固态雷达发射机的心脏——微波功率管

固态雷达发射机的心脏——微波功率管

【摘要】固态雷达发射机的心脏是微波功率管，微波固态功率管具有高可靠性、长寿命、低工作电压等优点。越来越多的固态发射机正在替代真空管发射机。

【关键词】雷达发射机；固态功率器件；晶体管

1.绪论

微波功率管是构建雷达装备的基础元件之一，一定程度上标志了雷达系统的可靠性、机动性和先进性，能体现雷达系统的核心技术以及生产性关键技术。近年来，随着微波半导体大功率器件的飞速发展，应用先进的微波单片集成电路（MMIC）和微波网络优化设计技术，将多个微波功率器件组合成固态发射组件，固态发射机通常由几十个甚至几千个固态发射组件组成。固态发射机的可靠性高，已成为一种必然，被人们所认可。

2.微波固态功率管的发展

微波功率管的发展主要是受半导体材料的影响，纵观微波固态功率管的发展历程，大致可以分为三个阶段。第一阶段为硅微波功率晶体管，功率管类型主要为LDMOS和硅双极型微波功率晶体管（BJT）两种；第二阶段以GaAs场效应管为代表；第三阶段是以SiC和GaN为制作材料的晶体管。每种类型的微波功率管都有其优点和不足，选择微波功率管时要根据工作频率、效率和带宽等多方面因素进行选择。表1所示为几种类型微波功率管的比较。

3.微波功率管在雷达上的工程化应用

雷达是利用物体对电磁波的反射来发现并测定目标的方位、高度、距离及运动等数据，在工作时会发射一种高频大功率无线电波，为雷达提供这样电磁波的大功率射频信号就是雷达发射机，载波经收发开关与馈线送到天线，再由天线聚集成波束朝空间发射出去。与真空管发射机比较，采用微波固态功率管的发射机具有高效率、低损耗、高可靠性、体积小、重量轻、维护方便和低工作电压等优点。越来越多的雷达发射机都采用了固态发射机。从而为微波功率管的应用拓宽了领域。

目前，固态发射机主要有两种体制：集中式固态发射机和分布式固态发射机。集中式固态发射机如图1所示。发射机是由前级激励经过功率分配送给发射组件，再经过功率合成器，最后由单一端口输出。该类型发射机可以保持冷天线，使雷达免遭红外制导武器的袭击，与分布型固态发射机相比较其缺点是损耗大、效率低。

分布式固态发射机如图2所示。发射机的许多小功率发射组件分布在天线阵面上，每个固态组件直接安装在天线辐射单元的后面，天线远场区的射频总功率

是由各组件辐射信号在空间合成而获得，分布型发射机主要用于有源相控阵雷达发射机。

由合成型和分布型固态发射机的结构特点可知，固态雷达发射机由大量的发射组件组成，最后对各发射组件的输出功率进行合成。可以讲发射组件研制是固态发射机的关键技术。发射组件的幅频特性和幅相一致性，直接影响到整个发射机的性能。单个发射组件的体积、质量只增加一点点，也会使天线质量增加很多，影响天线的机械性能和雷达的机动性。所以在设计发射组件时要精益求精，从理论设计到各项试验都要一丝不苟地进行，在发射组件性能指标和体积、重量、散热等之间取得合理的平衡。而微波功率管是发射组件的核心器件，发射组件的设计从某种程度上讲就是通过合理的微波网络优化保证微波功率管的正常使用的过程。本文通过某发射组件简单介绍微波功率管在雷达发射机上的应用。

该发射组件采用1-2-8的组合方式，如图3所示。“推动级”作为发射组件的第一级推动，其工作状态不仅影响组件的技术状态参数，而且对于组件以及系统的可靠性指标的高低都有着重要的影响。因此，在组件的设计过程中，根据所给功率管的技术参数以及后端的“160W功率模块”所需驱动功率的大小，对其输入、输出以及工作电压的大小都设置了相应的调节和保护措施，以使其自身和后端的工作状态达到最佳并对其偏离所设定的工作状态下进行保护。“160W功率模块”是本组件使用最多的功率单元，该功率单元主要是由两个微波功率管功率放大后合成输出，其性能的好坏直接影响着发射机的各项性能指标，为保证“160W功率模块”的正常使用，在每一级间都设计了均衡电路，防止过激励现象的出现。

通过上述简单介绍不难看出，基于微波功率管或者功率模块的固态组件设计，使得设计工作变得极为便捷，通过微波功率管的级联放大、功率合成、合适的微波网络优化设计以及对发射组件的状态监测和保护等设计完成发射组件的电讯功能，即可实现既定功能和满足相关设计要求。

4.总结

工程与应用经验均表明，微波固态功率管具有优异的性能在我国目前的情报雷达中都是必不可少的。随着微波固态功率管的不断发展，应用领域也在不断的扩大。我国在过去相当长一段时间内，微波功率管大部分依赖进口，而使我们面临非常严重的隐患和威胁。所以，微波功率管国产化已经是势在必行，近年来，国产功率管研制取得了长足的发展，国产功率管的稳定性、可靠性得到了很大的提高，国家也在鼓励新研制产品中使用国产化器件，在本文中提到的发射组件也完成了微波功率管国产化工作，在使用过程中表现良好。

参考文献

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