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摘要
微波(bo)(bo)功率(lv)放(fang)大(da)器(qi)主要(yao)分為真空(kong)和固(gu)態兩種形式。基于(yu)真空(kong)器(qi)件的(de)(de)(de)功率(lv)放(fang)大(da)器(qi)，曾在*事裝備的(de)(de)(de)發(fa)展*扮演過重要(yao)角色(se)，而(er)且由于(yu)其功率(lv)與效率(lv)的(de)(de)(de)優勢，現(xian)在仍(reng)廣泛應用(yong)(yong)于(yu)雷達、通信(xin)、電(dian)子對(dui)抗等領域(yu)。后隨(sui)著 GaAs 晶體(ti)管的(de)(de)(de)問世，固(gu)態器(qi)件開始在低頻段替代真空(kong)管，尤其是隨(sui)著 GaN，SiC 等新材料的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)，固(gu)態器(qi)件的(de)(de)(de)競(jing)爭力(li)已大(da)幅提高。本文將對(dui)兩種器(qi)件以及它(ta)們競(jing)爭與融合的(de)(de)(de)產物——微波(bo)(bo)功率(lv)模塊（MPM）的(de)(de)(de)發(fa)展情況作一介紹與分析，以充分了(le)解水平(ping)，也對(dui)促進(jin)國內技術的(de)(de)(de)發(fa)展有所助益。
1. 真空放大器件
跟固態器(qi)件(jian)相比，真空(kong)器(qi)件(jian)的(de)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)優(you)點是工(gong)作頻率高(gao)、頻帶(dai)寬、功率大、效率高(gao)，主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)缺點是體積和質量(liang)均(jun)較大。真空(kong)器(qi)件(jian)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)包括行波(bo)管(guan)(guan)、磁(ci)控(kong)管(guan)(guan)和速調管(guan)(guan)，它(ta)們具有各(ge)自的(de)優(you)勢(shi)，應(ying)用于不同的(de)領域。其中，行波(bo)管(guan)(guan)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)優(you)勢(shi)為頻帶(dai)寬，速調管(guan)(guan)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)優(you)勢(shi)為功率大，磁(ci)控(kong)管(guan)(guan)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)優(you)勢(shi)為效率高(gao)。行波(bo)管(guan)(guan)應(ying)用廣泛，因(yin)此本文主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)以行波(bo)管(guan)(guan)為例介紹(shao)真空(kong)器(qi)件(jian)。
1.1 歷史發展
真空(kong)電(dian)子器件的發展(zhan)可追(zhui)溯(su)到二戰期間(jian)。1963 年，TWTA 技術在(zai)設(she)計(ji)變(bian)革方面取(qu)(qu)得了(le)(le)實(shi)質性進展(zhan)，提高(gao)了(le)(le)射頻輸出(chu)的功率(lv)(lv)和(he)(he)效(xiao)率(lv)(lv)，封裝也更加(jia)緊湊。1973 年，歐洲行波(bo)管(guan)放大(da)器研(yan)制成功。然而(er)，到了(le)(le) 20 世紀(ji) 70 年代中期，半導(dao)體(ti)器件異軍(jun)突起，真空(kong)器件投入(ru)大(da)幅減少，其發展(zhan)遭遇(yu)困難。直到 21 世紀(ji)初，美國三(san)軍(jun)特設(she)委員會詳細(xi)討論了(le)(le)功率(lv)(lv)器件的歷(li)史、現(xian)狀和(he)(he)發展(zhan)，指出(chu)真空(kong)器件和(he)(he)固(gu)態器件之(zhi)間(jian)的平衡投資戰略(lve)。2015 年，美國先進計(ji)劃(hua)研(yan)究局(ju) DARPA 分別(bie)啟動了(le)(le) INVEST，HAVOC 計(ji)劃(hua)，支持真空(kong)功率(lv)(lv)器件的發展(zhan)和(he)(he)不斷增(zeng)長的*事系(xi)統需要，特別(bie)是毫米波(bo)及 THz 行波(bo)管(guan)。當前(qian)真空(kong)器件已取(qu)(qu)得長足進步，在(zai)雷達、通信、電(dian)子戰等系(xi)統中應(ying)用廣(guang)泛。
1.2 研究與應用現狀
隨(sui)著技(ji)術的(de)(de)不斷(duan)進步(bu)，現階段行(xing)(xing)波(bo)管主要呈現以(yi)下特點。一是高頻率(lv)(lv)(lv)、寬帶、高效率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)特點，可有(you)效減(jian)小(xiao)系(xi)統(tong)的(de)(de)體(ti)積、重量(liang)、功耗(hao)和(he)(he)熱耗(hao)，在星載、彈載、機載等平(ping)臺上(shang)適應性(xing)更(geng)強，從而在軍(jun)事應用(yong)上(shang)優勢突出(chu)(chu)。二是耐高溫特性(xing)，使行(xing)(xing)波(bo)管的(de)(de)功率(lv)(lv)(lv)和(he)(he)相位隨(sui)著溫度的(de)(de)變化波(bo)動微小(xiao)，對系(xi)統(tong)的(de)(de)環(huan)境控制(zhi)要求大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)降低。三是抗(kang)強電磁干(gan)擾(rao)和(he)(he)攻擊特性(xing)，使其在高功率(lv)(lv)(lv)微波(bo)武(wu)器(qi)(qi)和(he)(he)微波(bo)彈的(de)(de)對抗(kang)中顯(xian)示出(chu)(chu)堅實的(de)(de)生存能力。四是壽命(ming)大(da)(da)(da)幅提(ti)高，統(tong)計研究顯(xian)示，大(da)(da)(da)功率(lv)(lv)(lv)行(xing)(xing)波(bo)管使用(yong)壽命(ming)普(pu)遍大(da)(da)(da)于(yu) 5 000 h，中小(xiao)功率(lv)(lv)(lv)產(chan)品壽命(ming)大(da)(da)(da)于(yu) 10 000 h，達到武(wu)器(qi)(qi)全壽命(ming)周(zhou)期。圖(tu) 1 為 2000 年前產(chan)品的(de)(de)平(ping)均(jun)*故障時間（MTTF）統(tong)計，可以(yi)看出(chu)(chu)各類系(xi)統(tong)中真空(kong)器(qi)(qi)件的(de)(de)穩定性(xing)都有(you)提(ti)升，空(kong)間行(xing)(xing)波(bo)管的(de)(de) MTTF 更(geng)是達到數百(bai)萬 h 量(liang)級，表現出(chu)(chu)*的(de)(de)可靠性(xing)。
圖(tu) 1 真空功率(lv)器件 MTTF 概況
公(gong)開報(bao)道顯示，美軍**平臺中真(zhen)空(kong)器(qi)件被大量(liang)使用(yong)，是現役(yi)電子戰(zhan)、雷達和通信的(de)(de)主要功率器(qi)件。新開發的(de)(de)高頻段、小型化行(xing)波管及(ji)功率模塊進(jin)一步推動高性能裝備的(de)(de)不斷(duan)出現。典型應(ying)用(yong)包括(kuo)車載(zai)防空(kong)反導系(xi)(xi)統(tong)、地基遠程預警與情報(bao)系(xi)(xi)統(tong)、機載(zai)火控系(xi)(xi)統(tong)、無人機通信系(xi)(xi)統(tong)、電子戰(zhan)系(xi)(xi)統(tong)、空(kong)間以及(ji)衛星(xing)通信系(xi)(xi)統(tong)等。下面(mian)介紹當前正在研究和應(ying)用(yong)的(de)(de)行(xing)波管的(de)(de)幾(ji)種重要技術。
1.2.1 行波管有源組陣技術
國(guo)外近幾年(nian)主(zhu)要(yao)在更高頻(pin)段發展一(yi)系列的(de)小型化行波(bo)管，頻(pin)段覆(fu)蓋(gai) X，Ku，K，Ka，140 GHz 等，并(bing)不斷在新技術(shu)上獲得突破(po)。國(guo)內經過(guo)近 10 多年(nian)的(de)努力，行波(bo)管在保持(chi)大功(gong)率和高效率的(de)前提(ti)下，體積減小了 1 個數量級，為有(you)源組(zu)陣技術(shu)奠定了良好的(de)基礎。
行波(bo)管有(you)源組(zu)陣(zhen)(zhen)的(de)(de)形式分為單(dan)元(yuan)放大(da)式和子陣(zhen)(zhen)放大(da)式兩種。與無源相控陣(zhen)(zhen)相比(bi)，其單(dan)個(ge)(ge)行波(bo)管的(de)(de)功(gong)率要求低，器件的(de)(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和壽命(ming)相對(dui)(dui)較高。同時各通(tong)道相對(dui)(dui)獨(du)立(li)，某(mou)通(tong)道出現(xian)故障不(bu)會(hui)(hui)影響到其他通(tong)道，因此(ci)系(xi)統的(de)(de)可(ke)靠(kao)性(xing)高。而且整個(ge)(ge)輻(fu)射陣(zhen)(zhen)面可(ke)以分多(duo)(duo)個(ge)(ge)區域獨(du)立(li)工(gong)作(zuo)(zuo)，實(shi)現(xian)系(xi)統多(duo)(duo)目標(biao)(biao)、多(duo)(duo)任務的(de)(de)能(neng)力。與固態有(you)源相控陣(zhen)(zhen)相比(bi)，作(zuo)(zuo)用距(ju)離(li)更遠，威力更大(da)，且配套的(de)(de)冷卻車和電源車相對(dui)(dui)短(duan)小精悍，系(xi)統機動性(xing)高，戰場生(sheng)存(cun)(cun)能(neng)力強。由于其全金(jin)屬、陶瓷密封結構，在面對(dui)(dui)高功(gong)率微波(bo)武器時的(de)(de)生(sheng)存(cun)(cun)能(neng)力更強。在相同的(de)(de)陣(zhen)(zhen)面功(gong)率時所需的(de)(de)單(dan)元(yuan)數(shu)將少 1 個(ge)(ge)數(shu)量(liang)級，因此(ci)成(cheng)本會(hui)(hui)大(da)幅降低。與單(dan)脈沖雷達相比(bi)，其作(zuo)(zuo)用距(ju)離(li)、分辨率、多(duo)(duo)目標(biao)(biao)、多(duo)(duo)任務、壽命(ming)及任務可(ke)靠(kao)性(xing)等指標(biao)(biao)會(hui)(hui)更好。目前(qian)，國內正在開(kai)展基于行波(bo)管的(de)(de) Ku 波(bo)段稀布陣(zhen)(zhen)低柵瓣技術研究，以期在陣(zhen)(zhen)元(yuan)間距(ju) 30 mm 的(de)(de)條件下實(shi)現(xian)−20 dB 的(de)(de)柵瓣。
另外，與行(xing)波管(guan)有源組陣相配套的(de)(de)(de)小型化(hua)大(da)功率(lv)環行(xing)器研究進展迅速(su)。采用(yong)不等尺寸單(dan)元組成的(de)(de)(de)非周(zhou)期(qi)排列(lie)(lie)(lie)方式、徑(jing)向等間距排列(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)非周(zhou)期(qi)環形陣和子陣非規則排列(lie)(lie)(lie)等新(xin)型陣面(mian)技(ji)術能(neng)夠(gou)很好解決大(da)單(dan)元間距引起的(de)(de)(de)柵瓣問(wen)題，這(zhe)些共(gong)同保障行(xing)波管(guan)有源組陣的(de)(de)(de)推進。
1.2.2 毫米波和 THz 行波管
5G 移動通信技術的(de)發(fa)展，對 Ka 到(dao) W 波(bo)(bo)段的(de)毫米波(bo)(bo)功率(lv)放(fang)大(da)器(qi)(qi)提(ti)出了需(xu)求。未來(lai)(lai) 5G 需(xu)要寬(kuan)(kuan)帶接入(ru)(ru)一個地(di)區，而又不(bu)能(neng)采用光纖(xian)的(de)地(di)方，則(ze)只能(neng)選(xuan)擇毫米波(bo)(bo)波(bo)(bo)段。THz 波(bo)(bo)由于(yu)具(ju)有頻(pin)率(lv)高、寬(kuan)(kuan)帶寬(kuan)(kuan)、波(bo)(bo)束窄等特點，使得其在雷達探測領(ling)域具(ju)有重大(da)的(de)應用潛力(li)。但隨著頻(pin)率(lv)的(de)升高，對器(qi)(qi)件的(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝要求也越來(lai)(lai)越高。近(jin)年來(lai)(lai)，微機械（MEMS）微細(xi)加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝的(de)全面引入(ru)(ru)改善了傳統工(gong)(gong)(gong)藝，使得真空(kong)器(qi)(qi)件工(gong)(gong)(gong)作頻(pin)率(lv)進(jin)入(ru)(ru)到(dao)毫米波(bo)(bo)和 THz 頻(pin)段，現(xian)有器(qi)(qi)件高已(yi)經達到(dao) 1 THz。短毫米波(bo)(bo)行波(bo)(bo)管(guan)近(jin)年來(lai)(lai)漸趨(qu)成熟(shu)，并初步(bu)形(xing)成了相關的(de)系列產品(pin)，表(biao) 1 為國內(nei)外典型毫米波(bo)(bo)行波(bo)(bo)管(guan)產品(pin)。諾格公司(si)(si)在 2013 年成功研(yan)制(zhi)出了 220 GHz 的(de)折疊波(bo)(bo)導行波(bo)(bo)管(guan)功率(lv)放(fang)大(da)器(qi)(qi)，國內(nei)中電(dian)第十二研(yan)究(jiu)所以及(ji)中國工(gong)(gong)(gong)程物理(li)研(yan)究(jiu)院都(dou)開展了 220 GHz 行波(bo)(bo)管(guan)的(de)研(yan)究(jiu)工(gong)(gong)(gong)作，諾格公司(si)(si)在 2016 年還*將(jiang)行波(bo)(bo)管(guan)工(gong)(gong)(gong)作頻(pin)率(lv)提(ti)高到(dao) 1 THz。表(biao) 2 為一些 THz 行波(bo)(bo)管(guan)典型研(yan)究(jiu)的(de)測試結果(guo)。
1.3 發展趨勢
1.3.1 更高頻段
毫無疑(yi)問(wen)，工作頻段(duan)高是 TWTA 的(de)(de)(de)(de)(de)優勢所在。在高頻段(duan)，固態功(gong)率放(fang)大器（SSPA）的(de)(de)(de)(de)(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率和效率均遠低于 TWTA，因此高頻化(hua)是 TWTA 的(de)(de)(de)(de)(de)必然發展趨(qu)(qu)勢。MEMS 微細(xi)加工工藝促使毫米波(bo)(bo)和 THz 頻段(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)推進(jin)。空(kong)間(jian)行波(bo)(bo)管隨著(zhu) Ku 波(bo)(bo)段(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)趨(qu)(qu)于飽和以(yi)及高清電視(shi)、多(duo)媒體通信(xin)等市場需求(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)驅(qu)動使得 Ka 波(bo)(bo)段(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)逐(zhu)漸增多(duo)，而且有往 Q/V 頻段(duan)遷(qian)移(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)趨(qu)(qu)勢，已(yi)逐(zhu)漸成為(wei)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)熱點。而 THz 頻段(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)通信(xin)具有*傳(chuan)輸(shu)速率，隨著(zhu)波(bo)(bo)導(dao)技術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)步，在外太空(kong)探測中(zhong) TWTA 的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)潛力很大。
1.3.2 更高的效率
應用以來，各個波(bo)(bo)段行(xing)波(bo)(bo)管的(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)均在不斷提(ti)高。目前(qian) L3 公(gong)司(si)制(zhi)造的(de)(de)(de) Ku 波(bo)(bo)段 88125H，效(xiao)率(lv)可(ke)達 73%，為當前(qian)公(gong)開報道的(de)(de)(de)高值。目前(qian)電(dian)源效(xiao)率(lv)已經很高，普遍優于(yu) 90%，進一步提(ti)高效(xiao)率(lv)將(jiang)是(shi)(shi)一種研(yan)發挑戰(zhan)，因此主要(yao)靠提(ti)高行(xing)波(bo)(bo)管的(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)以實現(xian)總(zong)效(xiao)率(lv)值的(de)(de)(de)增加。通(tong)過優化行(xing)波(bo)(bo)管螺旋(xuan)節距分布就是(shi)(shi)一種提(ti)升效(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)有效(xiao)方法。
1.3.3 小型化行波管
TWTA 小(xiao)型化技(ji)術(shu)(shu)在(zai)過去幾十年中已有了顯著(zhu)的(de)(de)改進，而且行(xing)波(bo)管有源組陣等技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)發展推動著(zhu)行(xing)波(bo)管小(xiao)型化不(bu)斷向(xiang)前(qian)發展。另外 TWTA 的(de)(de)一個潛在(zai)的(de)(de)變化是(shi)增加 Mini-TWT 的(de)(de)使用。Mini-TWT 是(shi)傳統 TWT 的(de)(de)小(xiao)版本，是(shi)微波(bo)功(gong)率模塊的(de)(de)基(ji)礎，雖無(wu)法達到高(gao)射頻輸出功(gong)率，但(dan)在(zai)減小(xiao)體積(ji)的(de)(de)同時也提(ti)高(gao)了效率，尤其(qi)在(zai)衛星(xing)通信等領(ling)域影響重大(da)。
2. 固態放大器件
固(gu)態器件(jian)，也就是半導體(ti)(ti)(ti)電(dian)子器件(jian)。與 TWTA 類似，SSPA 通常需(xu)配置集成(cheng)電(dian)源，其不(bu)同在于(yu)，SSPA 使(shi)用(yong)場效(xiao)應晶體(ti)(ti)(ti)管作為射(she)頻(pin)(pin)功率(lv)放大的主(zhu)要器件(jian)，工作電(dian)壓低(di)，實現(xian)(xian)(xian)也更(geng)加(jia)容易。由于(yu)其單體(ti)(ti)(ti)輸(shu)出(chu)功率(lv)較低(di)，為了實現(xian)(xian)(xian)高功率(lv)放大，SSPA 需(xu)要將許(xu)多功率(lv)晶體(ti)(ti)(ti)管并聯放置，從而實現(xian)(xian)(xian)輸(shu)出(chu)功率(lv)的合成(cheng)。固(gu)態器件(jian)具有體(ti)(ti)(ti)積小(xiao)、噪(zao)聲低(di)、穩定(ding)性好的優(you)點(dian)(dian)，缺點(dian)(dian)是應用(yong)頻(pin)(pin)帶低(di)、單體(ti)(ti)(ti)輸(shu)出(chu)功率(lv)小(xiao)、效(xiao)率(lv)低(di)。
2.1 歷史發展
二戰以(yi)來，信息技(ji)術(shu)取得了(le)(le)(le)飛速發(fa)展，發(fa)起(qi)并推動(dong)了(le)(le)(le)第三次科技(ji)革命，深刻地改(gai)變(bian)了(le)(le)(le)人們(men)的生活和(he)學習方式(shi)，也(ye)改(gai)變(bian)了(le)(le)(le)世界(jie)格局和(he)斗(dou)爭形式(shi)。微電子技(ji)術(shu)是(shi)信息技(ji)術(shu)的核心(xin)，而半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao)是(shi)微電子技(ji)術(shu)的基石。受(shou)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao)本(ben)身的限制，固(gu)(gu)態功(gong)率(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)件效率(lv)(lv)(lv)比較低，在(zai)較高頻率(lv)(lv)(lv)下(xia)輸出(chu)功(gong)率(lv)(lv)(lv)非常小，并且隨著(zhu)(zhu)頻率(lv)(lv)(lv)和(he)帶寬的增加，其輸出(chu)功(gong)率(lv)(lv)(lv)電平顯著(zhu)(zhu)下(xia)降，器(qi)(qi)件成本(ben)也(ye)大(da)幅度上升(sheng)。為滿足無線通(tong)訊、雷達、航(hang)空航(hang)天等(deng)對器(qi)(qi)件高頻率(lv)(lv)(lv)、寬帶寬、大(da)功(gong)率(lv)(lv)(lv)和(he)高效率(lv)(lv)(lv)的要求(qiu)，20 世紀 90 年代起(qi)，以(yi) GaN 和(he) SiC 為代表的寬禁(jin)帶新型半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao)深刻地改(gai)變(bian)了(le)(le)(le)固(gu)(gu)態功(gong)率(lv)(lv)(lv)放大(da)器(qi)(qi)的性能(neng)，并引起(qi)了(le)(le)(le)人們(men)的關(guan)注(zhu)和(he)研究。
2.2 研究與應用現狀
2.2.1 應用現狀
公(gong)開信息顯示，各家的(de)(de)產(chan)品主(zhu)要還(huan)是(shi)集中在(zai)(zai) L，S 和(he)(he)(he) C 波段(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)。就空(kong)間應用 SSPA 來說，2016 年，馬薩(sa)諸塞州航空(kong)航天(tian)技術研究(jiu)所(suo)的(de)(de)研究(jiu)表明(ming)，SSPA 實際(ji)上可(ke)用于高達 Ku 波段(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)的(de)(de)頻率(lv)(lv)，且該波段(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)中 SSPAs 的(de)(de)比(bi)例從波音公(gong)司(si)之前研究(jiu)中的(de)(de)大約 1%增加到 6%，但(dan)更高波段(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)則很(hen)少(shao)有應用了。一(yi)些的(de)(de)制造商的(de)(de)產(chan)品也可(ke)以大致(zhi)說明(ming) SSPA 的(de)(de)應用情況(kuang)。NEC 公(gong)司(si)的(de)(de) SSPA，在(zai)(zai) L 波段(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)輸(shu)出(chu)功率(lv)(lv)和(he)(he)(he)標(biao)稱(cheng)增益(yi)為 55 W 和(he)(he)(he) 61 dB，S 波段(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)為 24 W 和(he)(he)(he) 70 dB，C 波段(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)則為 20 W 和(he)(he)(he) 86 dB。Airbus Defense and Space 公(gong)司(si)開發(fa)的(de)(de) SSPA，L 波段(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)和(he)(he)(he) S 波段(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)器件的(de)(de)輸(shu)出(chu)功率(lv)(lv)為 15 W，效(xiao)率(lv)(lv)為 31%，標(biao)稱(cheng)增益(yi)為 67 dB，C 波段(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)的(de)(de)輸(shu)出(chu)功率(lv)(lv)為 20 W，效(xiao)率(lv)(lv)為 37%，標(biao)稱(cheng)增益(yi)為 70 dB。
2.2.2 GaN 產品
GaN 材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)作(zuo)為(wei)寬禁(jin)(jin)帶半導(dao)體(ti)的(de)(de)(de)重(zhong)要代表，以(yi)*的(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能優勢，在眾多半導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)中脫穎而出，引起了(le)廣泛的(de)(de)(de)關注和(he)研(yan)究。如(ru)表 3 所示，GaN 相(xiang)比其它(ta)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)具有更(geng)*的(de)(de)(de)特(te)性(xing)(xing)(xing)：大(da)(da)的(de)(de)(de)禁(jin)(jin)帶寬度(du)，是(shi) GaN 材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)大(da)(da)功率(lv)(lv)應(ying)用的(de)(de)(de)根(gen)本所在；*的(de)(de)(de)電子(zi)遷(qian)移(yi)率(lv)(lv)，決定了(le)器(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)(de) 高(gao)工作(zuo)頻(pin)率(lv)(lv)和(he)放大(da)(da)增益；高(gao)的(de)(de)(de)飽和(he)電子(zi)漂移(yi)速度(du)，提(ti)高(gao)了(le)頻(pin)率(lv)(lv)特(te)性(xing)(xing)(xing)，使其適于高(gao)頻(pin)器(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)(de)應(ying)用；高(gao)的(de)(de)(de)擊穿(chuan)場強，有利于器(qi)(qi)件(jian)應(ying)用于大(da)(da)功率(lv)(lv)信號，也有利于器(qi)(qi)件(jian)尺寸(cun)的(de)(de)(de)減小；良好的(de)(de)(de)熱導(dao)率(lv)(lv)，可降(jiang)低溝道(dao)溫度(du)，使得器(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)(de)工作(zuo)性(xing)(xing)(xing)能穩定；低的(de)(de)(de)介(jie)電常數，這可使器(qi)(qi)件(jian)尺寸(cun)增大(da)(da)以(yi)提(ti)高(gao)器(qi)(qi)件(jian)功率(lv)(lv)，也可提(ti)高(gao)器(qi)(qi)件(jian)頻(pin)率(lv)(lv)特(te)性(xing)(xing)(xing)；高(gao)的(de)(de)(de) Baliga 優值(zhi)，使其特(te)別適合于高(gao)頻(pin)寬帶大(da)(da)功率(lv)(lv)領域應(ying)用。
近年來，在(zai)微(wei)(wei)(wei)波(bo)發射系(xi)統(tong)中普遍(bian)應用(yong)多個微(wei)(wei)(wei)波(bo)單片(pian)集成電(dian)路（MMIC）進行功(gong)(gong)率(lv)(lv)合成以獲(huo)得更(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)。而采用(yong) GaN 材料研制(zhi)的(de)(de) MMIC 單片(pian)功(gong)(gong)率(lv)(lv)密度高(gao)(gao)、電(dian)流(liu)小、效(xiao)率(lv)(lv)高(gao)(gao)。國內已采用(yong) Ku 頻段 GaN 材料單片(pian)和一款波(bo)導合成網絡(luo)研制(zhi)出(chu)一種(zhong)(zhong)功(gong)(gong)率(lv)(lv)放大(da)(da)器(qi)，并通(tong)過(guo)多個該(gai)放大(da)(da)器(qi)進行功(gong)(gong)率(lv)(lv)合成，得到了(le)更(geng)大(da)(da)的(de)(de)寬帶輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)，在(zai)*事(shi)及民用(yong)領域均可適用(yong)。另提出(chu)了(le)一種(zhong)(zhong)基于等(deng)效(xiao)電(dian)路參(can)數多偏差(cha)統(tong)計(ji)模(mo)型(xing)的(de)(de)微(wei)(wei)(wei)波(bo) GaN 高(gao)(gao)電(dian)子遷移率(lv)(lv)晶體管（HEMT）功(gong)(gong)率(lv)(lv)放大(da)(da)器(qi)的(de)(de)設計(ji)方法，并利(li)用(yong)統(tong)計(ji)建模(mo)方法驗證了(le)統(tong)計(ji)模(mo)型(xing)。采用(yong)此模(mo)型(xing)進行 Ku 波(bo)段 GaN HEMT 功(gong)(gong)率(lv)(lv)放大(da)(da)器(qi)設計(ji)，具(ju)有(you)較高(gao)(gao)的(de)(de)漏極效(xiao)率(lv)(lv)，模(mo)擬(ni)結(jie)果在(zai)統(tong)計(ji)上與測(ce)量結(jie)果一致(zhi)。
2.3 發展趨勢
GaN 和(he)(he) SiC 等(deng)(deng)(deng)新(xin)材(cai)料優勢明顯，它(ta)們使得固態器件的(de)功(gong)率(lv)(lv)、頻(pin)(pin)率(lv)(lv)和(he)(he)帶(dai)寬都得到了(le)提(ti)(ti)(ti)高(gao)。SiC 的(de)材(cai)料成本較高(gao)，這(zhe)也(ye)成為阻礙其發展(zhan)的(de)一(yi)個因素，但應用(yong)(yong)前(qian)景(jing)廣(guang)闊。GaN 技(ji)術(shu)(shu)(shu)正快速發展(zhan)并逐(zhu)步走向應用(yong)(yong)，未來(lai)還(huan)將繼(ji)續向高(gao)功(gong)率(lv)(lv)和(he)(he)高(gao)效(xiao)率(lv)(lv)改進(jin)，包括基于金剛石襯底提(ti)(ti)(ti)高(gao)散熱能力和(he)(he)最大功(gong)率(lv)(lv)密度，采用(yong)(yong)新(xin)型場板結(jie)構改善晶(jing)體管電(dian)流崩(beng)塌效(xiao)應以提(ti)(ti)(ti)高(gao)輸出(chu)(chu)功(gong)率(lv)(lv)，采用(yong)(yong)堆(dui)疊結(jie)構提(ti)(ti)(ti)高(gao)功(gong)放電(dian)路(lu)電(dian)壓擺幅(fu)和(he)(he)輸出(chu)(chu)功(gong)率(lv)(lv)等(deng)(deng)(deng)。此外，它(ta)還(huan)將繼(ji)續向更高(gao)頻(pin)(pin)段突破，包括等(deng)(deng)(deng)比(bi)例縮小(xiao)技(ji)術(shu)(shu)(shu)提(ti)(ti)(ti)升特征頻(pin)(pin)率(lv)(lv)，克服擊穿(chuan)電(dian)壓降(jiang)低、短溝(gou)道(dao)效(xiao)應、漏延遲(chi)、寄生 RC 延遲(chi)惡(e)化等(deng)(deng)(deng)問題。更高(gao)集成度增強技(ji)術(shu)(shu)(shu)，電(dian)滲析法(fa)（ED）工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)(shu)(shu)及支持片上系統 SoC 技(ji)術(shu)(shu)(shu)等(deng)(deng)(deng)也(ye)是其發展(zhan)方向。
3. 微波功率模塊
如前所(suo)述，電(dian)真空(kong)器(qi)(qi)件(jian)單管功(gong)率(lv)(lv)大(da)于(yu)(yu)固態(tai)(tai)器(qi)(qi)件(jian)，可以(yi)應用(yong)(yong)的(de)(de)頻(pin)段也更高，但真空(kong)器(qi)(qi)件(jian)需要高壓電(dian)源，體積和(he)質量較大(da)。而(er)固態(tai)(tai)功(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)件(jian)由于(yu)(yu)半導體本身材料(liao)限制，效率(lv)(lv)較低，而(er)且不(bu)適用(yong)(yong)于(yu)(yu)高頻(pin)率(lv)(lv)。在(zai)此情況下，微波功(gong)率(lv)(lv)模塊（MPM）應運而(er)生(sheng)。MPM 作為(wei)一(yi)種新型(xing)的(de)(de)微波功(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)件(jian)，其最大(da)的(de)(de)特點(dian)在(zai)于(yu)(yu)充分利用(yong)(yong)了真空(kong)器(qi)(qi)件(jian)和(he)固態(tai)(tai)器(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)優點(dian)，并避免了其各自的(de)(de)缺點(dian)，從而(er)獲(huo)得高增益、低噪聲、大(da)功(gong)率(lv)(lv)、高效率(lv)(lv)等二者單獨使用(yong)(yong)無法獲(huo)得的(de)(de)優良性能(neng)。其集成電(dian)源的(de)(de)設計使用(yong)(yong)戶(hu)不(bu)用(yong)(yong)直接面對高壓，提(ti)高了安全性。
3.1 MPM 簡介
MPM 將固(gu)態功(gong)放(fang)(fang)、小型化行波(bo)管及微型集(ji)成(cheng)電(dian)源全部封裝在一個小空(kong)間內，創造性(xing)地把(ba)固(gu)態和(he)真空(kong)兩種技術(shu)結(jie)合起來，在性(xing)能上遠遠地超過單獨的固(gu)態和(he)真空(kong)器件。如圖 2 所(suo)示，固(gu)態放(fang)(fang)大器作(zuo)為前級(ji)，為整個放(fang)(fang)大鏈提(ti)(ti)供(gong)低噪(zao)聲和(he)相當的增(zeng)益，行波(bo)管為末(mo)級(ji)功(gong)放(fang)(fang)，提(ti)(ti)供(gong)大功(gong)率輸出，集(ji)成(cheng)電(dian)源提(ti)(ti)供(gong) MPM 所(suo)需的各級(ji)電(dian)壓，并為模塊提(ti)(ti)供(gong)控制和(he)保護功(gong)能。
圖 2 MPM 的組成
MPM 將(jiang)兩種(zhong)器(qi)件的(de)優點(dian)(dian)有機結合，具備了大(da)功率(lv)、高效率(lv)、小體積和低噪聲等優點(dian)(dian)，可用于通信、電子對(dui)抗以及民用領域。對(dui)于機載和星載等應用平臺，由于其對(dui)放大(da)器(qi)的(de)體積、質(zhi)量等要求嚴格，MPM 也將(jiang)具有很(hen)好(hao)的(de)前景。另外，由于 MPM 應用非常方便，傳統的(de) TWTA 也有被 MPM 替(ti)代的(de)趨勢。
3.2 MPM 研究現狀
3.2.1 國外發展現狀(zhuang)
MPM 的概念自(zi) 20 世紀(ji) 80 年代末*提出(chu)以來，相關技(ji)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(tui)出(chu)了(le)自(zi)己(ji)的 MPM 產(chan)品。如圖(tu) 3 所示，可(ke)以看出(chu)不同(tong)品牌及型號的 MPM 已涵蓋(gai)了(le) 2～45 GHz 的范圍，高(gao)(gao)已達到 W 波段和 G 波段，連(lian)續波輸出(chu)功(gong)率高(gao)(gao)達 250 W，并呈(cheng)現出(chu)低頻(pin)模(mo)塊高(gao)(gao)功(gong)率化(hua)、低功(gong)率模(mo)塊高(gao)(gao)頻(pin)化(hua)的特點。
圖 3 當前 MPM 頻率(lv)功率(lv)分(fen)布
MPM 諧波(bo)抑制(zhi)均控(kong)(kong)制(zhi)在(zai)(zai)−11～4 dBc 之(zhi)間(jian)，雜波(bo)控(kong)(kong)制(zhi)在(zai)(zai)−60～40 dBc 之(zhi)間(jian)。MPM 效率(lv)(lv)主要取決于功率(lv)(lv)器件和集成(cheng)(cheng)電(dian)源的(de)(de)效率(lv)(lv)，目前(qian)國外集成(cheng)(cheng)電(dian)源效率(lv)(lv)一直處于水平，MPM 產(chan)品效率(lv)(lv)均在(zai)(zai) 30%左右。在(zai)(zai)小型(xing)(xing)化上，各廠(chang)家 MPM 尺寸上嚴格把控(kong)(kong)，總體控(kong)(kong)制(zhi)較為(wei)(wei)成(cheng)(cheng)熟，相對(dui)集中在(zai)(zai) 2～3 kg 之(zhi)間(jian)。而在(zai)(zai)尺寸上由(you)于散熱、電(dian)磁兼容(rong)設計等不(bu)同，體積大小不(bu)一，部(bu)分產(chan)品達到了(le) MPM 小型(xing)(xing)化的(de)(de)，如 L3 公司推出(chu)的(de)(de) Ka 頻段 50 W 產(chan)品，其型(xing)(xing)號為(wei)(wei) M1871，如圖 4 所示，注冊(ce)商標采用 NanoMPM，尺寸為(wei)(wei) 127 mm×76 mm×25 mm，且(qie)質量僅為(wei)(wei) 700 g。
圖 4 M1871 MPM
3.2.2 國內發展現狀
在(zai)(zai)(zai)我國(guo)(guo)，對于(yu) MPM 的(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)起步比(bi)較晚，直到 2001 年以(yi)后才(cai)正式開展(zhan) MPM 的(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)。通過(guo)近 20 年的(de)(de)努力，在(zai)(zai)(zai)典(dian)型頻段(duan)內，國(guo)(guo)內也成(cheng)功(gong)研(yan)(yan)(yan)制(zhi)了功(gong)率量(liang)級和尺(chi)寸(cun)(cun)與國(guo)(guo)外相當的(de)(de) MPM 產品。當前，國(guo)(guo)內研(yan)(yan)(yan)發的(de)(de) W 波(bo)段(duan) MPM，實(shi)現(xian)連續波(bo) 50 W 的(de)(de)輸(shu)出功(gong)率，增益 47 dB，帶寬 6 GHz，尺(chi)寸(cun)(cun) 370 mm×180 mm×45 mm，模塊總效(xiao)率超(chao)過(guo) 10%，均(jun)衡放(fang)(fang)(fang)大(da)組(zu)件(jian)能提(ti)供 16.5 dB 以(yi)上的(de)(de)增益，均(jun)衡量(liang)達(da)到 7 dB。測試結(jie)果顯示，在(zai)(zai)(zai) 6 GHz 帶寬內輸(shu)出功(gong)率大(da)于(yu) 50 W，整管(guan)效(xiao)率為 15.7%，集(ji)(ji)成(cheng)電(dian)源(yuan)能提(ti)供高(gao) 17 kV 的(de)(de)高(gao)壓，該(gai)模塊滿足了雷達(da)、通信、電(dian)子對抗(kang)等系統對 W 波(bo)段(duan)寬帶大(da)功(gong)率輸(shu)出的(de)(de)要求。中國(guo)(guo)電(dian)子科(ke)技集(ji)(ji)團公司(si)第(di)十(shi)二研(yan)(yan)(yan)究(jiu)所(suo)(suo)開發的(de)(de) 4～18 GHz 50 W MPM，如(ru)圖 5 所(suo)(suo)示，效(xiao)率達(da) 32%，但尺(chi)寸(cun)(cun)僅為 140 mm×86 mm×20 mm，其(qi)所(suo)(suo)用的(de)(de)小型化行波(bo)管(guan)尺(chi)寸(cun)(cun)為 135 mm×25 mm×16 mm，質量(liang) 135 g。中國(guo)(guo)航天科(ke)技集(ji)(ji)團公司(si)五院西安分院正在(zai)(zai)(zai)研(yan)(yan)(yan)制(zhi) Ku 頻段(duan) 500 W 脈沖雙(shuang)管(guan) MPM，結(jie)構(gou)如(ru)圖 6 所(suo)(suo)示，兩支固(gu)態放(fang)(fang)(fang)大(da)器、行波(bo)管(guan)和集(ji)(ji)成(cheng)電(dian)源(yuan)安裝(zhuang)在(zai)(zai)(zai)一(yi)個(ge)盒體內，其(qi)中固(gu)態放(fang)(fang)(fang)大(da)器安裝(zhuang)于(yu)行波(bo)管(guan)上方，通過(guo)螺(luo)釘緊固(gu)在(zai)(zai)(zai)機殼上，固(gu)態放(fang)(fang)(fang)大(da)器和行波(bo)管(guan)之(zhi)間通過(guo)半鋼電(dian)纜(lan)進行互聯，尺(chi)寸(cun)(cun)為 310 mm×248 mm×60 mm，重(zhong)量(liang)＜7 kg。
圖(tu) 5 中國電子科技集團公司第十二(er)研究所 4～18 GHz 50 W MPM
圖 6 Ku 頻段(duan) 500 W 脈沖雙(shuang)管(guan) 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)(de)頻(pin)率(lv)推進，是(shi) MPM 的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)方(fang)向。目(mu)前其(qi)工作(zuo)頻(pin)段(duan)已(yi)經達到了(le)毫米(mi)(mi)波(bo)波(bo)段(duan)，我們將毫米(mi)(mi)波(bo)波(bo)段(duan)的(de)(de)(de)(de)微波(bo)功(gong)率(lv)模塊又稱(cheng)之為毫米(mi)(mi)波(bo)功(gong)率(lv)模塊（Millimeter Wave Power Module，MMPM）。L3 公(gong)(gong)司(si)(si)推出 W 頻(pin)段(duan) 100 W 的(de)(de)(de)(de) MPM—M2839，其(qi)工作(zuo)于 92～96 GHz，重量為 6.3 kg，尺(chi)寸 375 mm×213 mm×83 mm。該(gai)(gai)公(gong)(gong)司(si)(si)又在(zai) W 頻(pin)段(duan) MPM 的(de)(de)(de)(de)基礎上，推出了(le) E 波(bo)段(duan) MPM，該(gai)(gai)產品(pin)(pin)按(an)工作(zuo)頻(pin)率(lv)分為 71～76 GHz 和 81～86 GHz 的(de)(de)(de)(de)兩個型號，尺(chi)寸都是(shi) 376 mm×26.5 mm×7.6 mm。而(er)滿足帶(dai)寬的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)是(shi)最(zui)初研制(zhi) MPM 的(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)之一，隨著技術的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)，目(mu)前已(yi)推出了(le)多款工作(zuo)頻(pin)帶(dai) 4.5～18 GHz 的(de)(de)(de)(de) MPM 產品(pin)(pin)，可以在(zai) 2 個倍(bei)頻(pin)程的(de)(de)(de)(de)帶(dai)寬內(nei)提供 250 W 的(de)(de)(de)(de)最(zui)大(da)輸(shu)出功(gong)率(lv)。Thales 公(gong)(gong)司(si)(si)推出針對電子對抗應用(yong)的(de)(de)(de)(de) MPM 產品(pin)(pin)，如圖 7 所(suo)示工作(zuo)頻(pin)率(lv) 4.5～18 GHz 的(de)(de)(de)(de) 200 W MPM 產品(pin)(pin) TH24512，以及工作(zuo)頻(pin)率(lv) 18～40 GHz 的(de)(de)(de)(de) 65 W 電子對抗用(yong) MPM。
圖 7 TH24512 MPM
3.3.2 小型化
實現 MPM 的(de)小型(xing)化(hua)，首先(xian)要實現各組(zu)(zu)件自身的(de)小型(xing)化(hua)。而行波管作(zuo)為(wei)(wei) MPM 的(de)末級(ji)輸出(chu)(chu)，影響關鍵。L3 公司推(tui)出(chu)(chu)的(de)產品(pin) M1870（Ku 波段(duan)(duan)）和 M1871（Ka 波段(duan)(duan)）。它們的(de)功率(lv)分(fen)別(bie)為(wei)(wei) 40 W 和 50 W，尺寸分(fen)別(bie)為(wei)(wei) 140 mm×77 mm×25 mm、重(zhong) 700 g 和 168 mm×104 mm×25 mm、重(zhong) 1.13 kg，代表了 MPM 小型(xing)化(hua)的(de)高(gao)水平。集(ji)成(cheng)電源也是一個重(zhong)要部分(fen)。信息工程大學在(zai) 2016 年研制的(de)厚(hou)度不足(zu) 12 mm、效率(lv)達到 94%左右(you)的(de)用于 MPM 的(de) EPC 組(zu)(zu)件，如(ru)圖 8 所(suo)示，在(zai)超薄(bo)設(she)(she)計上(shang)達到*水平，為(wei)(wei) MPM 的(de)小型(xing)化(hua)設(she)(she)計和陣列(lie)化(hua)應(ying)用奠(dian)定了基礎(chu)。
圖 8 信(xin)息(xi)工程大(da)學的超薄 EPC 組件
3.3.3 標準化
MPM 模塊化(hua)的(de)(de)(de)設(she)計(ji)為大批量生(sheng)產(chan)(chan)提供了便(bian)利(li)，可使(shi)成(cheng)本(ben)進一步降低，在模塊化(hua)基(ji)礎上生(sheng)產(chan)(chan)的(de)(de)(de)系(xi)列(lie)產(chan)(chan)品(pin)可根據不(bu)(bu)同(tong)場合要(yao)求進行設(she)計(ji)，從(cong)而滿足不(bu)(bu)同(tong)需求。如針(zhen)對(dui)雷達應用的(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)頻段 13.5～18 GHz 功(gong)率 110 W 產(chan)(chan)品(pin)、針(zhen)對(dui)數據通信應用的(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)頻段 14.5～15.5 GHz 功(gong)率 100 W 產(chan)(chan)品(pin)，均采用了統一的(de)(de)(de) 2 250 mm×232 mm×35 mm 封裝(zhuang)，系(xi)列(lie)產(chan)(chan)品(pin)標準化(hua)程度較高(gao)。另(ling)外，針(zhen)對(dui)電子作(zuo)戰、衛星通信傳(chuan)輸等寬(kuan)頻帶高(gao)功(gong)率的(de)(de)(de)要(yao)求，也(ye)在進行相(xiang)應的(de)(de)(de)標準化(hua)設(she)計(ji)。
3.3.4 新型 MPM
隨(sui)著各(ge)類信息(xi)系統(tong)(tong)和(he)器(qi)件(jian)不斷朝著微型化(hua)(hua)和(he)集成化(hua)(hua)的(de)(de)(de)方向發(fa)展，雙(shuang)(shuang)通(tong)道(dao) MPM、雙(shuang)(shuang)模 MPM 和(he) T/R 型 MPM 等將成為研究重點。雙(shuang)(shuang)通(tong)道(dao) MPM 可(ke)(ke)同時(shi)實(shi)現兩(liang)路干(gan)(gan)擾信號輸出，也具備(bei)空(kong)間合(he)成能力，功率(lv)密度(du)較傳統(tong)(tong) MPM 提高(gao)近 1 倍。當一路行(xing)波管(guan)出現故障時(shi)，MPM 仍可(ke)(ke)在(zai)功率(lv)減半的(de)(de)(de)條件(jian)下(xia)工作(zuo)，提高(gao) MPM 的(de)(de)(de)冗余(yu)度(du)。雙(shuang)(shuang)模 MPM 同時(shi)實(shi)現準連續(xu)波和(he)脈沖(chong)兩(liang)種工作(zuo)模式，實(shi)現新型的(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)模干(gan)(gan)擾體制，為小型化(hua)(hua)、高(gao)性價(jia)比(bi)的(de)(de)(de)雷(lei)達(da)干(gan)(gan)擾一體化(hua)(hua)奠定基礎(chu)。T/R 型 MPM 使(shi)系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)天線(xian)可(ke)(ke)以收(shou)發(fa)共孔(kong)徑(jing)，突破行(xing)波管(guan)收(shou)發(fa)功能，解決(jue)環型器(qi)頻(pin)段限制和(he)損耗問題。
MPM 作(zuo)為一(yi)種全新的(de)(de)功(gong)率器件(jian)，將(jiang)真空和固態(tai)器件(jian)進行了(le)有效結合(he)，其應用(yong)(yong)已經覆蓋了(le)民用(yong)(yong)等(deng)各個領域。針對應用(yong)(yong)環境(jing)的(de)(de)不同，MPM 也(ye)可通(tong)過(guo)合(he)理選擇器件(jian)的(de)(de)性能(neng)參數(shu)，以滿(man)(man)足不同的(de)(de)需(xu)求。如滿(man)(man)足數(shu)據傳輸(shu)和通(tong)信的(de)(de)應用(yong)(yong)，則提高(gao)線性度；滿(man)(man)足星(xing)載和機載系統(tong)的(de)(de)應用(yong)(yong)，則增強效率；滿(man)(man)足電子對抗系統(tong)的(de)(de)應用(yong)(yong)，則實現高(gao)增益。隨著技(ji)術的(de)(de)發展(zhan)，MPM 在無人機等(deng)平臺上也(ye)將(jiang)表現出更為重要的(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)。
4. 總 結
功(gong)率(lv)(lv)(lv)放大(da)器的(de)(de)新技術繼續得益于(yu)固態和(he)(he)真(zhen)空技術的(de)(de)共(gong)同進(jin)步。通過對商業化產品和(he)(he)工業級的(de)(de)原型器件的(de)(de)統計，得出(chu)了當代放大(da)器可用(yong)峰值飽和(he)(he)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)(lv)(lv)隨(sui)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)變化的(de)(de)曲線，如圖 9 所示。圖中將(jiang)單個(ge)(ge) GaN MMIC 的(de)(de)峰值飽和(he)(he)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)(lv)(lv)與單個(ge)(ge)行(xing)波(bo)管器件和(he)(he)集(ji)成的(de)(de) MPM 進(jin)行(xing)比(bi)較，可以看到(dao)，大(da)于(yu) 50 dBm 的(de)(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)(lv)(lv)水平代表了毫米波(bo)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)范(fan)圍內商業器件性能的(de)(de)前沿。特別是 MPM 適用(yong)于(yu)小體積、輕(qing)質量(liang)、大(da)功(gong)率(lv)(lv)(lv)、低(di)成本(ben)（SWaP-efficient）等高性價比(bi)應用(yong)平臺。
圖(tu) 9 真空、固態(tai)及(ji) MPM 新飽和(he)輸(shu)出功率隨(sui)頻率變化圖(tu)
5. 結 論
本文(wen)首(shou)先(xian)分(fen)別介紹了真空和(he)固態放大(da)器(qi)件的(de)(de)(de)(de)組成和(he)特(te)點，然(ran)后(hou)介紹了它們的(de)(de)(de)(de)發展歷(li)史、當前(qian)的(de)(de)(de)(de)技術研究狀況(kuang)和(he)未來(lai)發展趨勢。而后(hou)引出(chu)了兩種器(qi)件相結(jie)合的(de)(de)(de)(de)產物——微波功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)，并重點介紹了微波功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)的(de)(de)(de)(de)產生過程和(he)當前(qian)國內外的(de)(de)(de)(de)發展狀況(kuang)，并對未來(lai)的(de)(de)(de)(de)發展趨勢進行了分(fen)析和(he)預(yu)測。最后(hou)總結(jie)了當前(qian)三種器(qi)件的(de)(de)(de)(de)功(gong)率(lv)水平。
總之，真(zhen)空和(he)固態(tai)器(qi)件(jian)各有(you)特點，應(ying)根據(ju)具體應(ying)用場合和(he)工(gong)作頻(pin)段(duan)(duan)，做優(you)選(xuan)用。顯(xian)然，在高(gao)頻(pin)段(duan)(duan)上(shang)(shang)真(zhen)空器(qi)件(jian)優(you)勢明顯(xian)，是實現(xian)毫米波、THz 功率的(de)有(you)效途徑，因此需求巨大，應(ying)繼續拓展(zhan)。而在低(di)頻(pin)段(duan)(duan)上(shang)(shang)由(you)于 GaN 等(deng)新材料的(de)應(ying)用，SSPA 占據(ju)著統(tong)治的(de)地(di)位，未來仍然會是研究(jiu)的(de)熱點。MPM 則集成了(le)二者(zhe)的(de)優(you)點，一(yi)方(fang)面(mian)解決了(le)真(zhen)空器(qi)件(jian)“加電難”的(de)問題，另一(yi)方(fang)面(mian)又(you)解決了(le)固態(tai)器(qi)件(jian)在高(gao)頻(pin)段(duan)(duan)難以達到高(gao)功率的(de)問題，因此必然會成為(wei)各個領(ling)域研究(jiu)應(ying)用的(de)重點。我(wo)國的(de) MPM 也要在充分(fen)學(xue)外先進技術的(de)基(ji)礎上(shang)(shang)，堅(jian)持小型化(hua)(hua)、標準化(hua)(hua)，并(bing)向高(gao)頻(pin)和(he)寬帶(dai)方(fang)向發展(zhan)，不斷(duan)改善薄弱環節，增強工(gong)藝水平，實現(xian)產品的(de)自主可(ke)控。
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