微波功率模块

  微波功率模块(Microwave Power Module,MPM)是八十年代末提出的一种全新概念的功率器件,它有效地把固态器件与电真空的优点有机地结合在一起。目前,西方发达国家已将微波功率模块应用于武器系统,而国内也在此方面积极研究。

简介

  微波功率模块(MPM)是一种新型微波功率组件。它使用高效小型化行波管(TWT)放大器作为功率器件,使用宽带低噪声固态放大器(SSA)驱动行波管,再与行波管电子功率调节器(EPC)集成到一个小型轻重量的封装内成为一个相对独立功能器件,MPM是当今发展前景的电真空器件之一。MPM技术关键之一是行波管小型化和微波多芯片模块(MMCM)的高密度集成,TWT小型化要求行波管体积很小,有很高效率和良好的散热能力,散热性能不仅是决定行波管平均输出功率的主要因素,也是直接影响着微波管工作的稳定性与可靠性的主要因素,使用高导热率的夹持材料和采用新型阴极是改进微波器件性能的重要手段之一。

结构组成

  微波功率模块由小型化行波管(Mini-TWT)、电子功率调节器(EPC)和固态放大器(SSA)三大部件组成,是一个高密度集成的微波放大器。具有体积小、重量轻、效率高、信噪比高等优点。电子功率调节器是一结构比较复杂的集成电源,对它的要求主要是小型化、高效率。

  下图所示为MPM的组成框图:

MPM的组成框图

性能优势

  1、提高了整个模块的总效率,减少了热负荷。因采用了真空功率放大器,可在较高的环境温度下有效地工作。

  2、由于MIMIC激励器和真空功率放大器之间可进行总增益分配,所以MPM的可靠性比单独的真空管功率放大器的要高。

  3、真空功率放大器可提供较高的功率孔径乘积。

  4、由于可在激励器和放大器之间分配动态增益,MPM相对真空管减轻了对电源的要求,这样就大大减轻了电源重量。

  5、通过批量生产标准化单元,降低成本,并且通过开发多用途MPM或标准话MPM的多种需求,可进一步降低成本。

  6、由于利用了MIMIC元件,与单独的真空管技术相比,改善了增益和相位匹配/控制。

项目研制

  在美国,1991年MPM项目正式实施,项目初期研制计划分为两个阶段。阶段目标为建立MPM一维线性阵,由Hughes、Northrop、Litton、Teledyne、Varian和Westing House等六家公司负责研制。第二阶段目标为建立MPM二维相控阵,要求继续缩小MPM尺寸,提高相位稳定度,扩展工作频带。

  图1为Northrop公司研制的MPM。

图1为Northrop公司研制的MPM。

发展意义

  MPM利用MMIC SSA 的低噪声、高增益与VPB TWT的大功率、宽带和高效的优点,同时融进先进的电源设计技术、热设计技术及低耗元件设计等技术,并采用新型材料与工艺封装,具有高性能、高功率密度,可广泛应用于下一代雷达、电子战与通讯等微波系统,是一种极具潜力的军民两用功率组件。被誉为高功率微波放大器近年来取得的最有意义的进展。

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