雷达的资料——雷达的资料30到50字就行

J20已经装备了采用氮化镓功率器件的数字阵列雷达

前面一篇文章我们简要介绍了一下我国雷达技术发展的概况。我国雷达技术在近十几年来都是领先于欧美的，主要的标志就是雷达的工作体制。当然能够领先欧美，靠的不仅是雷达工作体制，更重要的是核心技术，比如相控阵雷达的T/R收发组件、功率器件以及雷达芯片。

相控阵雷达的基本系统架构

我们先来简单回顾一下相控阵雷达的基本结构。相控阵雷达技术大概经历了四个发展阶段。第一代是被动相控阵雷达，也称无源相控阵雷达。第二代是主动相控阵雷达也称有源相控阵雷达，目前最新的第三代是数字阵列雷达，第四代是软件定义雷达。第一代被动相控阵雷达的天线是无源天线，信号全部来自发射机，虽然其天线振子通常也有几百上千个，但发射机通常只有一两个或者三四个，来自发射机的信号被馈线系统分配到各个天线振子发射出去。这个时候还没有所谓的T/R收发组件。到了第二代相控阵雷达也就是有源相控阵雷达才开始出现T/R收发组件，此时的T/R收发组件还是模拟电路，还没有实现数字化。到了第三代相控阵雷达也就是数字阵列雷达才实现了信号发射和接收的数字化，此时的T/R收发组件才能称之为数字化T/R收发组件。

T/R收发组件

T/R收发组件是主动有源相控阵雷达和数字阵列雷达的核心部件，其成本往往占据雷达成本的一半以上。主动有源相控阵雷达和数字阵列雷达的天线通常都有上千个收发组件，雷达的信号发射和接收就靠这些收发组件，也就是说每个T/R收发组件其实都相当于一部独立的雷达，只是共用一套后端信号处理系统而已。而整部雷达就是在系统软件控制下协同工作的，整部雷达的总功率就是这些收发组件的功率之和。对于雷达来说发射功率大小是一个非常重要但的参数，它直接决定了雷达的探测距离。因为雷达总功率是由收发组件集合而来，所以在收发组件数量一定的情况下，雷达的发射功率取决于单个收发组件的发射功率。而收发组件的功率大小取决于其使用的功率器件的功率。

相控阵雷达使用的半导体功率器件目前已经经历了三代的发展。第一代是硅半导体功率器件，现在已经基本上不用了。第二代是砷化镓半导体功率器件，F22和F35战斗机火控雷达用的就是这种器件。第三代是氮化镓、碳化硅、氧化锌等宽禁带半导体材料，其中以氮化镓综合性能最好。前两年有报道国内已经研制成功了氧化镓单晶材料，这种材料属于超宽禁带材料，是第四代。第三代功率器件相对于第二代器件的优势就是发射功率可以提高一个数量级，也就是十倍，而且可以耐受更高的工作温度。并且具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等优点。

中电科十三所官网报道国内第一个宽禁带氮化镓功率器件早在2004年就有了。

那么国内是否完全掌握了第三代功率半导体器件技术呢？我们查找一下国内公开的技术文献就可以发现，早在2000年就有研制成功氮化镓功率器件的消息。2004年的技术文献里出现了X波段氮化镓功率器件研制成功的消息，X波段正是战斗机火控雷达使用的频段。

2008年公开的X波段119瓦GaN功率器件的报道

2008年国内氮化镓功率器件还报道过单个器件实现119瓦功率的记录。要知道上一代砷化镓器件单个最多也只有十瓦左右的水平。

国产GaN微波功率模块

在中电科第十三所官方网站上2014年左右公开了一些产品资料。可以看到相控阵雷达功率器件和数字化收发组件相关产品的手册。可以看到其产品已经已经广泛采用氮化镓技术，工作波段从L波段到X波段种类齐全，单个组件功率从20瓦、30瓦、60瓦、80瓦、100瓦、120瓦应有尽有。收发组件的工作波段也可以覆盖L波段到X波段，并且也实现了数字化。而实现收发组件数字化是实现数字列阵雷达的前提条件。

国产GaNT/R收发组件

此前更早国内已有在数字化收发组件上实现直接频率合成（DDS）的报道。要知道国内研制氮化镓数字化收发组件的科研机构并不是只有十三所一家，还有一个五十五所。

氮化镓功率器件国内领先的是五十五所 但过于先进无法展示

十三所的资料虽然是在2014年左右公开的，但氮化镓功率器件在国内的普及肯定比这要早，因为这些尖端技术肯定是有保密期的。国内开始使用氮化镓功率器件的时间可能在2010年以前。而实现收发组件的数字化至少是在2011年左右，因为空警500预警雷达的技术验证演示是在2011年完成的。而空警500的预警雷达是很明确的，就是数字阵列雷达，也就是说此时国内已经有数字化的T/R收发组件了。而能公开的通常都不是最好的，十三所的产品资料之所以能够公开很有可能是在内部竞争中被淘汰了。这倒不是否定十三所的水平，毕竟在世界范围内掌握氮化镓数字化收发组件的科研机构屈指可数。国内收发组件的技术水平由此可见一斑。到2015年，我国发射的北斗三号首星已经在使用百瓦级的氮化镓信号放大器了，而美国的GPS还在使用落后的行波管放大器。因此我们可以知道，国内早就掌握了氮化镓功率器件的技术。

美弟的F35和F22到现在用的还是砷化镓功率器件。

2018年美国海军陆战队接收首部采用GaN技术的AN/TPS-80雷达

那么美弟这方面是什么水平呢，美弟F35和F22的火控雷达到现在用的还是第二代砷化镓功率器件。美弟地面防空雷达使用氮化镓功率器件最早纪录是在2018年。舰载防空雷达AN/SPY-6用上氮化镓功率器件是2024年以后的事，战斗机用上最早是2026年，在F35战斗机的中期升级计划中实现。