功率行波管的发展走过了70年的历程,具有宽频带、高功率、高效率等特点,是现代雷达通信电子战等系统的核心元器件,并不断地推动系统向高频率、高功率、集成化、一体化发展。
现阶段行波管主要特点
高频率、宽带、高效率在军事应用上的特点突出。单体功率大、效率高可有效减小了系统的体积、重量、功耗和热耗。在星载、弹载、机载等平台上适应性更强。
耐高温特性。陶瓷金属结构的行波管对机械和温度极度不敏感,在高、低温条件下的功率波动和相位波动微小,对系统的环境控制大大降低。
抗强电磁干扰和攻击。随着高功率微波武器和微波弹的出现,真空管天生的抗电磁攻击特性在大国激烈对抗中显示出坚实的生存能力。
寿命大幅提高。功率行波管寿命普遍我爱线报网大于1万小时,中小功率水平达到10万小时,支撑了武器全寿命周期。图1为现有产品的系统平均首次故障时间(MTTF)统计,可以看出电子战系统的MTTF时间从1970年的1千小时提升至4万小时[1],空间行波管的MTTF达到千万小时量级,表现出极高的可靠性。
一 微波功率器件的基石
美军作战平台中真空器件使用了20-30万支(其中行波管约占50%,每年的订货量增长约10%),是现役电子战、雷达和通信的主要功率器件,共270种系统至少服役到2050年,并且新开发的高频段、小型化行波管及功率模块进一步推动高性能装备不断出现。国际上行波管典型应用(公开报到)包括:
防空反导系统:“爱国者3”的相控阵雷达(AN/我爱线报网MPQ-53升级到AN/MPQ-65),增加了行波管功率,平均功率达到20kW,具备高机动性,探测距离170km,导弹末引头采用Ka频段1kW行波管实现精确末制导。
电子战系统:“咆哮者”电子战飞机,采用行波管组成的干扰系统,服役8个月便击败F22隐身飞机;俄罗斯Su24 “希比内”电子战系统,在2014年瘫痪了宙斯盾舰;美军通用SLQ-32舰载电子战多波束系统(每套系统140支行波管),大量装备与驱逐舰、护卫舰和航母,可同时干扰80部雷达。
空间应用:从L-V波段的90%以上卫星功率放大器,最大效率达到72%,寿命15年,是现代信息化战争通信、导航、侦察系统的关键件。由于空间行波管显著的高效率、我爱线报网高可靠、大功率、抗辐照特性,该类管型会长期应用在卫星下行通信等领域。
大功率卫星上行通信:200W-2000W的C-Q波段卫星上行系统,几乎全部采用超线性化行波管,是卫星上行通信的核心器件,具备大功率、高效率、高可靠等优点,连续工作寿命3-7年。
无人机:“全球鹰”和“捕食者”无人机的通信系统,采用行波管微波功率模块(MPM)提供全天候高速卫星通信。Ku频段的无人机合成孔径雷达(SAR)广泛采用行波管作为高峰值功率(
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