微波功率模块的发展状况及趋势

微波功率模块的发展状况及趋势发射器件主要分为半导体固态器件和电真空器件两种形式电真空器件作为功率放大器，在军事装备的发展历史上扮演了非常重要角色，直到现在仍是是雷达、通信、电子战等系统的核心元器件GaAs晶体管问世之前，真空管是功率放大和发射的唯一解决方案后来，晶体管半导体固态器件开始在低频段替代真空管，伴随着频率的增高，两者互有竞争，互相补充，在高频率段，一直是电真空器件的领地电真空器件是实现大功率耋光波的必经之路

1、微波功率模块的诞生背景真空器件和固态器件各有特点固态器件低电压、大电流，体积小，半导体工艺生产的一致性好，更适合密集有源阵列应用，但需要克服高频段单件功率小、效率低、温漂大和系统功耗大等问题真空器件高电压、低电流，单个器件功率大、效率高、耐高温，系统成本低，但工艺生产一致性不如固态器件，而且存在单件体积大等需要克服的问题自从半导体固态电子器件诞生以来，两者即开始竞争竞争的同时，器件之间、技术之间的相互融合导致了微波功率模块的诞生，微波功率模块，简称MPMMicrowave PowerMoudle MPM克服了行波管加电困难的弊病,将行波管和与之o配套的高压电源集成为一体，极大方便了使用用户直接面对的是28V、48V、115V和270V等不同平台的中低电压MPM集合了真空电子器件与固态器件的优点，其性能超过了单独的固态放大器和单独的行波管所能达到的性能MPM兼有固态器件的低噪声性能和行波管的高功率、高效率；并且它相对行波管减轻了对电源的要求，减轻了电源重量；与单独的行波管相比，改善了增益和相位匹配及控制MPM在毫米波频段，称为毫米波功率模块，简称MMPM MillimeterwavePower Module□继续延伸，可以到太赫兹功率模块，简称TPM TerahertzPower Moduleo图

1、固态器件和真空器件的竞争示意图MPM的出现为电真空器件特别是行波管的应用插上了翅膀，目前两类器件间的竞争已经主要转化为纯固态器件与MPM之间的竞争

2、微波功率模块的发展状况国外MPM/MMPM及相关的技术已非常成熟多豕公司如L

3、Thales、Triton CPI、Sel-exES MITEQ、dBcontroK e2V等，均推出了自劭率GHz..一二K三珥子己的MPM产品，频段覆盖最高达到W波段和G波段，连续波输出功率最高达250Wo从各厂家推出的典型MPM产品看，具有低频模块高功率化、低功率模块高频化的特点其中在输出功率100W等级，不同品牌及型号的MPM已完全覆盖240GHz的〜范围同时在工作频段6典2的MPM产品中，其输出功率最高已经达到250W〜目前，国外MPM谐波控制在-HdBc-4dBc之间，杂散控制在-60dBc~-40dBe之间〜国外MPM的总效率大体在30%左右，产品重量控制也较为成熟，相对集中在2-3kg之间，而在尺寸上由于散热、电磁兼容设计等不同，体积大小不一目前连续波MPM/MMPM技术水平（功率、频带）如图2所示一50频60~80率/GHz250图

2、目前MPM技术水平（功率、频带）图3是L3公司推出的

6.5-18GHz200W的MPM—M1245,其电源为270VDC,可以连续波工作，也可以脉冲工作，模块效率大于22%,体积216mmx

247.7mmx

38.Immo图4是装在弹载平台的宽带模块，采用异性结构可适应弹载平台要求，其工作频率为2T8GHZ,由两支行波管频率合成，行波管频率分别为2-6GHz和6T8GHz图5是L3推出的Ku波段1000W脉冲MPM图6是意大利OfficineGalileo公司Ku波段空间应用MPM,带宽2GHz,饱和输出功率150肌增益51dB,效率610-6i,3%,尺寸为3,30mmX87mniX120mm,重量

1.85kgo02040210050Y1=图

3、L3公司的6-18GHzMPM——M1245图

4、2-18GHz300W连续波MPM2TWTs图

5、15-18GHz lkW脉冲MPM图

6、意大利空间应用MPM国内电真空功率器件行业，在过去的六十年中，实现了“跟踪仿制国外产品”到“引领行业发展”的跨越，产品性能不断突破目前，已建立了国际一流的研发中心和生产线，高性能器件和新型装备蓬勃发展，持续推出一系列的满足新一代武器系统的行波管核心放大器产品国内电真空器件行业已形成了2-50GHz系列化宽带行波管，实现了进口产品的100%替代，并且实现多个产品的批量出口目前电真空器件在高效率、小型化和太赫兹高频率三个方向均有突破性发展下面以MPM为代表介绍其研制与发展情况上世纪90年代，国内开始关注MPM技术，由中国电科29所、中国电科12所、中国电科14所、776厂、772厂以及电子科技大学等单位联合开发的26GHzl00W、200W型MPM和6~18GHz100W、200W型MPM、毫米波MPM陆续研〜制成功，主要应用于机载电子战系统中，除了满足电性指标外，还具有高可靠的环境适应性图8为中国电科12所开发的418GHz50W微波功率模块，只有6□寸手机大小，尺寸为140niniX86niniX20mg模块效率32%其所用的小型化行波管重量仅135g,尺寸为135mmX25nlmX16mni图

7、国内26GHz MPM、618GHzMPM、毫米波MPM的外观图〜〜图

8、418GHz50W功率模块及其所用的小型化行波管总之，目前阶段的国内电真空器件发展水平基本与国外一致，已经解决了产品的有无问题，后续还需要提高产品的效能

3、MPM的发展趋势MPM结合了固态与电真空优点，MPM的发展趋势，有如下几点

（1）向更宽的频带发展最初研究MPM的目的之一是为了满足带宽的要求，随着技术的进步，目前已推出了多款工作频带

4.518GHz的MPM产品，可以在2个倍频程的带宽内提供250W的最大输出功率L3公司还推出了工作频率1840GHz的MMPM产品M2842,输出功率〜100W,尺寸为248mmX216mmX38mm,重量

3.4kgThales公司也推出针对电子对抗应用多款MPM产品例如，工作频率

4.5~18GHz200W的MPM产品TH24512,工作频率18~40GHz65W的电子对抗用MPM图

9、L3公司18~40GHzMMPM产品一M2842图

10、Thales公司

4.5~18GHzMPM产品一TH245122进一步小型化L3公司先后推出了Ku波段40W产品M1870⑻和Ka波段50W产品M187L并注册了NanoMPM的商标M1870产品尺寸为140nlmX77mniX25mH1,重700g；M1871尺寸为168mmX104mmX25mm,重

1.13kg这两个MPM在尺寸上可媲美于纯固态放大器产品，并在效率上占有优势，代表了MPM的小型化水平其输入电源电压均是28V DC,接口MIL-STD-704E,极大地方便了使用a40WKu波段MPM—M1870b50WKa波段MPM—M1871图

11、L3公司的NanoMPM

（3）向更高频率推进向更高的频率推进，也是MPM的发展方向L3公司先后推出了W频段、E波段、G波段的MPM产品2013年，L3公司推出W频段100W的MPM—M2839,其工作于92-96GHz,重量为

6.3kg,尺寸3751nmX213mmX83nmi2016年，L3公司在W频段MPM的基础上，推出了E波段MPM,该产品按工作频率分为7176GHz和8186GHz的两个型号,尺寸都是376mm义

26.5mmX

7.6mm该MMPM可〜〜产生50W的线性输出（无线性化器饱和输出120W）2017年，L3公司推出的G频段15W的MMPM,该MMPM工作频率

232234.5GHz,尺寸380mm X240mm X70mm,〜重量为9kg图

12、MPM峰值功率与频率关系图图

13、L3公司的W波段MPM—M2839图

14、L3公司G波段MPM产品

4、未来展望MPM解决了电真空的“难使用”问题，并且相对固态器件，MPM在高频段具有高效率、高功率、小体积、高性价比特点；在无人机等小型平台，利用MPM非常便捷的特点，实现雷达、干扰、通信一体化的发射机目前用基本相同的发射机，分别验证了雷达发射机和电子战干扰机的性能，得到良好效果；后续工作需要控制资源进行整合，实现一体化的发射机，同时研制生产一系列的MPM,频率覆盖2〜40G,以及V、W波段、太赫兹的MMPM和TPM大力推广其产品应用，使其应用到无人机、诱饵、弹载、单兵作战系统。