国外微波功率模块现状与发展_刘漾_廖明亮_刘国亮

13
TH24496
14
TH24475
18 ～ 40 4． 5 ～ 18 14． 5 ～ 15． 5
6 ～ 18 13． 5 ～ 18
550
50
320
600
200
250
440
100
250
950
250
320
450
110
250
15
F － 9106A
Triton
16
F － 9107A
6 ～ 18 2 ～6
365
Hale Waihona Puke Baidu
73
4． 1 小型化
L － 3 公司先后推出了 Ku 波段 40W 产品及 Ka 波段 50W 产品，其产品型号分别为 M1870 和 M1871，共 同 采 用 注 册 商 标 NanoMPM。 产 品 M1870 尺 寸 为 140mm × 77mm × 25mm，重 量 为 0． 7kg； 产 品 M1871 尺 寸 为 168mm × 104mm × 25mm，重量 1． 13kg。两者的效率均超过 30% 。
70 中图分类号： TN12； TN722． 33
电子信息对抗技术 Electronic Information Warfare Technology
2016，31（ 1）
文献标志码： A
文章编号： 1674 － 2230（ 2016） 01 － 0070 － 04
国外微波功率模块现状与发展
刘 漾1 ，廖明亮1 ，刘国亮2
100
180
390
100
292
17
LO － BAND
CPI
18
HI － BAND
2 ～8 6 ～ 18
－
100
－
－
100
178
19
MP3401
20 Selex ES MP3501
21
MP3502
2 ～8 6 ～ 18 6 ～ 18
600
200
220
750
200
220
600
100
220
22
dB － 4118
图 1 MPM 基本结构
对于不同的应用环境，MPM 可以灵活进行结
收稿日期： 2015 － 09 － 17； 修回日期： 2015 － 10 － 13 作者简介： 刘漾（ 1983—） ，女，博士，工程师； 廖明亮（ 1984—） ，男，研究生，工程师； 刘国亮（ 1975—） ，男，研究生，工程师。
3． 2 谐波和杂散
微波功率模块 MPM 谐波和杂散与放大器件 的自身水平相关，同时可配置滤波器、加强电磁防 御等方式抗干扰。同时，提高 MPM 内部各级电 压的稳定性，如阴极电压、灯丝电压等，减小电压 纹波，也能够有效控制 MPM 的谐波和杂散。目
图 5 同等级 MPM 体积分布统计分析
图中可见，国外 MPM 产品的重量控制较为 成熟，重量分布相对集中在 2 ～ 3kg 之间，而在尺 寸上由于设计 （ 散热设计、电 磁 屏 蔽 设 计 等） 不 同，体积数值分布较为分散。
5
L － 3 M1290
30 ～ 31
300
25
444． 5
6
M1870
35 ～ 45
170
45
139． 7
7
M1871
29 ～ 38
200
50
167． 6
8
M2842
18 ～ 40
400
100
248
9
M2839
92 ～ 96
400
100
375
10
TH24428
11
TH24512
12 Thales TH24068
72
国外微波功率模块现状与发展
投稿邮箱： dzxxdkjs@ 126． com
图 2 目前 MPM 技术水平（ 功率、频带）
3 国外 MPM 特点分析
微波功率模块涉及微波技术、均衡器技术、真 空电子技术、电力电子技术以及多芯片组件技术 等领域，国 外 MPM 产 品 在 功 率、带 宽、谐 波、杂 散、效率等方面有以下特点。
40． 6 54． 6
26 25
重量 / kg
2． 7 2． 0 3． 6 2． 7 2． 4 0． 7 1． 1 3． 4 6． 3
6 2． 9 2． 9
6 2． 9
2． 7 3． 6
2． 7 2． 3
3 3 2
2． 8 3． 9
5 1． 8
根据 收 集 的 相 关 资 料 对 目 前 MPM 产 品 所 覆盖的频段及功率进行了统计，分析结果如图 2 所示。图中可见，各厂家典型 MPM 产品涵盖 了 2 ～ 45GHz 的工作频率范围、25 ～ 250W 的输 出功率范围，呈现出低频模块高功率化、低功
微波功率模块 MPM 的标准结构，完全根据 其产生的原因和目的，由三个部分组成： 行波管放 大器、微波固态放大器、集成电源，如图 1 所示。 微波固态放大器主要提供前级小信号增益，保证
输出功率驱动行波管放大器，同时对行波管的相 位进行补偿等。行波管放大器主要承担信号放大 功能，主要影响 MPM 的射频性能。集成电源提 供 MPM 所需的各种电压等级的电源，包括用于 驱动微波固态放大器和行波管放大器的电源，同 时负责提供监控、保护功能。
Abstract： After decades of development，microwave power module（ MPM） is widely used in electronic countermeasures． As a combination of solid － state amplifier and electric vacuum amplifier，its frequency bandwidth，output power，efficiency，performance and other comprehensive advantages are more obvious． The characteristics of MPM are briefly reviewed，and the abroad MPM products situation are introduced in detail，also its developing trend is predicted． Key words： MPM； TWT； SSA； vacuum electronic devices
The Art State of the Abroad Microwave Power Module
LIU Yang1 ，LIAO Ming － liang1 ，LIU Guo － liang2
（ 1． Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory，Chengdu 610036，China； 2． The Military Representative Office of Naval Equipment Department at Chongqing，Chongqing 400042，China）
电子信息对抗技术·第 31 卷
刘 漾，廖明亮，刘国亮
2016 年 1 月第 1 期
国外微波功率模块现状与发展
71
构和性能的调整以满足应用要求，如提高线性度 以满足数据传输和通信的应用； 效率优先以满足 机载、星载系统的应用； 高增益以满足电子对抗系 统的应用。通过合理选择微波固态放大器和电真 空功率放大器的性能参数，进行组合调配，以配合 不同 MPM 的应用环境［1 － 2］。
dB control
23
dB － 4127
6 ～ 18 6 ～ 18
－
100
300
－
150
300
24
MTA1000 13． 75 ～ 14． 5
e2v
25
MTA2000
6 ～ 18
670
100
360
600
125
210
体积 宽 / mm 177． 8 157． 48 215． 9 190． 5 93． 98 77． 216 104． 14
前，国外 MPM 谐波控制在 － 11dBc 到 － 4dBc 之 间，杂散控制在 － 60dBc 到 － 40dBc 之间。
3． 3 效率
微波功率模块 MPM 的效率主要取决于功率 器件的效率和电源模块的效率，而电源模块的效 率一直处于较高水平。国外 MPM 效率从早期的 7% 提高到目前平均 30% 左右。
1 引言
自上世纪 80 年代末期，微波功率模块 （ Microwave Power Module，MPM） 概念首次提出后，各 国科研技术人员、工程技术人员投入了极大的热 情开展相关研究，一方面固态器件发展中遇到了 功率、效率无法进一步突破的问题，另一方面真空 器件体积以及配套电源尺寸难以进一步缩小，在 此状态下，功率器件两大阵营———固态器件和电 真空 器 件 开 始 联 合，各 取 所 长，将 两 者 的 优 点 集 合，选取了微波功率模块这一最佳形式。
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 2 ～ 40GHz 的 范 围。同 时，在 工 作 频 段 6 ～ 18GHz 的 MPM 单 品 中，其 输 出 功 率 最 高 已 经 达到 250 W［3 － 6］。
刘 漾，廖明亮，刘国亮
3． 1 功率和频带
微波功率模块 MPM 的功率及频带主要由末 级的行波管输出功率和工作频带决定。国外小型 化行波管的研制，受益于普遍采用的计算机仿真优 化设计，在高功率、高频段上取得了显著成绩。L － 3 公司工作频段 6 ～ 18GHz 小型化行波管输出功率 发展如图 3 所示，经过三代产品的升级，最新的行 波管可提供 250W 的输出功率［7］。L － 3 公司针对 W 波段 MPM 配套小型化行波管，其工作频段为 92GHz 到 96GHz，可提供 100W 的输出功率［8］。
表 1 部分典型 MPM 特性参数
公司
型号
工作频率 / GHz
功耗 /W
输出功 率/W
长 / mm
1
M1230
2 ～6
425
80
279． 4
2
M1232
12． 75 ～ 14． 5
400
75
190． 5
3
M1245
6 ～ 18
900
200 247． 65
4
M1282
26 ～ 40
350
63
215． 9
M1870 配备的小型行波管阴极电压 3kV，采用 两级降压收集极，为应用于 Ku 波段，优化了行波管 参数，保 证 其 可 在 14． 4 ～ 15． 4GHz 频 带 内 达 到 29% ～ 34% 的效率，保证了 MPM 整体效率可到达 24% ～ 29% 。电源可提供 150W 的功率。
3． 4 体积及重量
微波功率模块 MPM 的体积及重量与其器件 选型、热 设 计、电 磁 兼 容 设 计 有 关。 针 对 同 类 型 MPM（ 6 ～ 18GHz 带宽输出功率 100W 等级） 的体 积和重量的统计分析见图 4 和 5。
图 4 同等级 MPM 重量分布统计分析
图 3 L － 3 公司 6 ～ 18GHz 小型化行波管输出功率发展
（ 1． 电子信息控制重点实验室，成都 610036； 2． 海军装备部驻重庆地区军事代表局，重庆 400042）
摘要： 微波功率模块经过几十年的发展，在电子对抗领域广泛应用。作为集固态放大器和电真 空放大器两者优点于一身的新型微波放大器件，其频段覆盖范围、输出功率、效率性能等综合 优势越来越明显。对微波功率模块的性能特点进行了简要说明，并详细介绍了国外微波功率 模块的产品情况，展望了其发展趋势。 关键词： 微波功率模块； 行波管； 固态放大器； 电真空器件 DOI： 10． 3969 / j． issn． 1674 － 2230． 2016． 01． 015
目前，国外多家公司成功推出了 MPM 产品， 其带宽、功率量级、效率等参数不断得到了优化。 本文针对国外主要 MPM 产品的性能参数进行介
绍分析，以充分了解国际主流技术水平，进一步促 进我国 MPM 技术的发展。
2 国外 MPM 产品简介
国外多家公司如 L － 3、Thales、Triton、CPI、Selex ES、MITEQ、dB control、e2v 等，均推出了自己的 MPM 产品，频段覆盖最高达到 W 波段，输出功率 最大达到 250W，其部分重点产品见表 1 所示。
216 213
300 232 232 300 232
157 127
－ 178
200 200 200
203． 2 238
200 121
高 / mm 30． 48 40． 64 38． 1 31． 75 27． 94 25． 4 25． 4
38 83
40 35 35 40 35
64 60
－ 32
38 38 38
4 微波功率模块发展趋势
参考上文统计数据的分析，目前微波功率模 块 MPM 产业正处于较好的发展时期，微波功率 模块 MPM 产品会继续在小型化、可靠性上进一 步优化发展，其发展趋势有以下特点。
2016，31（ 1）
电子信息对抗技术 Electronic Information Warfare Technology