發射器件主要分為半導體固態器件和電真空器件兩種形式。電真空器件作為功率放大器，在軍事裝備的發展歷史上扮演了非常重要角色，直到現在仍是是雷達、通信、電子戰等系統的核心元器件。GaAs晶體管問世之前，真空管是功率放大和發射的唯一解決方案。后來，晶體管半導體固態器件開始在低頻段替代真空管，伴隨著頻率的增高，兩者互有競爭，互相補充，在高頻率段，一直是電真空器件的領地。電真空器件是實現大功率毫米波的必經之路。

1、微波功率模塊的誕生背景

真空器件和固態器件各有特點：固態器件低電壓、大電流，體積小，半導體工藝生產的一致性好，更適合密集有源陣列應用，但需要克服高頻段單件功率小、效率低、溫漂大和系統功耗大等問題。真空器件高電壓、低電流，單個器件功率大、效率高、耐高溫，系統成本低，但工藝生產一致性不如固態器件，而且存在單件體積大等需要克服的問題。

自從半導體固態電子器件誕生以來，兩者即開始競爭。競爭的同時，器件之間、技術之間的相互融合導致了微波功率模塊的誕生，微波功率模塊，簡稱MPM（Microwave Power Moudle）。MPM克服了行波管加電困難的弊病，將行波管和與之配套的高壓電源集成為一體，極大方便了使用。用戶直接面對的是28V、48V、115V和270V等不同平臺的中低電壓。MPM集合了真空電子器件與固態器件的優點，其性能超過了單獨的固態放大器和單獨的行波管所能達到的性能。MPM兼有固態器件的低噪聲性能和行波管的高功率、高效率；并且它相對行波管減輕了對電源的要求，減輕了電源重量；與單獨的行波管相比，改善了增益和相位匹配及控制。MPM在毫米波頻段，稱為毫米波功率模塊，簡稱MMPM (Millimeterwave Power Module)。繼續延伸，可以到太赫茲功率模塊，簡稱TPM (Terahertz Power Module)。

圖1、固態器件和真空器件的競爭示意圖

MPM的出現為電真空器件特別是行波管的應用插上了翅膀，目前兩類器件間的競爭已經主要轉化為純固態器件與MPM之間的競爭。

2、微波功率模塊的發展狀況

國外MPM/MMPM及相關的技術已非常成熟。多家公司如L3、Thales、Triton、CPI、Sel-exES、MITEQ、dBcontrol、e2v等，均推出了自己的MPM產品，頻段覆蓋最高達到W波段和G波段，連續波輸出功率最高達250W。

從各廠家推出的典型MPM產品看，具有低頻模塊高功率化、低功率模塊高頻化的特點。其中在輸出功率100W等級，不同品牌及型號的MPM已完全覆蓋2~40GHz的范圍。同時在工作頻段6~18GHz的MPM產品中，其輸出功率最高已經達到250W。目前，國外MPM諧波控制在-11dBc~-4dBc之間，雜散控制在-60dBc~-40dBc之間。國外MPM的總效率大體在30%左右，產品重量控制也較為成熟，相對集中在2-3kg之間，而在尺寸上由于散熱、電磁兼容設計等不同，體積大小不一。目前連續波MPM/MMPM技術水平(功率、頻帶)如圖2所示。

圖2、目前MPM 技術水平(功率、頻帶)

圖3是L3公司推出的6.5-18GHz200W的MPM—M1245，其電源為270VDC，可以連續波工作，也可以脈沖工作，模塊效率大于22%，體積216mmx247.7mmx38.1mm。圖4是裝在彈載平臺的寬帶模塊，采用異性結構可適應彈載平臺要求，其工作頻率為2-18GHZ，由兩支行波管頻率合成，行波管頻率分別為2-6GHz和6-18GHz。圖5是L3推出的Ku波段1000W脈沖MPM。圖6是意大利OfficineGalileo公司Ku波段空間應用MPM，帶寬2GHz，飽和輸出功率150W，增益51dB，效率61-63%，尺寸為330mm×87mm×120mm，重量1.85kg。

圖3、L3公司的6-18GHzMPM——M1245

圖4、2-18GHz 300W連續波MPM（2 TWTs）

圖5、15-18GHz 1kW脈沖MPM

圖6、意大利空間應用MPM

國內電真空功率器件行業，在過去的六十年中，實現了“跟蹤仿制國外產品”到“引領行業發展”的跨越，產品性能不斷突破。目前，已建立了國際一流的研發中心和生產線，高性能器件和新型裝備蓬勃發展，持續推出一系列的滿足新一代武器系統的行波管核心放大器產品。國內電真空器件行業已形成了2-50GHz系列化寬帶行波管，實現了進口產品的100%替代，并且實現多個產品的批量出口。目前電真空器件在高效率、小型化和太赫茲高頻率三個方向均有突破性發展。下面以MPM為代表介紹其研制與發展情況。

上世紀90年代，國內開始關注MPM技術，由中國電科29所、中國電科12所、中國電科14所、776廠、772廠以及電子科技大學等單位聯合開發的2~6GHz100W、200W型MPM和6~18GHz100W、200W型MPM、毫米波MPM陸續研制成功，主要應用于機載電子戰系統中，除了滿足電性指標外，還具有高可靠的環境適應性。圖8為中國電科12所開發的4~18GHz 50W微波功率模塊，只有6吋手機大小，尺寸為140mm×86mm×20mm，模塊效率32%。其所用的小型化行波管重量僅135g，尺寸為135mm×25mm×16mm。

圖7、國內2～6GHz MPM、6～18GHzMPM、毫米波MPM的外觀圖

圖8、4~18GHz50W功率模塊及其所用的小型化行波管

總之，目前階段的國內電真空器件發展水平基本與國外一致，已經解決了產品的有無問題，后續還需要提高產品的效能。

3、MPM的發展趨勢

MPM結合了固態與電真空優點，MPM的發展趨勢，有如下幾點。

（1）向更寬的頻帶發展

最初研究MPM的目的之一是為了滿足帶寬的要求，隨著技術的進步，目前已推出了多款工作頻帶4.5~18GHz的MPM產品，可以在2個倍頻程的帶寬內提供250W的最大輸出功率。L3公司還推出了工作頻率18~40GHz的MMPM產品M2842，輸出功率100W，尺寸為248 mm×216 mm×38mm，重量3.4kg。Thales公司也推出針對電子對抗應用多款MPM產品。例如，工作頻率4.5~18GHz200W的MPM產品TH24512，工作頻率18~40GHz65W的電子對抗用MPM。

圖9、L3公司18~40GHzMMPM產品―M2842

圖10、Thales公司4.5~18GHzMPM產品―TH24512

（2）進一步小型化

L3公司先后推出了Ku波段40W產品M1870^[8]和Ka波段50W產品M1871，并注冊了NanoMPM的商標。M1870產品尺寸為140mm×77mm×25mm，重700g；M1871尺寸為168 mm×104 mm×25 mm，重1.13kg。這兩個MPM在尺寸上可媲美于純固態放大器產品，并在效率上占有優勢，代表了MPM的小型化水平。其輸入電源電壓均是28V DC，接口MIL-STD-704E，極大地方便了使用。

（a）40WKu波段MPM—M1870 （b）50WKa波段MPM—M1871

圖11、L3公司的NanoMPM

（3）向更高頻率推進

向更高的頻率推進，也是MPM的發展方向。L3公司先后推出了W頻段、E波段、G波段的MPM產品。2013年，L3公司推出W頻段100W的MPM—M2839，其工作于92-96GHz，重量為6.3kg，尺寸375mm×213mm×83mm。2016年，L3公司在W頻段MPM的基礎上，推出了E波段MPM，該產品按工作頻率分為71~76GHz和81~86 GHz的兩個型號，尺寸都是376mm×26.5mm×7.6mm。該MMPM可產生50W的線性輸出（無線性化器飽和輸出120W）。2017年，L3公司推出的G頻段15W的MMPM，該MMPM工作頻率232~234.5 GHz，尺寸380mm×240mm×70mm，重量為9kg。

圖12、MPM峰值功率與頻率關系圖

圖13、L3公司的W波段MPM—M2839

圖14、L3公司G波段MPM產品

4、未來展望

MPM解決了電真空的“難使用”問題，并且相對固態器件，MPM在高頻段具有高效率、高功率、小體積、高性價比特點；在無人機等小型平臺，利用MPM非常便捷的特點，實現雷達、干擾、通信一體化的發射機。目前用基本相同的發射機，分別驗證了雷達發射機和電子戰干擾機的性能，得到良好效果；后續工作需要控制資源進行整合，實現一體化的發射機，同時研制生產一系列的MPM，頻率覆蓋2～40G，以及V、W波段、太赫茲的MMPM和TPM。大力推廣其產品應用，使其應用到無人機、誘餌、彈載、單兵作戰系統。