从雷达到大功率武器：微波管为现代战争提供动力

Aniket Roy, Stratview Research, Detroit, Mich.

虽然空腔磁控管和其他类似的真空管最初是为产生高频军事应用中使用的电磁信号而设计的，但它们在美国家庭中作为微波炉得到应用后，受到了更多人的欢迎。目前，它们的应用范围已远远超出国防领域，包括医疗、家庭、太空等众多领域。图1 显示了一些使用真空管发射器的常见应用，以及它们在频谱中的工作位置。

图1 微波频谱和一些常见应用。

从烹饪食物的设备到干扰军事通信的设备，微波管的频率范围从 1到 1000 GHz不等，在不同的频率范围内提供了不同的解决方案。如果考虑到整个微波频段，消费类微波炉将成为微波管的最大应用领域。根据《2020 年住宅能源消耗调查》，超过 95% 的美国家庭至少拥有一台 微波炉。¹根据 Stratview Research 的一份报告，如果仅考虑高频或大功率应用，国防工业将成为最大的用户，占大功率微波管市场的 30% 以上。²

战场上的微波管

微波管在国防领域的应用多种多样。雷达系统、遥感、电子战 (EW)、卫星通信、简易爆炸装置 (IED) 和红外线 (IR) 反制是使用微波管最普遍的一些国防应用。在这些应用中，雷达和卫星通信链路是最早使用微波管的应用。

随着固态功率放大器（SSPA）的出现和发展，微波管在除最高功率应用以外的所有应用中的市场份额都在减少。最近，该行业已将重点转向在高功率 EW 应用中使用微波管，以及基于微波管的定向能（DE）武器的创新。定向能武器使用集中的电磁能而不是动能来破坏或禁用敌军使用的各种电子系统。定向能武器无需发射子弹或引起任何物理爆炸，就能使敌方系统失去作用，因此正在成为一种流行的电子战武器。

激光和微波发射管都可用于发起 DE 攻击，但由于与目标的距离相同，发射管更适用于更大范围的攻击。基于微波的 DE 系统被归类为高功率微波（HPM）武器，俄罗斯、中国、法国和美国等国家十多年来一直在研究 HPM。然而，只有少数高功率微波武器已经投入实战。表 1 列出了一些流行的高功率微波武器系统。

与任何发射射频功率的设备一样，HPM需要一个信号源将电磁脉冲转换为频率远高于GHz的高功率信号。微波发生器的输出功率和频率能力相当广泛。这使得几乎所有常见的微波管变体都能用于 HPM，同样的灵活性也使微波管广泛适用于各种国防应用。表 2 介绍了常见微波管类型的比较，并说明了它们在 HPM 应用中的适用性。

虽然每种微波发生器都适用于各种国防应用，但它们都有各自的缺点。例如，Klystrons 可以提供最高的功率输出，但由于其操作复杂，可能不太受青睐。同样，尽管业界对 BWO 进行了广泛的研究，但在高频应用中却受到限制，因为高频意味着更小的信号源。

微波管在国防工业中的宏观机遇

由于国防是国家主权的基础，国防工业的采购和创新资金往往占国家预算的很大一部分。目标和战略可能不同，但国防开支是发达国家和发展中国家预算的重要组成部分。根据斯德哥尔摩国际和平研究所（SIPRI）的数据，全球国防开支自 2015 年以来持续增长，从 2013 年到 2022 年，国防开支增长了 19%。³

到目前为止，美国拥有最大的国防预算，因此他们也是微波管的最大消费国也就不足为奇了。考虑到作战飞机、战舰、导弹和电子对抗（ECM）设备的增长，这对美国来说就是一场数字游戏。我们估计，国防工业中 40% 以上的微波管都是为美军装备运输的。

虽然 SSPA 解决方案（尤其是氮化镓）正在快速进军射频功率市场，但一些最高功率的应用需要的功率水平最好由管式放大器来提供。海军应用中的远程搜索雷达就是需要大功率发射机的典型例子。尽管价格昂贵，但舰船数量却在迅速增长。中国海军是世界上最大的海军，目前约有 350 艘舰船，但他们计划最快在 2025 年将舰船数量增加到 400 艘⁴。这些舰船大多是水面作战舰船，可能会采用多种不同类型的雷达。美国海军已宣布进行另一次大规模扩充，将在 2023 年至 2052 年期间购置 282 至 340 艘舰艇⁵。

尽管受到固态电源技术的威胁，微波管仍将继续占据一席之地，并在国防应用中发挥重要作用。微波管的多功能性和创新潜力使其成为不断发展的国防工业不可或缺的一部分。随着技术的进步和新挑战的出现，微波管将继续为未来的国防能力做出重大贡献。

参考资料（略，见英文原文）

注：本文用软件翻译经人工快速校对，仅供参考，请以英文原文为准：https://www.microwavejournal.com/articles/42599