中電科集團（CETC）第14研究所首次向世人展示“KLJ-7A”型機載有源相控陣火控雷達是在2016年的珠海航展。這也是珠海航展20年以來，首次展出該類型雷達。2017年的法國巴黎航展上，“KLJ-7A”型機載有源相控陣雷達第一次讓西方世界近距離“一睹芳容”。2018年的珠海航展，“KLJ-7A”機載有源相控陣雷達以“家族化”參展，“固態單面陣”、“機相掃”、“三面陣”聯袂而至，場面博為壯觀。
“KLJ-7A”型機載有源相控陣雷達的公開露面，引起眾多業界與媒體的廣泛關注。在兩屆珠海航展期間，俄羅斯提赫米洛夫儀器研究所總裁和副總裁、法扎特隆設計局總設計師對“KLJ-7A”表現出來的“興趣”，顯得過於直接，都曾經與14所相關人員進行長時間的直接交流。這讓世界主流軍事雜誌圍繞著“KLJ-7A”的技術性能、製造工藝為核心，產生了大量的話題。
KLJ-7A有源相控陣雷達家族
“KLJ-7A”的樸素與奢華
《現代兵器》雜誌曾有幸採訪了中電科14所徐健（KLJ-7A副總設計師），徐建副總師在訪談中這樣描述“KLJ—7A”：
- 在小批雷達成功交付後，外方基於獲得技術進步的想法，後續的雷達採購採取合作生產方式進行；
- KLJ-7A雷達的技術層次與美國F-22隱身戰機的APG-77雷達不相上下，在功能上不遜於F35使用的AN/APG-81型雷達；
- KLJ-7A的最大優勢在於它的額定功率不變情況下的“低功耗”。其電源與冷卻單元能夠靈活的適應於現役飛機的液冷、風冷截然不同的冷卻方式。中電科14所甚至可以為其量身定製專門的小型液冷單元。整體而言，KLJ-7A結構設計緊湊，具有非常好的載機平臺適裝性；
- KLJ-7A雷達作為一款最新技術的雷達系統，擁有上千個T/R組件，雷達雖然功耗低，但整體功率在國際上處於較高水平。KLJ-7A雷達可實現多種波形與不同種類目標交戰，雷達的自由度高、帶寬更廣，多模工作不會相互干擾，同時抗干擾能力大幅提升，能夠同時應對多個干擾源；
- KLJ-7A雷達與計算機系統採用光纖傳輸信息，整體反應速度快，探測距離是傳統雷達的2倍，能夠同時跟蹤多批次目標，並引導打擊。多目標的打擊能力主要取決於載機的載彈數量，以及載機內部空間是否允許容納下處理能力更強的分佈式計算機系統。
- KLJ-7A具備高可靠性和便捷的可維護性，雷達的平均故障間隔時間非常長，例行檢查自動化程度高（不打開雷達罩即可進行自檢）。模塊化插裝式設計，維修也非常方便，地勤人員10～15分鐘便可完成拆裝作業。
徐副總師的訪談透露出來的信息及其耐人尋味：其中“小批雷達交付”這種說法，印證了2018年珠海航展上，巴基斯坦JF-17銷售軍代表向某些國家軍購團推銷“”時，提到的“有一小部分上已經安裝了，神奇的、能夠轉動的小圓片式相控陣雷達”的說辭。
由此可見，2019年7月在土耳其進行的軍演的第二階段，一架梟龍起飛8分鐘後，就將一架美軍F-15E戰鬥機鎖定，此後更是將土耳其的 完全壓制（模擬對抗視頻土耳其公佈過）的傳聞，應該是確有其事。
有源相控陣雷達的“魚與熊掌”
徐副總師在訪談中提到KLJ-7A兩大優點：①技術層面與APG-77無代差，功能層面與AN/APG-81相類似；②低功耗、高功率，可兼容液冷與風冷模式，擁有專門開發的小型化液冷單元；
眾所周知，在微波（射頻）大功率半導體材料中，主流半導體材料是砷化鎵（GaAs）。滿足微波（射頻）高頻頻段應用的功率放大核心器件，主要是基於砷化鎵材料的HFET（高電子遷移率晶體管）和PHEMT（贗調製摻雜異質結場效應晶體管）器件。由於砷化鎵材料的高溫特性侷限，要滿足正常工作，其溫控必須在100+攝氏度範圍內，否則無法正常工作，甚至會“燒燬”元器件。
有源相控陣雷達（AESA）的工作頻率與微波（射頻）頻率存在相互重疊，其功率放大環節有類似之處。有源相控陣雷達的T/R模塊的功率利用率在30%左右，絕大多數的能量需要轉換成熱量散失。因此，上千個T/R單元工作時，其需要散失的熱量會非常大。在有限的空間內，要滿足100+攝氏度的溫控要求，就需要高效的冷卻系統。
美國F22A隱身戰機裝載的APG-77有源相控陣雷達以砷化鎵（GaAs）半導體工藝為主。因此，“APG-77”要具備高功率，就必須擁有結構複雜、極佔空間的液冷裝置。
那麼，KLJ-7A有源相控陣雷達要同時具備低功耗、高功率、小型化的優點，採用與“APG-77”相同的半導體材料絕無可能實現。因此，“KLJ-7A”要想同時滿足“低功耗、高功率、小型化”，在選擇半導體材料方面，只能使用比砷化鎵特性更加優異的第三代半導體材料——氮化鎵（GaN）。
神奇的“氮化鎵”
氮化鎵是由氮、鎵構成的硬度較高的化合物，具有“直接能隙”特性的半導體材料，適合於製作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，也被稱為高溫半導體材料。
氮化鎵相對於砷化鎵，具有禁帶寬度更大、擊穿電場更高、電子飽和漂移速度更高的特點。對於高頻率信號的響應特性更優異，其在高功率放大器的設計、生產及運行中有無法抗拒的優勢。
在加熱狀況下，利用
氮化鎵晶體管制造的微波（射頻）頻率有效功率放大器，其射頻功放的功率是砷化鎵的5倍，這就能實現射頻組件尺寸不增大的情況下，總功率能大幅度提高。對於有源相控陣雷達來說，這無疑能提高探測性能。氮化鎵半導體元件的正常工作溫度範圍在25~300攝氏度之間，相對於砷化鎵的100+攝氏度的上限，可謂翻了一番。這就意味著，使用氮化鍺製造的射頻功放半導體器件在“冷卻系統”方面，不需要像砷化鎵那麼“嚴苛”!這也就讓液冷小型化、獨立風冷、液冷與風冷混合模式成為可能……
在第三代半導體材料中碳化硅（SIC）也有及其重要的地位。碳化硅與氮化鎵都具有禁帶寬度大、導熱率高的特性，但兩者的應用領域各有不同：碳化硅適合高於1200V的高電壓大功率應用；氮化鎵器件更適合於40~1200V的高頻應用。所以，碳化硅更適合應用於新能源汽車、快速充電等領域。
氮化鎵，當今微波（射頻）領域半導體材料工藝的王者
在微波（射頻）半導體器件產品中，主要包括功率放大器（PA，多用於激發端）、低噪聲放大器（LNA，多用於接收端）、開關器、單片微波集成電路（MMIC）等，這些均是基站、衛星、雷達設備中不可或缺的組成部分。
微波（射頻）半導體領域主要有三種工藝，即，基於硅（Si）的LDMOS、砷化鎵和氮化鎵 工藝。LDMOS器件在頻率特性上有侷限，最高有效頻率很難突破3GHz，砷化鎵器件的侷限主要在功率方面，很難突破50W。氮化砷半導體器件不但彌補了LDMOS、砷化鎵器件這“兩個方面”的特性短板，同時在這“兩個方面”均有突破性表現，並且耐用性與實用性更好。
氮化鎵的高擊穿電壓、高電流密度、高過渡頻率、低導通電阻和低寄生電容的特性，是氮化鎵器件具有高輸出功率、寬帶寬、高效率、低功耗的保證：
- 在3.5GHz以及更高頻率下，氮化鎵PA器件相對於砷化鎵器件，其有效功率提高接近5倍。
- 在某些條件下，氮化鎵PA器件在100W輸出功率下，其平均效率轉化率達到50％~60％。這是氮化鎵器件低功耗一個原因。
- 氮化鎵器件具有直接在芯片微電路中獲取電能，實現高功率密度的特性，因此電路設計簡化，利於縮小集成電路的空間尺寸。因此，氮化鎵的大規模MIMO系統可以更緊湊。這是氮化鎵器件低功耗的另一個原因。
- 氮化鎵PA器件的低功耗和氮化鎵材料的高導熱率特性，能夠滿足較高溫度下，氮化鎵PA器件的可靠運行。因此，散熱系統更小，結構更簡單（同時也讓外部空間更加緊湊）。
隨著微電子製造技術的不斷髮展，氮化鎵器件在微波領域的表現更加耀眼。以0.25微米制造工藝為例，氮化鎵器件頻率遠超3.5GHz，甚至達到其4倍，帶寬增加20%，功率密度可達6~8W/m²，且無故障工作時間可達100萬小時。
LDMOS、砷化鎵半導體工藝曾經是世界列強構築高科技領域壁壘、扼制發展中國家通往信息化高科技道路的一把利劍。同時，LDMOS、砷化鎵被世界列強視為“高科技紅利”，是用以掠奪、攫取發展中國家珍貴資源與金錢的“金鑰匙”！
氮化鎵材料在微波（射頻）領域的耀眼表現，無疑成為發展中國家打破世界列強利用LDMOS、砷化鎵工藝築起“高牆”的契機。
隨著中國在氮化鎵材料工藝的製造、研發和創新諸多環節的突飛猛進，讓中國高科技領域實現“彎道超車”成為可能……
中國民用5G通訊的“氮化鎵”百花齊放
2016年，中國開啟“十三五”國家重點研發計劃“，其中，“戰略性先進電子材料重點專項的組織實施工作得到國家層面的重點支持”，這兩個“重點”特指——第三代半導體材料與半導體照明作為重點專項中最重要的研究領域。
在2018中國國際應用科技交易博覽會上，氮化鎵功率放大器芯片對外亮相。國產5G通信基站氮化鎵功率放大器芯片的問世，打破國外針對高性能氮化鎵器件對華禁售、禁運的壟斷。中國發明成果轉化研究院有關負責人透露，氮化鎵芯片已完成多款產品設計，並已獲得中電集團客戶認證成功。2019年會正式推向市場，全面滿足中國5G通信基站對射頻功率放大器的需求。
2019年1月24日，華為舉辦5G發佈會（暨2019世界移動大會預溝通會），發佈全球首款5G基站核心芯片“華為天罡”。天罡芯片擁有超高集成度和超強算力，比同類基站通訊處理芯片增強約2.5倍。該芯片的問世可實現5G基站尺寸縮小超50%，重量減輕23%，功耗節省達21%，安裝時間比標準的4G基站節省一半，有效解決站點獲取難、成本高的問題。
2019年2月，西安電子科技大學蕪湖研究院依託於西電寬帶隙半導體技術國家重點學科實驗室，研發出全國產的基於碳化硅襯底的氮化鎵材料。這標誌著，中國在民用5G通訊領域、第三代半導體技術領域，已處於國際領先水平，並預示著民用5G通信製造領域將實現全國產化。
由此，以華為天罡（5G數據處理核心）、氮化鎵微波（射頻）高頻功率放大器、巴龍5000（2G、3G、4G、5G通訊基帶整合芯片）三者相互結合構成的中國未來“萬物互聯”核心，均掌握在中國自己手中。任何外來的“打壓手段”都將是徒勞無功的痴心妄想！
中國軍事科技的“氮化鎵”瓜熟蒂落
2010年，有傳言稱：國內已成功研發輸出功率達50W的X波段氮化鎵功放管，單片微波集成電路（MMIC）的輸出功率已大於10W。如果這個傳言屬實，以美國隱身F-22A戰機裝載的APG-77雷達的T/R單元功率在8~10W作為衡量，說明在2010年中國國產X波段機載有源相控陣雷達的大功率微波器件，在技術層面、材料工藝層面，已經實現突破性發展……
2016年，中國空空導彈研究院在“航空兵器”雜誌社發表了一篇題為《相控陣大功率T/R模塊關鍵技術分析》的技術文章，文中提到“目前國內氮化砷功率放大器芯片日趨成熟”、“制約氮化鎵大功率芯片應用於T/R組件的技術問題已經解決”、“小型化、大功率、高集成度T/R模塊在彈載相控陣系統上已經開始應用”、“模塊效率超過30％，單通道發射功率超過15W”……
論文摘要
2017年4月12日，中電科集團（CETC）第55所得微信公眾號發出公告，該所重點實驗室張凱博士發表的論文《High－Linearity AlGaN／GaN FinFETs for Microwave Power Applications》（《三維鰭式氮化砷高線性微波功率器件》）被國際半導體器件權威期刊《IEEE Electron DeviceLetters》收錄，同時，被國際半導體行業著名雜誌《Semiconductor Today》進行專欄報道，受到國內外業界關注。
張凱博士論文中主要論述關於“三維氮化鎵FinFET微波功率器件”的科技成果，創新性的打破了傳統氮化鎵平面器件的技術瓶頸。論文中的實驗測試結果首次展示出“氮化鎵三維器件”相對於“氮化鎵二維器件”在微波功率應用方面的優勢與潛力。
按照中國的軍工科技“生產一代、試製一代、預研一代、探索一代”的操作慣性，既然“三維氮化鎵FinFET”作為科技成果被髮表，那麼，標誌著中國科技人早已將其實用化了……
當今中國數字陣有源相控陣雷達與美國伯仲之間
早在1993年，華東電子工程研究所（中電科集團第38研究所的前身）就提出“直接數字波束控制系統”的概念，並對基於DDS（數字式頻率合成器）的數字T/R組件進行了深入研究。1998年，華東電子工程研究所研製基於DDS技術的DBF（數字波束合成技術）4單元發射陣獲得成功。2000年9月成功研製“8單元一維全數字波束髮射陣”試驗系統，實現對10km以內的汽車、飛機等目標觀測，構成全數字相控陣雷達的雛形。
2004年，“中電科集團”第14（南京雷達14所）、第38研究所聯合完成“64個單元兩維全數字陣列”雷達演示與驗證系統的研製。全數字陣雷達工作頻率為S波段，通過對20多個批次的民航目標進行連續跟蹤試驗，全數字陣列雷達系統功能得到完全的驗證。
2005年，“中電科集團”第14、第38研究所採用模塊化設計，研製成功高度集成、穩定可靠的DAM（數字陣列模塊），聯合完成“512個單元兩維全數字陣列”雷達演示驗證系統的研究和試驗。這是典型的縮小版DAR（數字陣列雷達），其作用距離大於100km。至此，“中電科集團”通向“全數字陣列”雷達的大門，已經完全被打開……
2010年12月底，中電科集團（CETC）推出第一款商用版“華睿1號”高性能DSP芯片。2012年11月底，中電科集團（CETC）推出第一款軍用版“魂芯1號”高性能DSP芯片。2018年中旬，推出第二代商用版“華睿2號”高性能DSP芯片。同期，第二代軍用版“魂芯2A號”高性能DSP芯片問世。
“魂芯2A號”的單核性能超過當前國際市場上同類處理核的4倍，無需可編程邏輯陣列器件，就能實現高速彙編指令（ADC）、高速數/模（摸/數）轉換器（DAC）直接互連，擁有高速的相關運算時序接口，可以實現P波段射頻直採軟件無線電處理形態。
“魂芯二號A”的數字信號快速處理能力覆蓋C波段、X波段等更高的頻段，這使得傳統電子雷達數字化、數字雷達軟件化成為現實。由此，中國跨進通過軟件算法的集成實現新型數字雷達系統的“多功能、多模式”的新境界……
中國的“相控陣雷達”發展，幾乎是放棄“無源陣”，一步邁上“有源陣”臺階。但在“數字陣有源相控陣雷達”的發展環節，其路線圖極為清晰與謹慎，每一個晉級臺階都一步一個腳印、腳踏實地。中國不但在理論上完全掌握有源相控陣雷達數字化的所有核心點，在製造工藝環節不斷的發展、不斷的進步，直至走到世界巔峰……
中國055型驅逐艦裝備的雙波段有源相控陣雷達就是非常好的例證。美國將中國055大驅的“數字雷達陣列”稱之為綜合射頻系統，即，雷達對抗實現一體化，雷達探測、電子信息戰、通信指揮系統一體。並且，主戰電子裝備通過嵌入式開放體系形成一個多傳感器有機融合整體，作戰效率成倍提高，實現艦上電子裝備由獨立作戰轉化為成體系作戰整合體。
055大驅綜合射頻系統
中國艱苦奮鬥幾十年，終於在“數字陣雷達”與“電子、信息、通訊”綜合一體化方面實現“中國特色”，特別是陸基反隱身雷達是最先採用中國“數字陣技術”的殺手鐧裝備。在氮化鎵組件、數字陣、射頻綜合、多波段技術相互結合、融會貫通下，中國在“有源相控陣雷達”系統整合的發展上，實現了“彎道超車”！
技術進步是“無聲的戰場”，也是最能考驗一個國家的綜合國力與民族韌性的舞臺。通往中華民族復興通途的大門，已被一代又一代中國的科技人奮勇打開，在通途的大路上，國力與科技的角逐依然還會繼續，艱難險阻依然會存在，但恐懼與彷徨早已蕩然無存，留給我們的只有，掃除一切障礙，大踏步的前進……
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