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摘要
微波功(gong)率放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)主要分為真(zhen)空(kong)(kong)和(he)固態兩種形式。基于(yu)(yu)真(zhen)空(kong)(kong)器(qi)(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)功(gong)率放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)，曾在(zai)*事(shi)裝備的(de)(de)發展*扮(ban)演過重(zhong)要角色，而且由(you)于(yu)(yu)其(qi)功(gong)率與(yu)效率的(de)(de)優勢(shi)，現(xian)在(zai)仍廣泛應用于(yu)(yu)雷(lei)達、通信、電(dian)子對抗等領(ling)域。后隨著 GaAs 晶體管的(de)(de)問(wen)世，固態器(qi)(qi)件(jian)(jian)開始在(zai)低(di)頻段替代真(zhen)空(kong)(kong)管，尤其(qi)是(shi)隨著 GaN，SiC 等新(xin)材料的(de)(de)應用，固態器(qi)(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)競(jing)爭力已(yi)大(da)幅提高。本文將對兩種器(qi)(qi)件(jian)(jian)以及它們競(jing)爭與(yu)融合的(de)(de)產(chan)物——微波功(gong)率模(mo)塊(kuai)（MPM）的(de)(de)發展情況(kuang)作一介(jie)紹與(yu)分析(xi)，以充分了解水平，也對促進國(guo)內技術的(de)(de)發展有所助益(yi)。
1. 真空放大器件
跟固(gu)態器件相比，真空器件的(de)主(zhu)要(yao)優點(dian)是(shi)工作頻(pin)率(lv)高、頻(pin)帶(dai)寬、功率(lv)大(da)、效率(lv)高，主(zhu)要(yao)缺點(dian)是(shi)體積和(he)質量均較大(da)。真空器件主(zhu)要(yao)包括行(xing)波(bo)管(guan)、磁控(kong)管(guan)和(he)速(su)調管(guan)，它們具有各(ge)自(zi)的(de)優勢(shi)，應(ying)用于不同的(de)領域(yu)。其(qi)中，行(xing)波(bo)管(guan)主(zhu)要(yao)優勢(shi)為(wei)頻(pin)帶(dai)寬，速(su)調管(guan)主(zhu)要(yao)優勢(shi)為(wei)功率(lv)大(da)，磁控(kong)管(guan)主(zhu)要(yao)優勢(shi)為(wei)效率(lv)高。行(xing)波(bo)管(guan)應(ying)用廣泛(fan)，因此本(ben)文主(zhu)要(yao)以行(xing)波(bo)管(guan)為(wei)例介紹真空器件。
1.1 歷史發展
真(zhen)空(kong)電子器(qi)(qi)(qi)件的(de)(de)發(fa)展可(ke)追(zhui)溯到(dao)二戰(zhan)(zhan)期間(jian)。1963 年，TWTA 技術(shu)在設計變革(ge)方面取(qu)(qu)得了(le)(le)實質性進(jin)展，提高了(le)(le)射頻(pin)輸出的(de)(de)功率(lv)和(he)(he)效率(lv)，封裝也更加緊(jin)湊。1973 年，歐洲(zhou)行波管(guan)放大(da)器(qi)(qi)(qi)研制成功。然而，到(dao)了(le)(le) 20 世紀(ji) 70 年代中期，半導體器(qi)(qi)(qi)件異軍(jun)突起，真(zhen)空(kong)器(qi)(qi)(qi)件投(tou)入大(da)幅減少，其(qi)發(fa)展遭遇困(kun)難。直到(dao) 21 世紀(ji)初，美國三軍(jun)特設委員會詳細(xi)討論了(le)(le)功率(lv)器(qi)(qi)(qi)件的(de)(de)歷史、現(xian)狀和(he)(he)發(fa)展，指(zhi)出真(zhen)空(kong)器(qi)(qi)(qi)件和(he)(he)固態器(qi)(qi)(qi)件之間(jian)的(de)(de)平(ping)衡投(tou)資戰(zhan)(zhan)略。2015 年，美國先進(jin)計劃研究局 DARPA 分(fen)別啟(qi)動了(le)(le) INVEST，HAVOC 計劃，支持真(zhen)空(kong)功率(lv)器(qi)(qi)(qi)件的(de)(de)發(fa)展和(he)(he)不斷增長的(de)(de)*事系統(tong)需(xu)要，特別是毫(hao)米波及 THz 行波管(guan)。當前真(zhen)空(kong)器(qi)(qi)(qi)件已取(qu)(qu)得長足(zu)進(jin)步，在雷達、通信、電子戰(zhan)(zhan)等系統(tong)中應用(yong)廣泛。
1.2 研究與應用現狀
隨(sui)著技術(shu)的不斷進步，現階段行(xing)波(bo)管(guan)(guan)(guan)主要呈現以下特(te)點。一(yi)是(shi)(shi)(shi)高(gao)頻率、寬帶、高(gao)效率的特(te)點，可有效減(jian)小(xiao)系統(tong)的體(ti)積、重量、功(gong)(gong)耗(hao)和(he)熱耗(hao)，在星載(zai)、彈載(zai)、機載(zai)等(deng)平(ping)臺上適(shi)應性更強(qiang)(qiang)，從(cong)而在軍事(shi)應用(yong)上優勢突(tu)出。二是(shi)(shi)(shi)耐高(gao)溫特(te)性，使(shi)(shi)行(xing)波(bo)管(guan)(guan)(guan)的功(gong)(gong)率和(he)相位(wei)隨(sui)著溫度(du)的變化波(bo)動微小(xiao)，對系統(tong)的環境(jing)控制要求大(da)(da)大(da)(da)降低(di)。三是(shi)(shi)(shi)抗(kang)(kang)強(qiang)(qiang)電磁干擾(rao)和(he)攻擊特(te)性，使(shi)(shi)其(qi)在高(gao)功(gong)(gong)率微波(bo)武器(qi)和(he)微波(bo)彈的對抗(kang)(kang)中顯示(shi)出堅實的生存(cun)能力。四是(shi)(shi)(shi)壽命(ming)大(da)(da)幅提高(gao)，統(tong)計(ji)(ji)研究顯示(shi)，大(da)(da)功(gong)(gong)率行(xing)波(bo)管(guan)(guan)(guan)使(shi)(shi)用(yong)壽命(ming)普遍大(da)(da)于(yu) 5 000 h，中小(xiao)功(gong)(gong)率產(chan)品壽命(ming)大(da)(da)于(yu) 10 000 h，達到武器(qi)全(quan)壽命(ming)周期。圖 1 為 2000 年前產(chan)品的平(ping)均(jun)*故障時(shi)間（MTTF）統(tong)計(ji)(ji)，可以看出各(ge)類(lei)系統(tong)中真空(kong)器(qi)件的穩定(ding)性都有提升，空(kong)間行(xing)波(bo)管(guan)(guan)(guan)的 MTTF 更是(shi)(shi)(shi)達到數百萬 h 量級，表現出*的可靠性。
圖 1 真(zhen)空功率器件(jian) MTTF 概(gai)況
公開(kai)報道顯示，美(mei)軍**平(ping)臺中(zhong)真空(kong)器件被大量使用(yong)(yong)，是現役電子(zi)(zi)戰、雷達和(he)通信(xin)的(de)主要功率器件。新(xin)開(kai)發的(de)高(gao)頻(pin)段、小型化行(xing)波管及功率模塊進一步推動(dong)高(gao)性能裝備的(de)不斷出現。典型應用(yong)(yong)包括車(che)載防空(kong)反導系(xi)統(tong)(tong)(tong)、地(di)基遠程預警與情報系(xi)統(tong)(tong)(tong)、機載火控系(xi)統(tong)(tong)(tong)、無人機通信(xin)系(xi)統(tong)(tong)(tong)、電子(zi)(zi)戰系(xi)統(tong)(tong)(tong)、空(kong)間以及衛星(xing)通信(xin)系(xi)統(tong)(tong)(tong)等。下面介紹當前(qian)正(zheng)在(zai)研究和(he)應用(yong)(yong)的(de)行(xing)波管的(de)幾(ji)種重要技(ji)術。
1.2.1 行波管有源組陣技術
國外近幾年(nian)主要在(zai)更(geng)高(gao)頻段(duan)發展(zhan)一系列的小型(xing)化行波管，頻段(duan)覆蓋 X，Ku，K，Ka，140 GHz 等，并不斷(duan)在(zai)新技術(shu)上獲得突破(po)。國內(nei)經過(guo)近 10 多(duo)年(nian)的努力，行波管在(zai)保持大功(gong)率和高(gao)效率的前(qian)提下，體(ti)積減小了(le) 1 個數量級(ji)，為有源(yuan)組(zu)陣技術(shu)奠定了(le)良好(hao)的基礎。
行(xing)波(bo)(bo)管有(you)源(yuan)組陣(zhen)的(de)(de)形式(shi)分(fen)為單(dan)元放(fang)大(da)式(shi)和子陣(zhen)放(fang)大(da)式(shi)兩種(zhong)。與(yu)無源(yuan)相(xiang)控陣(zhen)相(xiang)比(bi)(bi)，其(qi)單(dan)個(ge)行(xing)波(bo)(bo)管的(de)(de)功率要求(qiu)低(di)(di)，器件的(de)(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和壽命相(xiang)對較高(gao)。同(tong)時(shi)各(ge)通道相(xiang)對獨(du)立，某通道出現(xian)(xian)故障不會影響到其(qi)他通道，因此系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)。而(er)且(qie)整個(ge)輻射陣(zhen)面可(ke)以分(fen)多(duo)個(ge)區域獨(du)立工作(zuo)，實現(xian)(xian)系(xi)統(tong)(tong)多(duo)目標、多(duo)任(ren)務的(de)(de)能(neng)力(li)。與(yu)固(gu)態有(you)源(yuan)相(xiang)控陣(zhen)相(xiang)比(bi)(bi)，作(zuo)用距(ju)離更(geng)遠，威力(li)更(geng)大(da)，且(qie)配套的(de)(de)冷卻車和電源(yuan)車相(xiang)對短(duan)小精悍，系(xi)統(tong)(tong)機動性(xing)高(gao)，戰場生存能(neng)力(li)強(qiang)。由(you)于其(qi)全(quan)金屬、陶(tao)瓷密封結構，在面對高(gao)功率微波(bo)(bo)武器時(shi)的(de)(de)生存能(neng)力(li)更(geng)強(qiang)。在相(xiang)同(tong)的(de)(de)陣(zhen)面功率時(shi)所(suo)需的(de)(de)單(dan)元數將少(shao) 1 個(ge)數量級(ji)，因此成本會大(da)幅降低(di)(di)。與(yu)單(dan)脈沖(chong)雷達相(xiang)比(bi)(bi)，其(qi)作(zuo)用距(ju)離、分(fen)辨率、多(duo)目標、多(duo)任(ren)務、壽命及任(ren)務可(ke)靠(kao)性(xing)等指標會更(geng)好。目前，國內正在開展基于行(xing)波(bo)(bo)管的(de)(de) Ku 波(bo)(bo)段稀(xi)布陣(zhen)低(di)(di)柵瓣技術研(yan)究，以期在陣(zhen)元間距(ju) 30 mm 的(de)(de)條件下實現(xian)(xian)−20 dB 的(de)(de)柵瓣。
另(ling)外，與行波管有源組(zu)陣相配套的小型(xing)化大(da)功率環行器(qi)研(yan)究進(jin)(jin)展(zhan)迅速。采(cai)用不等(deng)尺寸單(dan)元組(zu)成的非周期(qi)排(pai)列方式、徑向(xiang)等(deng)間距排(pai)列的非周期(qi)環形(xing)陣和子陣非規則(ze)排(pai)列等(deng)新(xin)型(xing)陣面技術能夠很(hen)好(hao)解決大(da)單(dan)元間距引(yin)起的柵瓣問題，這些(xie)共同保障行波管有源組(zu)陣的推(tui)進(jin)(jin)。
1.2.2 毫米波和 THz 行波管
5G 移動通信技術(shu)的(de)(de)發展(zhan)，對 Ka 到 W 波(bo)(bo)段(duan)的(de)(de)毫米(mi)(mi)(mi)波(bo)(bo)功率(lv)(lv)放大(da)器(qi)提出了(le)需求。未(wei)來 5G 需要(yao)寬(kuan)(kuan)帶接(jie)入(ru)一(yi)個地區，而又不能(neng)采用(yong)光纖的(de)(de)地方，則只能(neng)選擇毫米(mi)(mi)(mi)波(bo)(bo)波(bo)(bo)段(duan)。THz 波(bo)(bo)由(you)于具有頻率(lv)(lv)高(gao)、寬(kuan)(kuan)帶寬(kuan)(kuan)、波(bo)(bo)束窄等特點，使得其在(zai)雷達探測領域具有重大(da)的(de)(de)應(ying)用(yong)潛力。但隨著(zhu)頻率(lv)(lv)的(de)(de)升(sheng)高(gao)，對器(qi)件(jian)的(de)(de)加工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝要(yao)求也越來越高(gao)。近(jin)(jin)年來，微(wei)機械(xie)（MEMS）微(wei)細加工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝的(de)(de)全(quan)面(mian)引入(ru)改善了(le)傳統工(gong)(gong)(gong)(gong)藝，使得真空器(qi)件(jian)工(gong)(gong)(gong)(gong)作頻率(lv)(lv)進入(ru)到毫米(mi)(mi)(mi)波(bo)(bo)和 THz 頻段(duan)，現有器(qi)件(jian)高(gao)已經(jing)達到 1 THz。短毫米(mi)(mi)(mi)波(bo)(bo)行(xing)波(bo)(bo)管(guan)近(jin)(jin)年來漸趨成熟，并初(chu)步形(xing)成了(le)相關的(de)(de)系列(lie)產品，表 1 為(wei)國內外典型(xing)(xing)毫米(mi)(mi)(mi)波(bo)(bo)行(xing)波(bo)(bo)管(guan)產品。諾格(ge)公司在(zai) 2013 年成功研(yan)制出了(le) 220 GHz 的(de)(de)折疊波(bo)(bo)導行(xing)波(bo)(bo)管(guan)功率(lv)(lv)放大(da)器(qi)，國內中電第十二研(yan)究(jiu)所以(yi)及中國工(gong)(gong)(gong)(gong)程物理(li)研(yan)究(jiu)院都開展(zhan)了(le) 220 GHz 行(xing)波(bo)(bo)管(guan)的(de)(de)研(yan)究(jiu)工(gong)(gong)(gong)(gong)作，諾格(ge)公司在(zai) 2016 年還(huan)*將行(xing)波(bo)(bo)管(guan)工(gong)(gong)(gong)(gong)作頻率(lv)(lv)提高(gao)到 1 THz。表 2 為(wei)一(yi)些 THz 行(xing)波(bo)(bo)管(guan)典型(xing)(xing)研(yan)究(jiu)的(de)(de)測試結果。
1.3 發展趨勢
1.3.1 更高頻段
毫無疑問，工作頻(pin)段(duan)(duan)高是(shi) TWTA 的(de)(de)優勢(shi)所在。在高頻(pin)段(duan)(duan)，固態(tai)功(gong)(gong)率放(fang)大器（SSPA）的(de)(de)輸出功(gong)(gong)率和(he)效(xiao)率均遠(yuan)低于 TWTA，因此高頻(pin)化是(shi) TWTA 的(de)(de)必然發(fa)展趨(qu)勢(shi)。MEMS 微細(xi)加工工藝促使毫米波(bo)和(he) THz 頻(pin)段(duan)(duan)的(de)(de)研(yan)究(jiu)推進。空(kong)間行波(bo)管隨著(zhu) Ku 波(bo)段(duan)(duan)的(de)(de)趨(qu)于飽(bao)和(he)以及高清電(dian)視、多媒體(ti)通(tong)信(xin)等市(shi)場需求的(de)(de)驅(qu)動使得 Ka 波(bo)段(duan)(duan)的(de)(de)應(ying)用(yong)逐(zhu)漸增(zeng)多，而且有(you)往 Q/V 頻(pin)段(duan)(duan)遷移的(de)(de)趨(qu)勢(shi)，已逐(zhu)漸成為新的(de)(de)研(yan)究(jiu)熱點。而 THz 頻(pin)段(duan)(duan)的(de)(de)通(tong)信(xin)具(ju)有(you)*傳輸速率，隨著(zhu)波(bo)導技(ji)術(shu)的(de)(de)進步，在外(wai)太空(kong)探測中 TWTA 的(de)(de)應(ying)用(yong)潛(qian)力很大。
1.3.2 更高的效率
應用以(yi)來(lai)，各(ge)個波(bo)(bo)段(duan)行波(bo)(bo)管的(de)效(xiao)(xiao)(xiao)率均在不(bu)斷(duan)提高(gao)。目(mu)前(qian) L3 公(gong)司制造的(de) Ku 波(bo)(bo)段(duan) 88125H，效(xiao)(xiao)(xiao)率可達 73%，為當前(qian)公(gong)開報道的(de)高(gao)值。目(mu)前(qian)電(dian)源效(xiao)(xiao)(xiao)率已經很高(gao)，普遍優(you)于(yu) 90%，進一步提高(gao)效(xiao)(xiao)(xiao)率將是一種研發(fa)挑戰(zhan)，因此主要靠提高(gao)行波(bo)(bo)管的(de)效(xiao)(xiao)(xiao)率以(yi)實(shi)現總效(xiao)(xiao)(xiao)率值的(de)增加。通過(guo)優(you)化行波(bo)(bo)管螺旋節距(ju)分布就是一種提升效(xiao)(xiao)(xiao)率的(de)有效(xiao)(xiao)(xiao)方法。
1.3.3 小型化行波管
TWTA 小(xiao)型化技(ji)(ji)術在過去幾十年中(zhong)已有(you)(you)了顯(xian)著(zhu)的(de)(de)(de)改進，而且行(xing)波(bo)(bo)管(guan)有(you)(you)源組(zu)陣等技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)發(fa)展推動著(zhu)行(xing)波(bo)(bo)管(guan)小(xiao)型化不斷向前發(fa)展。另外 TWTA 的(de)(de)(de)一個潛(qian)在的(de)(de)(de)變化是(shi)(shi)增加(jia) Mini-TWT 的(de)(de)(de)使用。Mini-TWT 是(shi)(shi)傳統(tong) TWT 的(de)(de)(de)小(xiao)版本，是(shi)(shi)微波(bo)(bo)功率(lv)模塊的(de)(de)(de)基礎，雖無法(fa)達到高射頻輸出(chu)功率(lv)，但在減小(xiao)體積的(de)(de)(de)同時也(ye)提高了效(xiao)率(lv)，尤(you)其在衛星通信(xin)等領域影(ying)響重大(da)。
2. 固態放大器件
固(gu)態(tai)器(qi)件(jian)，也(ye)就是半導體(ti)電子器(qi)件(jian)。與 TWTA 類似(si)，SSPA 通常(chang)需配置集(ji)成電源(yuan)，其(qi)不同在于，SSPA 使用(yong)場效應(ying)晶體(ti)管(guan)(guan)作為射頻功(gong)率放大的(de)主要器(qi)件(jian)，工作電壓低，實現也(ye)更加容易。由于其(qi)單體(ti)輸出(chu)(chu)功(gong)率較低，為了(le)實現高(gao)功(gong)率放大，SSPA 需要將(jiang)許多功(gong)率晶體(ti)管(guan)(guan)并(bing)聯(lian)放置，從而實現輸出(chu)(chu)功(gong)率的(de)合成。固(gu)態(tai)器(qi)件(jian)具有體(ti)積(ji)小(xiao)、噪聲低、穩定(ding)性(xing)好的(de)優點，缺(que)點是應(ying)用(yong)頻帶低、單體(ti)輸出(chu)(chu)功(gong)率小(xiao)、效率低。
2.1 歷史發展
二戰以來，信息(xi)技(ji)術(shu)取得了(le)(le)飛速發展，發起并(bing)推動了(le)(le)第三次科技(ji)革命，深刻地(di)(di)改變(bian)了(le)(le)人(ren)(ren)們(men)的(de)生活和(he)(he)學(xue)習方式(shi)，也改變(bian)了(le)(le)世界格局和(he)(he)斗爭形式(shi)。微電子技(ji)術(shu)是信息(xi)技(ji)術(shu)的(de)核心，而(er)半(ban)導體材料是微電子技(ji)術(shu)的(de)基石。受半(ban)導體材料本(ben)身的(de)限制，固態(tai)(tai)功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)器(qi)件效(xiao)率(lv)(lv)(lv)比(bi)較低，在(zai)較高(gao)頻率(lv)(lv)(lv)下輸出功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)非常小，并(bing)且隨著頻率(lv)(lv)(lv)和(he)(he)帶(dai)寬(kuan)的(de)增加，其(qi)輸出功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)電平顯著下降(jiang)，器(qi)件成(cheng)本(ben)也大(da)(da)幅度上升。為滿足無線通訊、雷達、航空航天(tian)等(deng)對器(qi)件高(gao)頻率(lv)(lv)(lv)、寬(kuan)帶(dai)寬(kuan)、大(da)(da)功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)和(he)(he)高(gao)效(xiao)率(lv)(lv)(lv)的(de)要求，20 世紀 90 年代起，以 GaN 和(he)(he) SiC 為代表的(de)寬(kuan)禁帶(dai)新(xin)型(xing)半(ban)導體材料深刻地(di)(di)改變(bian)了(le)(le)固態(tai)(tai)功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)放大(da)(da)器(qi)的(de)性能，并(bing)引起了(le)(le)人(ren)(ren)們(men)的(de)關注和(he)(he)研究(jiu)。
2.2 研究與應用現狀
2.2.1 應用現狀
公(gong)開(kai)信息顯(xian)示(shi)，各家的(de)(de)(de)(de)(de)產品主要(yao)還是集中(zhong)(zhong)在 L，S 和(he)(he) C 波(bo)段(duan)。就空間應用 SSPA 來說，2016 年，馬薩(sa)諸塞州(zhou)航空航天技術研究(jiu)所的(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)表明，SSPA 實(shi)際上可用于高達 Ku 波(bo)段(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)頻率(lv)，且該波(bo)段(duan)中(zhong)(zhong) SSPAs 的(de)(de)(de)(de)(de)比例從波(bo)音公(gong)司(si)(si)之(zhi)前研究(jiu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)大約 1%增(zeng)加到(dao) 6%，但更高波(bo)段(duan)則很少有應用了。一些的(de)(de)(de)(de)(de)制造(zao)商的(de)(de)(de)(de)(de)產品也可以(yi)大致說明 SSPA 的(de)(de)(de)(de)(de)應用情況(kuang)。NEC 公(gong)司(si)(si)的(de)(de)(de)(de)(de) SSPA，在 L 波(bo)段(duan)輸出(chu)功率(lv)和(he)(he)標(biao)稱增(zeng)益為(wei) 55 W 和(he)(he) 61 dB，S 波(bo)段(duan)為(wei) 24 W 和(he)(he) 70 dB，C 波(bo)段(duan)則為(wei) 20 W 和(he)(he) 86 dB。Airbus Defense and Space 公(gong)司(si)(si)開(kai)發的(de)(de)(de)(de)(de) SSPA，L 波(bo)段(duan)和(he)(he) S 波(bo)段(duan)器件的(de)(de)(de)(de)(de)輸出(chu)功率(lv)為(wei) 15 W，效率(lv)為(wei) 31%，標(biao)稱增(zeng)益為(wei) 67 dB，C 波(bo)段(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)輸出(chu)功率(lv)為(wei) 20 W，效率(lv)為(wei) 37%，標(biao)稱增(zeng)益為(wei) 70 dB。
2.2.2 GaN 產品
GaN 材(cai)料(liao)作為寬(kuan)禁帶(dai)半(ban)導(dao)體的(de)(de)(de)(de)重要代表(biao)，以*的(de)(de)(de)(de)性(xing)能優勢，在(zai)眾多半(ban)導(dao)體材(cai)料(liao)中脫穎而出，引起了(le)廣泛的(de)(de)(de)(de)關注和研究。如表(biao) 3 所示，GaN 相(xiang)比其(qi)它材(cai)料(liao)具有(you)更*的(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing)：大的(de)(de)(de)(de)禁帶(dai)寬(kuan)度(du)，是(shi) GaN 材(cai)料(liao)大功(gong)率(lv)應(ying)(ying)用(yong)的(de)(de)(de)(de)根本(ben)所在(zai)；*的(de)(de)(de)(de)電子遷移率(lv)，決定了(le)器(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de) 高(gao)(gao)工(gong)作頻率(lv)和放大增(zeng)益；高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)飽和電子漂移速度(du)，提(ti)高(gao)(gao)了(le)頻率(lv)特(te)性(xing)，使其(qi)適于高(gao)(gao)頻器(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)；高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)擊穿(chuan)場強，有(you)利于器(qi)(qi)(qi)件(jian)應(ying)(ying)用(yong)于大功(gong)率(lv)信(xin)號(hao)，也有(you)利于器(qi)(qi)(qi)件(jian)尺寸的(de)(de)(de)(de)減小(xiao)；良好的(de)(de)(de)(de)熱導(dao)率(lv)，可降低溝道溫(wen)度(du)，使得(de)器(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)工(gong)作性(xing)能穩(wen)定；低的(de)(de)(de)(de)介(jie)電常數，這可使器(qi)(qi)(qi)件(jian)尺寸增(zeng)大以提(ti)高(gao)(gao)器(qi)(qi)(qi)件(jian)功(gong)率(lv)，也可提(ti)高(gao)(gao)器(qi)(qi)(qi)件(jian)頻率(lv)特(te)性(xing)；高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de) Baliga 優值，使其(qi)特(te)別適合于高(gao)(gao)頻寬(kuan)帶(dai)大功(gong)率(lv)領域應(ying)(ying)用(yong)。
近年(nian)來，在微(wei)波發射系(xi)統中普(pu)遍應(ying)用多個微(wei)波單(dan)片(pian)集(ji)成電(dian)路(lu)（MMIC）進行功(gong)率(lv)(lv)(lv)合成以獲得更(geng)高的(de)(de)輸出功(gong)率(lv)(lv)(lv)。而采(cai)(cai)用 GaN 材料研制(zhi)(zhi)的(de)(de) MMIC 單(dan)片(pian)功(gong)率(lv)(lv)(lv)密(mi)度高、電(dian)流小、效率(lv)(lv)(lv)高。國內已采(cai)(cai)用 Ku 頻段(duan) GaN 材料單(dan)片(pian)和一(yi)款波導(dao)合成網絡研制(zhi)(zhi)出一(yi)種功(gong)率(lv)(lv)(lv)放(fang)(fang)大(da)(da)器，并(bing)通過多個該放(fang)(fang)大(da)(da)器進行功(gong)率(lv)(lv)(lv)合成，得到了(le)更(geng)大(da)(da)的(de)(de)寬帶輸出功(gong)率(lv)(lv)(lv)，在*事及民用領域均可適用。另提(ti)出了(le)一(yi)種基于等效電(dian)路(lu)參數多偏差統計(ji)模(mo)型的(de)(de)微(wei)波 GaN 高電(dian)子遷移率(lv)(lv)(lv)晶體(ti)管(guan)（HEMT）功(gong)率(lv)(lv)(lv)放(fang)(fang)大(da)(da)器的(de)(de)設(she)計(ji)方法(fa)，并(bing)利用統計(ji)建模(mo)方法(fa)驗(yan)證了(le)統計(ji)模(mo)型。采(cai)(cai)用此(ci)模(mo)型進行 Ku 波段(duan) GaN HEMT 功(gong)率(lv)(lv)(lv)放(fang)(fang)大(da)(da)器設(she)計(ji)，具(ju)有較高的(de)(de)漏極(ji)效率(lv)(lv)(lv)，模(mo)擬結果在統計(ji)上與測量結果一(yi)致。
2.3 發展趨勢
GaN 和(he) SiC 等(deng)新材(cai)料優勢明顯(xian)，它們使得(de)固(gu)態器件的功率(lv)、頻(pin)率(lv)和(he)帶寬都得(de)到了提(ti)(ti)高(gao)(gao)。SiC 的材(cai)料成本較(jiao)高(gao)(gao)，這也成為阻礙其(qi)發展的一個因素，但應用前景(jing)廣闊(kuo)。GaN 技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)正快(kuai)速發展并逐步(bu)走向(xiang)(xiang)應用，未來還將(jiang)繼(ji)續向(xiang)(xiang)高(gao)(gao)功率(lv)和(he)高(gao)(gao)效率(lv)改(gai)進，包括基于金(jin)剛石襯底(di)提(ti)(ti)高(gao)(gao)散熱(re)能(neng)力(li)和(he)最大功率(lv)密度(du)，采用新型場板結(jie)構改(gai)善(shan)晶體管(guan)電(dian)流崩(beng)塌效應以提(ti)(ti)高(gao)(gao)輸出功率(lv)，采用堆疊結(jie)構提(ti)(ti)高(gao)(gao)功放(fang)電(dian)路電(dian)壓擺幅和(he)輸出功率(lv)等(deng)。此外，它還將(jiang)繼(ji)續向(xiang)(xiang)更(geng)高(gao)(gao)頻(pin)段突破(po)，包括等(deng)比例縮(suo)小技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)提(ti)(ti)升(sheng)特征頻(pin)率(lv)，克服(fu)擊穿(chuan)電(dian)壓降(jiang)低、短溝(gou)道效應、漏延遲、寄生(sheng) RC 延遲惡化等(deng)問題。更(geng)高(gao)(gao)集成度(du)增(zeng)強技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)，電(dian)滲析法（ED）工藝技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)及支持片上系統 SoC 技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)等(deng)也是(shi)其(qi)發展方向(xiang)(xiang)。
3. 微波功率模塊(kuai)
如前(qian)所(suo)述，電真(zhen)空器(qi)件(jian)(jian)單管功(gong)率(lv)(lv)大(da)(da)(da)于固(gu)態(tai)(tai)器(qi)件(jian)(jian)，可以應(ying)用(yong)(yong)的(de)(de)頻段也更高(gao)，但真(zhen)空器(qi)件(jian)(jian)需(xu)要高(gao)壓電源(yuan)，體積和(he)質量較大(da)(da)(da)。而固(gu)態(tai)(tai)功(gong)率(lv)(lv)器(qi)件(jian)(jian)由于半(ban)導體本(ben)身材料限制，效(xiao)率(lv)(lv)較低(di)，而且(qie)不(bu)適(shi)用(yong)(yong)于高(gao)頻率(lv)(lv)。在(zai)此(ci)情況下，微波功(gong)率(lv)(lv)模塊（MPM）應(ying)運而生。MPM 作為(wei)一種(zhong)新(xin)型的(de)(de)微波功(gong)率(lv)(lv)器(qi)件(jian)(jian)，其最大(da)(da)(da)的(de)(de)特(te)點在(zai)于充分利用(yong)(yong)了真(zhen)空器(qi)件(jian)(jian)和(he)固(gu)態(tai)(tai)器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)優點，并(bing)避免了其各(ge)自的(de)(de)缺(que)點，從而獲得(de)(de)高(gao)增益、低(di)噪聲、大(da)(da)(da)功(gong)率(lv)(lv)、高(gao)效(xiao)率(lv)(lv)等二者單獨(du)使(shi)用(yong)(yong)無法獲得(de)(de)的(de)(de)優良性(xing)能(neng)。其集(ji)成(cheng)電源(yuan)的(de)(de)設計使(shi)用(yong)(yong)戶不(bu)用(yong)(yong)直接面(mian)對高(gao)壓，提高(gao)了安全(quan)性(xing)。
3.1 MPM 簡介
MPM 將(jiang)固態功(gong)放、小(xiao)(xiao)型(xing)化(hua)行波管(guan)及微型(xing)集(ji)成(cheng)電源全(quan)部封(feng)裝在一(yi)個小(xiao)(xiao)空(kong)間內，創造性地(di)把固態和真空(kong)兩(liang)種技術(shu)結合起來(lai)，在性能上(shang)遠遠地(di)超(chao)過單獨的(de)固態和真空(kong)器件(jian)。如圖 2 所示(shi)，固態放大器作為前(qian)級，為整個放大鏈提供(gong)低噪(zao)聲和相(xiang)當的(de)增(zeng)益，行波管(guan)為末(mo)級功(gong)放，提供(gong)大功(gong)率輸出，集(ji)成(cheng)電源提供(gong) MPM 所需的(de)各級電壓，并(bing)為模塊提供(gong)控制和保護功(gong)能。
圖 2 MPM 的組成
MPM 將兩種器件的優點(dian)有(you)機(ji)結合，具備了大功率、高效率、小(xiao)體積和低噪聲等優點(dian)，可用于(yu)通信、電子對抗(kang)以及民用領域(yu)。對于(yu)機(ji)載(zai)和星(xing)載(zai)等應(ying)用平(ping)臺，由于(yu)其對放大器的體積、質量(liang)等要求嚴格，MPM 也將具有(you)很(hen)好的前(qian)景。另(ling)外，由于(yu) MPM 應(ying)用非常方(fang)便，傳(chuan)統的 TWTA 也有(you)被 MPM 替代(dai)的趨勢。
3.2 MPM 研究現狀
3.2.1 國外(wai)發(fa)展現狀
MPM 的概念自 20 世(shi)紀 80 年代末*提出(chu)(chu)(chu)以來，相關技(ji)術已(yi)(yi)較為成熟。目前多家國外(wai)公司如(ru) L3，Thales，Triton，CPI，Selex ES，MITEQ，dBcontrol，e2v 等，均推出(chu)(chu)(chu)了(le)自己的 MPM 產品。如(ru)圖 3 所(suo)示(shi)，可以看出(chu)(chu)(chu)不同品牌及型號的 MPM 已(yi)(yi)涵蓋(gai)了(le) 2～45 GHz 的范圍，高(gao)(gao)已(yi)(yi)達到 W 波段和 G 波段，連續(xu)波輸出(chu)(chu)(chu)功率(lv)高(gao)(gao)達 250 W，并呈(cheng)現出(chu)(chu)(chu)低(di)頻模塊(kuai)高(gao)(gao)功率(lv)化、低(di)功率(lv)模塊(kuai)高(gao)(gao)頻化的特點。
圖 3 當前(qian) MPM 頻(pin)率功(gong)率分(fen)布
MPM 諧(xie)波抑制(zhi)(zhi)均(jun)控(kong)制(zhi)(zhi)在(zai)(zai)(zai)−11～4 dBc 之(zhi)間(jian)，雜波控(kong)制(zhi)(zhi)在(zai)(zai)(zai)−60～40 dBc 之(zhi)間(jian)。MPM 效(xiao)(xiao)率主要取(qu)決于功(gong)率器件和集成(cheng)電源的(de)效(xiao)(xiao)率，目前國(guo)外集成(cheng)電源效(xiao)(xiao)率一(yi)直處于水平，MPM 產(chan)品(pin)效(xiao)(xiao)率均(jun)在(zai)(zai)(zai) 30%左右。在(zai)(zai)(zai)小(xiao)型(xing)化上，各廠家 MPM 尺(chi)(chi)寸上嚴格把控(kong)，總(zong)體(ti)控(kong)制(zhi)(zhi)較為(wei)成(cheng)熟(shu)，相對集中在(zai)(zai)(zai) 2～3 kg 之(zhi)間(jian)。而在(zai)(zai)(zai)尺(chi)(chi)寸上由于散熱、電磁兼容設計等不同，體(ti)積大小(xiao)不一(yi)，部分產(chan)品(pin)達到了 MPM 小(xiao)型(xing)化的(de)，如 L3 公司推出的(de) Ka 頻段 50 W 產(chan)品(pin)，其型(xing)號為(wei) M1871，如圖 4 所示，注冊(ce)商標采(cai)用 NanoMPM，尺(chi)(chi)寸為(wei) 127 mm×76 mm×25 mm，且質(zhi)量僅為(wei) 700 g。
圖 4 M1871 MPM
3.2.2 國內發展現狀
在(zai)我國，對(dui)于(yu) MPM 的(de)(de)研(yan)究(jiu)起步(bu)比(bi)較晚，直到 2001 年以(yi)后(hou)才正式開展 MPM 的(de)(de)研(yan)究(jiu)。通(tong)(tong)過近 20 年的(de)(de)努力，在(zai)典(dian)型頻段(duan)內(nei)，國內(nei)也成(cheng)(cheng)功(gong)研(yan)制了(le)功(gong)率量(liang)(liang)級和尺寸(cun)與國外相當的(de)(de) MPM 產品。當前，國內(nei)研(yan)發的(de)(de) W 波(bo)(bo)段(duan) MPM，實現連(lian)續波(bo)(bo) 50 W 的(de)(de)輸(shu)(shu)出(chu)功(gong)率，增(zeng)益 47 dB，帶寬 6 GHz，尺寸(cun) 370 mm×180 mm×45 mm，模塊總效(xiao)率超過 10%，均衡(heng)放(fang)(fang)大(da)(da)組(zu)件能提供(gong) 16.5 dB 以(yi)上的(de)(de)增(zeng)益，均衡(heng)量(liang)(liang)達到 7 dB。測試結果顯(xian)示，在(zai) 6 GHz 帶寬內(nei)輸(shu)(shu)出(chu)功(gong)率大(da)(da)于(yu) 50 W，整管效(xiao)率為(wei) 15.7%，集(ji)成(cheng)(cheng)電(dian)(dian)源(yuan)能提供(gong)高 17 kV 的(de)(de)高壓，該模塊滿(man)足了(le)雷達、通(tong)(tong)信(xin)、電(dian)(dian)子(zi)對(dui)抗等系(xi)統對(dui) W 波(bo)(bo)段(duan)寬帶大(da)(da)功(gong)率輸(shu)(shu)出(chu)的(de)(de)要求。中國電(dian)(dian)子(zi)科(ke)技集(ji)團公司第十二研(yan)究(jiu)所(suo)(suo)開發的(de)(de) 4～18 GHz 50 W MPM，如圖 5 所(suo)(suo)示，效(xiao)率達 32%，但(dan)尺寸(cun)僅為(wei) 140 mm×86 mm×20 mm，其所(suo)(suo)用的(de)(de)小型化行波(bo)(bo)管尺寸(cun)為(wei) 135 mm×25 mm×16 mm，質(zhi)量(liang)(liang) 135 g。中國航天科(ke)技集(ji)團公司五院(yuan)西安(an)分院(yuan)正在(zai)研(yan)制 Ku 頻段(duan) 500 W 脈沖雙管 MPM，結構如圖 6 所(suo)(suo)示，兩(liang)支固態放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)、行波(bo)(bo)管和集(ji)成(cheng)(cheng)電(dian)(dian)源(yuan)安(an)裝在(zai)一(yi)個盒體內(nei)，其中固態放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)安(an)裝于(yu)行波(bo)(bo)管上方，通(tong)(tong)過螺(luo)釘緊固在(zai)機(ji)殼上，固態放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)和行波(bo)(bo)管之間通(tong)(tong)過半鋼(gang)電(dian)(dian)纜(lan)進行互聯，尺寸(cun)為(wei) 310 mm×248 mm×60 mm，重量(liang)(liang)＜7 kg。
圖 5 中國電子(zi)科技集團公司第十二(er)研究所 4～18 GHz 50 W MPM
圖 6 Ku 頻(pin)段 500 W 脈沖雙管 MPM
3.3 MPM 發展趨勢
3.3.1 高頻率與寬頻帶
向更(geng)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)推進，是 MPM 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發展(zhan)方向。目前(qian)其(qi)(qi)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)頻(pin)段(duan)已經達到了毫(hao)米(mi)波波段(duan)，我們將毫(hao)米(mi)波波段(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微波功(gong)率(lv)模(mo)塊又(you)稱之為(wei)毫(hao)米(mi)波功(gong)率(lv)模(mo)塊（Millimeter Wave Power Module，MMPM）。L3 公司(si)推出 W 頻(pin)段(duan) 100 W 的(de)(de)(de)(de)(de)(de) MPM—M2839，其(qi)(qi)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)于 92～96 GHz，重量為(wei) 6.3 kg，尺寸 375 mm×213 mm×83 mm。該公司(si)又(you)在 W 頻(pin)段(duan) MPM 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)礎上，推出了 E 波段(duan) MPM，該產(chan)(chan)品(pin)按工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)頻(pin)率(lv)分為(wei) 71～76 GHz 和 81～86 GHz 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)兩個型號，尺寸都是 376 mm×26.5 mm×7.6 mm。而滿足帶(dai)寬(kuan)(kuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求是最初研制 MPM 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)(de)之一，隨著技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發展(zhan)，目前(qian)已推出了多(duo)款工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)頻(pin)帶(dai) 4.5～18 GHz 的(de)(de)(de)(de)(de)(de) MPM 產(chan)(chan)品(pin)，可以在 2 個倍頻(pin)程的(de)(de)(de)(de)(de)(de)帶(dai)寬(kuan)(kuan)內(nei)提供 250 W 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最大輸出功(gong)率(lv)。Thales 公司(si)推出針對(dui)(dui)電子對(dui)(dui)抗應用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de) MPM 產(chan)(chan)品(pin)，如圖 7 所示工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)頻(pin)率(lv) 4.5～18 GHz 的(de)(de)(de)(de)(de)(de) 200 W MPM 產(chan)(chan)品(pin) TH24512，以及(ji)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)頻(pin)率(lv) 18～40 GHz 的(de)(de)(de)(de)(de)(de) 65 W 電子對(dui)(dui)抗用(yong) MPM。
圖 7 TH24512 MPM
3.3.2 小(xiao)型(xing)化
實現 MPM 的(de)(de)(de)小(xiao)型(xing)化(hua)，首(shou)先要實現各組件自身(shen)的(de)(de)(de)小(xiao)型(xing)化(hua)。而(er)行(xing)波(bo)管作為 MPM 的(de)(de)(de)末級(ji)輸出(chu)，影響(xiang)關鍵。L3 公司(si)推出(chu)的(de)(de)(de)產品 M1870（Ku 波(bo)段）和 M1871（Ka 波(bo)段）。它們的(de)(de)(de)功率分別為 40 W 和 50 W，尺(chi)寸(cun)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(xiao)型(xing)化(hua)的(de)(de)(de)高水(shui)平(ping)。集成電(dian)源(yuan)也是一個重要部(bu)分。信(xin)息工程(cheng)大學在 2016 年(nian)研(yan)制的(de)(de)(de)厚(hou)度不足 12 mm、效(xiao)率達(da)到 94%左右的(de)(de)(de)用(yong)于 MPM 的(de)(de)(de) EPC 組件，如圖(tu) 8 所示，在超薄設計(ji)上達(da)到*水(shui)平(ping)，為 MPM 的(de)(de)(de)小(xiao)型(xing)化(hua)設計(ji)和陣列化(hua)應用(yong)奠定(ding)了基(ji)礎。
圖 8 信息(xi)工程大學的超薄 EPC 組件
3.3.3 標準化
MPM 模(mo)塊化的(de)(de)設(she)計(ji)為大批量生(sheng)產(chan)提供了便(bian)利，可使成本進一步降低，在模(mo)塊化基礎上生(sheng)產(chan)的(de)(de)系列(lie)產(chan)品(pin)可根據(ju)不同場合要求(qiu)進行設(she)計(ji)，從而滿足不同需(xu)求(qiu)。如針(zhen)對(dui)雷達應(ying)(ying)用(yong)的(de)(de)工作(zuo)頻(pin)段 13.5～18 GHz 功率 110 W 產(chan)品(pin)、針(zhen)對(dui)數據(ju)通信應(ying)(ying)用(yong)的(de)(de)工作(zuo)頻(pin)段 14.5～15.5 GHz 功率 100 W 產(chan)品(pin)，均(jun)采用(yong)了統一的(de)(de) 2 250 mm×232 mm×35 mm 封裝，系列(lie)產(chan)品(pin)標準化程度較高(gao)。另外，針(zhen)對(dui)電(dian)子作(zuo)戰、衛星通信傳輸(shu)等寬(kuan)頻(pin)帶高(gao)功率的(de)(de)要求(qiu)，也(ye)在進行相應(ying)(ying)的(de)(de)標準化設(she)計(ji)。
3.3.4 新型 MPM
隨著(zhu)各類信息系統(tong)和器件不斷(duan)朝著(zhu)微型化(hua)和集成(cheng)化(hua)的(de)(de)方向發(fa)展(zhan)，雙通道 MPM、雙模(mo) MPM 和 T/R 型 MPM 等(deng)將成(cheng)為(wei)研究重點。雙通道 MPM 可(ke)同時實現(xian)兩路(lu)干(gan)擾(rao)信號輸出，也具備空間合成(cheng)能(neng)力(li)，功率密(mi)度較(jiao)傳統(tong) MPM 提(ti)高近 1 倍。當一路(lu)行(xing)波管(guan)出現(xian)故障(zhang)時，MPM 仍(reng)可(ke)在功率減半(ban)的(de)(de)條件下(xia)工(gong)作，提(ti)高 MPM 的(de)(de)冗余度。雙模(mo) MPM 同時實現(xian)準連續波和脈沖兩種工(gong)作模(mo)式(shi)，實現(xian)新型的(de)(de)雙模(mo)干(gan)擾(rao)體制(zhi)，為(wei)小型化(hua)、高性價比(bi)的(de)(de)雷達干(gan)擾(rao)一體化(hua)奠定(ding)基礎。T/R 型 MPM 使系統(tong)的(de)(de)天線可(ke)以(yi)收(shou)發(fa)共孔徑，突破行(xing)波管(guan)收(shou)發(fa)功能(neng)，解(jie)決環型器頻段限制(zhi)和損耗問題。
MPM 作為(wei)一種全(quan)新的(de)功率器件，將真空和固態器件進行(xing)了有效結合(he)，其應(ying)用(yong)已經覆蓋了民用(yong)等各個(ge)領(ling)域。針對應(ying)用(yong)環境的(de)不同，MPM 也(ye)(ye)可通(tong)(tong)過合(he)理選擇器件的(de)性(xing)能參數，以滿足(zu)不同的(de)需求。如滿足(zu)數據(ju)傳輸和通(tong)(tong)信的(de)應(ying)用(yong)，則提(ti)高線性(xing)度；滿足(zu)星載和機載系統(tong)的(de)應(ying)用(yong)，則增(zeng)強效率；滿足(zu)電子對抗系統(tong)的(de)應(ying)用(yong)，則實現高增(zeng)益。隨(sui)著技術(shu)的(de)發展，MPM 在無人機等平(ping)臺上(shang)也(ye)(ye)將表(biao)現出更為(wei)重(zhong)要的(de)作用(yong)。
4. 總 結
功(gong)率放大(da)器(qi)的(de)(de)新(xin)技(ji)術(shu)(shu)繼續得(de)益于(yu)固態和(he)真空技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)共同進步。通過(guo)對商(shang)業化(hua)產品和(he)工業級的(de)(de)原型器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)統計，得(de)出(chu)了當代放大(da)器(qi)可(ke)用(yong)峰(feng)值飽和(he)輸(shu)出(chu)功(gong)率隨(sui)頻率變化(hua)的(de)(de)曲線，如(ru)圖(tu) 9 所示(shi)。圖(tu)中將單個 GaN MMIC 的(de)(de)峰(feng)值飽和(he)輸(shu)出(chu)功(gong)率與單個行(xing)波管器(qi)件(jian)(jian)和(he)集成的(de)(de) MPM 進行(xing)比較(jiao)，可(ke)以看(kan)到，大(da)于(yu) 50 dBm 的(de)(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率水平代表了毫米(mi)波頻率范圍內商(shang)業器(qi)件(jian)(jian)性能的(de)(de)前沿。特別是(shi) MPM 適用(yong)于(yu)小體積、輕質量、大(da)功(gong)率、低成本（SWaP-efficient）等高性價比應用(yong)平臺。
圖 9 真空、固態及(ji) MPM 新(xin)飽和輸出功率隨頻率變(bian)化(hua)圖
5. 結 論
本文(wen)首先分別介紹了(le)真空和(he)(he)(he)固態(tai)放大器件的(de)(de)組成和(he)(he)(he)特點，然后(hou)介紹了(le)它們的(de)(de)發(fa)展歷史、當前(qian)的(de)(de)技術研(yan)究狀況和(he)(he)(he)未(wei)來發(fa)展趨(qu)勢。而后(hou)引出了(le)兩種器件相結(jie)合的(de)(de)產(chan)物(wu)——微(wei)波功率(lv)(lv)模塊，并重點介紹了(le)微(wei)波功率(lv)(lv)模塊的(de)(de)產(chan)生過程(cheng)和(he)(he)(he)當前(qian)國內外的(de)(de)發(fa)展狀況，并對未(wei)來的(de)(de)發(fa)展趨(qu)勢進行了(le)分析和(he)(he)(he)預測。最后(hou)總(zong)結(jie)了(le)當前(qian)三種器件的(de)(de)功率(lv)(lv)水(shui)平。
總之，真空(kong)和固態器件各有(you)(you)特點(dian)，應(ying)(ying)(ying)根(gen)據(ju)具(ju)體應(ying)(ying)(ying)用(yong)場合(he)和工(gong)作頻(pin)段，做優選用(yong)。顯然(ran)，在(zai)高(gao)頻(pin)段上(shang)真空(kong)器件優勢明(ming)顯，是實現毫米波、THz 功(gong)率(lv)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)效途徑，因(yin)此需求巨大，應(ying)(ying)(ying)繼續拓展。而在(zai)低(di)頻(pin)段上(shang)由于 GaN 等新材(cai)料的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)用(yong)，SSPA 占(zhan)據(ju)著統治的(de)(de)(de)(de)地位，未來仍然(ran)會是研(yan)究的(de)(de)(de)(de)熱點(dian)。MPM 則集成(cheng)了二者的(de)(de)(de)(de)優點(dian)，一(yi)方(fang)面解決了真空(kong)器件“加電難”的(de)(de)(de)(de)問(wen)(wen)題，另一(yi)方(fang)面又(you)解決了固態器件在(zai)高(gao)頻(pin)段難以達到高(gao)功(gong)率(lv)的(de)(de)(de)(de)問(wen)(wen)題，因(yin)此必然(ran)會成(cheng)為各個領域研(yan)究應(ying)(ying)(ying)用(yong)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)點(dian)。我國的(de)(de)(de)(de) MPM 也要在(zai)充分學外先進技術的(de)(de)(de)(de)基礎(chu)上(shang)，堅(jian)持小(xiao)型化(hua)、標準(zhun)化(hua)，并向高(gao)頻(pin)和寬帶方(fang)向發(fa)展，不斷改善(shan)薄弱環節，增(zeng)強工(gong)藝水平(ping)，實現產(chan)品的(de)(de)(de)(de)自主可(ke)控。
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