2021年6月28日，美國(guó)《航空周刊》網(wǎng)站報(bào)道認(rèn)為：當(dāng)前，氮化鎵（GaN）技術(shù)在戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)上的應(yīng)用蓄勢(shì)待發(fā)。氮化鎵已是5G電子設(shè)備和大型搜索雷達(dá)當(dāng)前的首選半導(dǎo)體，正處于過(guò)渡到戰(zhàn)斗機(jī)火控雷達(dá)應(yīng)用的潮頭，有望使戰(zhàn)斗機(jī)火控雷達(dá)實(shí)現(xiàn)自20世紀(jì)90年代末采用有源相控陣技術(shù)以來(lái)最大的一次性能飛躍。我中心將該報(bào)道要點(diǎn)編譯如下，并結(jié)合我中心長(zhǎng)期以來(lái)積累掌握的情況增加大量圖片和圖注，以反映氮化鎵有源相控陣?yán)走_(dá)近年來(lái)的一部分進(jìn)展，供讀者參考。
二十年前，從行波管到砷化鎵（GaAs）芯片的技術(shù)轉(zhuǎn)變，使有源相控陣?yán)走_(dá)能夠被封裝到戰(zhàn)斗機(jī)狹小的機(jī)頭雷達(dá)罩中。今天，氮化鎵又為下一代戰(zhàn)斗機(jī)開(kāi)辟了新的設(shè)計(jì)空間。氮化鎵技術(shù)提供強(qiáng)大得多的功能，目前正接近規(guī)模化應(yīng)用——先進(jìn)的制造技術(shù)已提高了氮化鎵半導(dǎo)體的耐用性并降低了成本，為新一代機(jī)載相控陣引入氮化鎵單片微波集成電路芯片鋪平了道路。近期，只要能滿足換裝氮化鎵雷達(dá)的供電和冷卻要求，若干型戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)的探測(cè)距離有機(jī)會(huì)提高一倍；遠(yuǎn)期，轉(zhuǎn)向氮化鎵為新一代作戰(zhàn)飛機(jī)開(kāi)辟了設(shè)計(jì)選擇。與當(dāng)前戰(zhàn)斗機(jī)在機(jī)頭處沿橫截面方向安裝雷達(dá)天線不同，氮化鎵提供強(qiáng)大的功率附加效率（power-added efficiency）增長(zhǎng)，可能允許在機(jī)頭更前端安裝更小的收發(fā)通道陣列，并在機(jī)體各處安裝分布式、聯(lián)網(wǎng)的多功能孔徑。
安裝在瑞典800號(hào)JAS-39D戰(zhàn)斗機(jī)試驗(yàn)機(jī)機(jī)頭的氮化鎵機(jī)載有源相控陣火控雷達(dá)，由數(shù)百個(gè)氮化鎵收發(fā)通道組成的陣列全景。2020年4月28日，瑞典薩伯集團(tuán)宣布，該公司已從4月8日開(kāi)始，利用一架JAS-39D（序列號(hào)為800）雙座型“鷹獅”戰(zhàn)斗機(jī)試飛氮化鎵機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)。當(dāng)天的試飛在瑞典林雪平機(jī)場(chǎng)進(jìn)行，持續(xù)了90分鐘，機(jī)上的雷達(dá)成功地針對(duì)多個(gè)隨遇空中目標(biāo)和一系列地面目標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)。目前，該雷達(dá)已完成包括對(duì)抗戰(zhàn)斗機(jī)目標(biāo)在內(nèi)的一系列試飛。根據(jù)薩伯集團(tuán)透露的消息，該陣列在一年多以前就開(kāi)始了地面試驗(yàn)，并且與薩伯集團(tuán)2018年9月下旬出口給“未公開(kāi)的美國(guó)政府客戶”的陣列基本相同。盡管薩伯集團(tuán)未透露具體客戶，但與此同時(shí)美國(guó)防部宣布向薩伯集團(tuán)美國(guó)公司授予一份金額820萬(wàn)美元的合同，用于研究和開(kāi)發(fā)“有源孔徑陣列”，以供美海軍研究辦公室和美國(guó)防部長(zhǎng)辦公廳開(kāi)展“外國(guó)比較測(cè)試計(jì)劃”使用，合同授予方是美海軍航空系統(tǒng)司令部。薩伯集團(tuán)已利用另一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)該陣列進(jìn)行了飛行試驗(yàn)，以支持美國(guó)的計(jì)劃并在2020年年初將該陣列交付給了客戶（瑞典薩伯集團(tuán)圖片）
在法國(guó)、以色列、日本、韓國(guó)、瑞典、英國(guó)和美國(guó)的新型戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)設(shè)計(jì)方案中，氮化鎵已是用于下一代作戰(zhàn)飛機(jī)最有前景的半導(dǎo)體材料。但首型配裝氮化鎵火控雷達(dá)的戰(zhàn)斗機(jī)將不會(huì)是美國(guó)的“下一代空中主宰”、英國(guó)的“暴風(fēng)”、法國(guó)或德國(guó)的“未來(lái)作戰(zhàn)航空系統(tǒng)”、日本的F-X、韓國(guó)的KF-21和瑞典的JAS-39E/F“鷹獅”，它將會(huì)是美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)老化的F/A-18A～D“大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)。該型機(jī)之所以仍在服役，是因?yàn)镕-35B/C隱身戰(zhàn)斗機(jī)的計(jì)劃出現(xiàn)延誤。
英國(guó)BAE系統(tǒng)公司已有的六英寸氮化鎵晶圓。2019年10月1日，該公司曾宣布正努力將美空軍開(kāi)發(fā)的短?hào)诺壈雽?dǎo)體技術(shù)轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)上。該已成功完成第一階段的工作，短?hào)诺壈雽?dǎo)體技術(shù)轉(zhuǎn)化到其先進(jìn)微波產(chǎn)品（AMP）中心。具體來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)目將把140納米氮化鎵單片微波集成電路技術(shù)擴(kuò)大到六英寸（約合15.24厘米）的晶片，并提高其制造成熟度水平，這是工藝驗(yàn)證的一部分，其中包括優(yōu)化性能，確保工藝穩(wěn)定性和最大化晶片晶圓均勻性和晶圓產(chǎn)量（英國(guó)BAE系統(tǒng)公司圖片）
2021年4月下旬，美國(guó)雷神公司透露其在美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的F/A-18C“大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)上換裝了采用氮化鎵半導(dǎo)體材料的AN/APG-79(V)4有源相控陣?yán)走_(dá)。該公司稱，為現(xiàn)役F/A-18A～D升級(jí)有源相控陣?yán)走_(dá)的計(jì)劃已進(jìn)行了兩年，該計(jì)劃將是氮化鎵在機(jī)載火控雷達(dá)中的首次應(yīng)用。
2019年1月，雷神公司宣布其AN/APG-79(V)4有源相控陣?yán)走_(dá)在競(jìng)爭(zhēng)中擊敗美國(guó)諾格公司，獲得美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)F/A-18雷達(dá)換裝合同。在競(jìng)標(biāo)過(guò)程中，雷神公司曾為美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)F/A-18C試驗(yàn)原位換裝AN/APG-79(V)4，如上圖所示。該雷達(dá)與F/A-18E/F配裝的AN/APG-79有90%以上的通用性。下圖為2021年4月，美國(guó)雷神技術(shù)公司為美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的1架F/A-18C戰(zhàn)斗機(jī)換裝采用氮化鎵技術(shù)的AN/APG-79(V)4有源相控陣?yán)走_(dá)。兩圖對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，該雷達(dá)天線陣面的形狀發(fā)生了變化，表明2019年前后安裝的應(yīng)當(dāng)只是用于適配的模型。美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)目前已采購(gòu)25部AN/APG-79(V)4，計(jì)劃共采購(gòu)112部，其中98部裝機(jī)，分配給7個(gè)飛行中隊(duì)，每個(gè)中隊(duì)的12架飛機(jī)全部換裝；14部備用（美國(guó)雷神技術(shù)公司圖片）
雷神公司在制造氮化鎵材料方面已有十多年經(jīng)驗(yàn)，并已將該技術(shù)用于“愛(ài)國(guó)者”陸基防空反導(dǎo)系統(tǒng)的新型雷達(dá)和機(jī)載“下一代干擾機(jī)”的中波段吊艙。但AN/APG-79(V)4代表了氮化鎵在戰(zhàn)斗機(jī)主要射頻傳感器中的首次應(yīng)用。按計(jì)劃，雷神公司將在2021年12月前正式向美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)交付AN/APG-79(V)4有源相控陣?yán)走_(dá)，供美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)升級(jí)改造其機(jī)隊(duì)，后者已訂購(gòu)25部AN/APG-79(V)4。
雷神公司早在2016年3月就展示了改用氮化鎵技術(shù)的“愛(ài)國(guó)者”防空反導(dǎo)系統(tǒng)AN/MPQ-65雷達(dá)，如上圖所示。截至2019年10月17日，該公司已為17個(gè)國(guó)家和地區(qū)制造了240部“愛(ài)國(guó)者”系統(tǒng)的雷達(dá)。在“愛(ài)國(guó)者”系統(tǒng)新一代“低層防空反導(dǎo)傳感器”（LTAMDS）發(fā)展中，美陸軍全面采用了快速采辦。一是利用中間層級(jí)采辦推行快速原型化，為此美陸軍直接舉辦了解決方案原型樣機(jī)外場(chǎng)演示驗(yàn)證競(jìng)賽活動(dòng)，雷神、洛馬和諾格團(tuán)隊(duì)均在2019年5月參加了該演示活動(dòng)，隨后雷神公司才在2019年7月提交了自己的標(biāo)書(shū)。二是美陸軍還利用“其他交易協(xié)議”（OTA）與雷神公司簽訂采購(gòu)6套生產(chǎn)代表型系統(tǒng)的合同。雷神公司“低層防空反導(dǎo)傳感器”首批6套生產(chǎn)代表型系統(tǒng)的單價(jià)高達(dá)6000萬(wàn)美元左右，但我們認(rèn)為：這對(duì)于初期系統(tǒng)來(lái)說(shuō)屬于正常現(xiàn)象，隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、工藝穩(wěn)定成熟，后續(xù)生產(chǎn)型系統(tǒng)的單價(jià)將會(huì)大幅降低（美國(guó)雷神技術(shù)公司圖片）
AN/APG-79(V)4是美海軍F/A-18E/F“超級(jí)大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)配裝的AN/APG-79有源相控陣?yán)走_(dá)的縮小版本。雷達(dá)探測(cè)距離是孔徑大小和發(fā)射功率的正相關(guān)函數(shù)，盡管AN/APG-79(V)4的陣列尺寸小于AN/APG-79，但由于應(yīng)用效率比砷化鎵高得多的氮化鎵半導(dǎo)體，它將使F/A-18A～D獲得與當(dāng)前F/A-18E/F類似的雷達(dá)探測(cè)能力。
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