(bo)管(guan)(guan)和集(ji)成(cheng)(cheng)電(dian)(dian)源安裝(zhuang)在(zai)一個(ge)盒體內(nei)，其(qi)中(zhong)固態放(fang)大(da)(da)器安裝(zhuang)于(yu)(yu)(yu)行波(bo)管(guan)(guan)上(shang)方，通過(guo)(guo)螺釘緊固在(zai)機殼上(shang)，固態放(fang)大(da)(da)器和行波(bo)管(guan)(guan)之間通過(guo)(guo)半鋼電(dian)(dian)纜進行互聯，尺(chi)寸(cun)為 310 mm×248 mm×60 mm，重量(liang)(liang)＜7 kg。
圖 5 中(zhong)國電子科技集團公(gong)司第十二(er)研究所(suo) 4～18 GHz 50 W MPM
圖 6 Ku 頻段(duan) 500 W 脈(mo)沖雙(shuang)管 MPM
3.3 MPM 發展趨勢
3.3.1 高頻率與寬頻帶
向更高的(de)(de)(de)頻(pin)率推(tui)(tui)(tui)進，是 MPM 的(de)(de)(de)發(fa)展方向。目(mu)前其(qi)工(gong)作(zuo)頻(pin)段已經達到了(le)(le)毫(hao)米波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)段，我們將(jiang)毫(hao)米波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)段的(de)(de)(de)微(wei)波(bo)(bo)(bo)功(gong)率模塊(kuai)又稱之為毫(hao)米波(bo)(bo)(bo)功(gong)率模塊(kuai)（Millimeter Wave Power Module，MMPM）。L3 公(gong)司推(tui)(tui)(tui)出(chu) W 頻(pin)段 100 W 的(de)(de)(de) MPM—M2839，其(qi)工(gong)作(zuo)于 92～96 GHz，重(zhong)量為 6.3 kg，尺寸 375 mm×213 mm×83 mm。該公(gong)司又在 W 頻(pin)段 MPM 的(de)(de)(de)基礎上，推(tui)(tui)(tui)出(chu)了(le)(le) E 波(bo)(bo)(bo)段 MPM，該產(chan)(chan)品按(an)工(gong)作(zuo)頻(pin)率分為 71～76 GHz 和 81～86 GHz 的(de)(de)(de)兩(liang)個型號，尺寸都是 376 mm×26.5 mm×7.6 mm。而(er)滿足帶(dai)(dai)寬的(de)(de)(de)要求是初(chu)研制 MPM 的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)之一，隨著技術(shu)的(de)(de)(de)發(fa)展，目(mu)前已推(tui)(tui)(tui)出(chu)了(le)(le)多款工(gong)作(zuo)頻(pin)帶(dai)(dai) 4.5～18 GHz 的(de)(de)(de) MPM 產(chan)(chan)品，可以在 2 個倍頻(pin)程的(de)(de)(de)帶(dai)(dai)寬內提供(gong) 250 W 的(de)(de)(de)大輸出(chu)功(gong)率。Thales 公(gong)司推(tui)(tui)(tui)出(chu)針對電子(zi)對抗應用的(de)(de)(de) MPM 產(chan)(chan)品，如圖 7 所示工(gong)作(zuo)頻(pin)率 4.5～18 GHz 的(de)(de)(de) 200 W MPM 產(chan)(chan)品 TH24512，以及工(gong)作(zuo)頻(pin)率 18～40 GHz 的(de)(de)(de) 65 W 電子(zi)對抗用 MPM。
圖 7 TH24512 MPM
3.3.2 小型化
實(shi)現(xian) MPM 的(de)(de)(de)小(xiao)型(xing)化(hua)(hua)(hua)，首(shou)先要(yao)實(shi)現(xian)各組件(jian)自身的(de)(de)(de)小(xiao)型(xing)化(hua)(hua)(hua)。而行波(bo)管作為 MPM 的(de)(de)(de)末級輸出(chu)，影響較(jiao)為關鍵。L3 公司推出(chu)的(de)(de)(de)產品 M1870（Ku 波(bo)段）和(he)(he) M1871（Ka 波(bo)段）。它們的(de)(de)(de)功率分(fen)別為 40 W 和(he)(he) 50 W，尺(chi)寸分(fen)別為 140 mm×77 mm×25 mm、重 700 g 和(he)(he) 168 mm×104 mm×25 mm、重 1.13 kg，代表了 MPM 小(xiao)型(xing)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)高水平。集成(cheng)電源也是(shi)一個重要(yao)部分(fen)。信(xin)息(xi)工(gong)程(cheng)大學在(zai) 2016 年研(yan)制的(de)(de)(de)厚度不(bu)足 12 mm、效率達到 94%左右的(de)(de)(de)用于 MPM 的(de)(de)(de) EPC 組件(jian)，如圖 8 所示，在(zai)超薄設(she)計上(shang)達到*水平，為 MPM 的(de)(de)(de)小(xiao)型(xing)化(hua)(hua)(hua)設(she)計和(he)(he)陣列化(hua)(hua)(hua)應用奠定了基礎(chu)。
圖 8 信(xin)息(xi)工(gong)程(cheng)大(da)學的超薄 EPC 組(zu)件
3.3.3 標準化
MPM 模塊化的(de)(de)設計(ji)為大批量生產(chan)(chan)提供了便利(li)，可使(shi)成本進(jin)一步降(jiang)低，在(zai)模塊化基(ji)礎上生產(chan)(chan)的(de)(de)系列(lie)(lie)產(chan)(chan)品(pin)可根據(ju)(ju)不(bu)同(tong)(tong)場合要(yao)求進(jin)行(xing)設計(ji)，從而滿足(zu)不(bu)同(tong)(tong)需求。如(ru)針(zhen)對雷(lei)達應(ying)用(yong)的(de)(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)(pin)段(duan) 13.5～18 GHz 功(gong)率(lv)(lv) 110 W 產(chan)(chan)品(pin)、針(zhen)對數(shu)據(ju)(ju)通信應(ying)用(yong)的(de)(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)(pin)段(duan) 14.5～15.5 GHz 功(gong)率(lv)(lv) 100 W 產(chan)(chan)品(pin)，均采用(yong)了統(tong)一的(de)(de) 2 250 mm×232 mm×35 mm 封(feng)裝，系列(lie)(lie)產(chan)(chan)品(pin)標準(zhun)化程度較高。另外，針(zhen)對電子(zi)作(zuo)戰、衛星通信傳輸(shu)等(deng)寬(kuan)頻(pin)(pin)帶高功(gong)率(lv)(lv)的(de)(de)要(yao)求，也在(zai)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)(de)標準(zhun)化設計(ji)。
3.3.4 新型 MPM
隨著各類信息系(xi)統和(he)(he)(he)器件不(bu)斷朝著微型化(hua)和(he)(he)(he)集(ji)成(cheng)化(hua)的(de)(de)方向發(fa)展，雙(shuang)通道(dao) MPM、雙(shuang)模 MPM 和(he)(he)(he) T/R 型 MPM 等(deng)將成(cheng)為(wei)研究重點。雙(shuang)通道(dao) MPM 可(ke)同時(shi)實(shi)現兩路(lu)干(gan)擾(rao)信號輸出(chu)，也具備(bei)空間合成(cheng)能(neng)力，功率密(mi)度較(jiao)傳統 MPM 提(ti)高近 1 倍(bei)。當(dang)一路(lu)行波管(guan)出(chu)現故障時(shi)，MPM 仍可(ke)在功率減半的(de)(de)條件下(xia)工(gong)作(zuo)，提(ti)高 MPM 的(de)(de)冗(rong)余度。雙(shuang)模 MPM 同時(shi)實(shi)現準連(lian)續波和(he)(he)(he)脈沖兩種工(gong)作(zuo)模式(shi)，實(shi)現新型的(de)(de)雙(shuang)模干(gan)擾(rao)體(ti)制，為(wei)小型化(hua)、高性價比(bi)的(de)(de)雷(lei)達干(gan)擾(rao)一體(ti)化(hua)奠定基礎。T/R 型 MPM 使系(xi)統的(de)(de)天線可(ke)以收發(fa)共孔徑，突破行波管(guan)收發(fa)功能(neng)，解決(jue)環型器頻(pin)段限制和(he)(he)(he)損耗問(wen)題。
MPM 作為一種全新(xin)的(de)(de)功率器件(jian)，將真空和(he)(he)固態器件(jian)進(jin)行了(le)有效結合，其應用(yong)已經覆蓋了(le)軍事(shi)、民用(yong)等各個領域。針對應用(yong)環境的(de)(de)不(bu)同，MPM 也可通過合理(li)選擇器件(jian)的(de)(de)性能(neng)參數(shu)，以滿(man)(man)足不(bu)同的(de)(de)需求。如滿(man)(man)足數(shu)據傳輸和(he)(he)通信的(de)(de)應用(yong)，則提高線性度(du)；滿(man)(man)足星載(zai)(zai)和(he)(he)機載(zai)(zai)系(xi)統的(de)(de)應用(yong)，則增強效率；滿(man)(man)足電子對抗系(xi)統的(de)(de)應用(yong)，則實現(xian)高增益。隨(sui)著技(ji)術的(de)(de)發展(zhan)，MPM 在無人(ren)機等平臺(tai)上也將表現(xian)出更為重要的(de)(de)作用(yong)。
4. 總 結
功(gong)率(lv)(lv)放(fang)大器(qi)(qi)的(de) 新技術繼續得益于固態(tai)和真空技術的(de)共同進步。通過對(dui)商(shang)(shang)業(ye)化產(chan)品和工(gong)業(ye)級的(de)原型器(qi)(qi)件的(de)統計，得出(chu)了(le)當代放(fang)大器(qi)(qi)可(ke)用峰值(zhi)飽(bao)和輸出(chu)功(gong)率(lv)(lv)隨頻率(lv)(lv)變化的(de)曲線，如圖 9 所示。圖中將單個 GaN MMIC 的(de)峰值(zhi)飽(bao)和輸出(chu)功(gong)率(lv)(lv)與單個行(xing)波管器(qi)(qi)件和集成的(de) MPM 進行(xing)比較(jiao)，可(ke)以(yi)看到，大于 50 dBm 的(de)輸出(chu)功(gong)率(lv)(lv)水平代表了(le)毫米波頻率(lv)(lv)范圍內商(shang)(shang)業(ye)器(qi)(qi)件性能的(de)前沿。特(te)別(bie)是 MPM 適用于小體積(ji)、輕質量、大功(gong)率(lv)(lv)、低成本(ben)（SWaP-efficient）等高性價比應(ying)用平臺。
圖 9 真(zhen)空、固態及 MPM 新飽和輸出功率(lv)隨頻率(lv)變化(hua)圖
5. 結 論
本文首先分(fen)別介紹(shao)了(le)真空和(he)(he)(he)固態放大器件(jian)的(de)(de)(de)組(zu)成和(he)(he)(he)特點，然(ran)后(hou)(hou)介紹(shao)了(le)它們的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)歷史、當(dang)前的(de)(de)(de)技術研究狀(zhuang)況(kuang)(kuang)和(he)(he)(he)未來(lai)(lai)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)。而后(hou)(hou)引出了(le)兩種(zhong)器件(jian)相結(jie)合的(de)(de)(de)產物——微(wei)波功率(lv)模(mo)塊(kuai)(kuai)，并(bing)重點介紹(shao)了(le)微(wei)波功率(lv)模(mo)塊(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)產生(sheng)過(guo)程(cheng)和(he)(he)(he)當(dang)前國內外的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)狀(zhuang)況(kuang)(kuang)，并(bing)對未來(lai)(lai)的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)進行了(le)分(fen)析和(he)(he)(he)預測(ce)。后(hou)(hou)總(zong)結(jie)了(le)當(dang)前三種(zhong)器件(jian)的(de)(de)(de)功率(lv)水平。
總之，真空(kong)和(he)固態器(qi)件(jian)(jian)各有(you)特點，應(ying)根據具體(ti)應(ying)用場合和(he)工作頻(pin)段(duan)，做 優(you)選用。顯然(ran)(ran)，在高頻(pin)段(duan)上(shang)(shang)(shang)真空(kong)器(qi)件(jian)(jian)優(you)勢(shi)明顯，是實現(xian)毫米(mi)波、THz 功(gong)(gong)率(lv)的(de)(de)有(you)效途徑(jing)，因此需求巨大(da)，應(ying)繼續(xu)拓展。而(er)在低頻(pin)段(duan)上(shang)(shang)(shang)由于(yu) GaN 等新(xin)材料的(de)(de)應(ying)用，SSPA 占據著統治(zhi)的(de)(de)地位，未(wei)來仍然(ran)(ran)會是研(yan)(yan)究的(de)(de)熱點。MPM 則集成(cheng)了(le)二(er)者(zhe)的(de)(de)優(you)點，一方(fang)面解決了(le)真空(kong)器(qi)件(jian)(jian)“加(jia)電難(nan)”的(de)(de)問題，另一方(fang)面又解決了(le)固態器(qi)件(jian)(jian)在高頻(pin)段(duan)難(nan)以達到高功(gong)(gong)率(lv)的(de)(de)問題，因此必然(ran)(ran)會成(cheng)為各個領域研(yan)(yan)究應(ying)用的(de)(de)重點。我國(guo)的(de)(de) MPM 也要在充(chong)分學(xue)習外先進技術的(de)(de)基礎上(shang)(shang)(shang)，堅持小型化、標準化，并向高頻(pin)和(he)寬帶方(fang)向發展，不(bu)斷改善薄弱環節，增強工藝水平(ping)，實現(xian)產品的(de)(de)自主(zhu)可控。
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