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由于西方国家对中国军事技术严密封锁,20年前中国战机如果能安装上类似美军F16战机的AN/APG-66脉冲多普勒雷达,就算非常先进了。但是近10余年来,随着中国相控阵雷达技术获得突破,基于先进半导体射频攻放元件的有源电子扫描阵列雷达(简称AESA雷达)在我军广泛装备。不论是在空军的歼10C、歼20战机还是在D型驱逐舰、型大驱和陆基防空系统上都广泛采用了这一雷达技术。甚至在很多民用雷达上,都使用了有源相控阵雷达技术,外媒感叹中国真正实现了有源相控阵雷达的白菜化!
如今相控阵雷达研发又传来好消息,据香港《南华早报》最近的报道,我国在军用相控阵雷达领域又取得了一项新突破。中国电子科技集团的高级工程师胡燕生领导的团队在《固态电子研究与进展》上发表了一篇重要论文,揭示了中国在射频攻放元件方面的最新成果。该团队使用新型氮化镓技术制造射频功放元件。其制造的功放芯片仅有手指大小,却能产生峰值功率达到2.4千瓦的X波段雷达射频信号。
我们知道,氮化镓作为一种宽禁带化合物半导体材料,具备禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、开关频率高,以及抗辐射能力强等优势。因此能用较小的体积实现较高的电压耐受能力。比起传统硅基材料,氮化镓材料成为了电子产品轻量化的关键材料。因此氮化镓材料也被广泛应用于军事领域。目前,世界上的传统战斗机采用的有源相控阵雷达每个TR(发射和接收)模块的射频供放元件封装通常是四合一的,而最先进的指标每个射频攻放元件的封装功率只有几十瓦,整个模块的射频功率也仅仅两百瓦左右。然而,中国电科集团在这篇论文中显示的技术已经将发射功率提高到了2.4千瓦,比目前最先进TR模块几乎提高了2个数量级!如此高性能提升将使得未来中国雷达的探测性能大幅提升。
那么,如果使用这样的射频功放元件的有源相控阵雷达到底能比传统有源相控阵雷达提高多大探测距离呢?按照雷达的工作距离公式可知,雷达的工作距离与其发射功率的四次方根成正比。也就是说,如果发射功率提高倍,雷达的工作距离大约可以提高3倍。举个例子,我们以目前中国出口型歼10CE战机所搭载的有源相控阵雷达探测距离公里来计算,如果安装新型射频功放元件的相控阵雷达,其对空探测距离将会达到公里。这在与传统雷达战机进行空战时将会占据绝对优势。
当然受限于飞机自身的输出功率以及无法及时散热等因素,在战机上可能无法达到那么高的探测距离。但如果将这样先进的雷达安装在设备空间和电力储备充裕的海军舰艇和陆基远程雷达上,那么其发挥的作用将会是巨大的。据研发人员介绍,在采用这款新型射频攻放元件后,我国新一代的有源相控阵雷达将能够产生30兆瓦的信号功率,足以探测到公里之外的目标。设想一下,如果在型大驱上安装该款雷达,能将对空探测距离大幅提高3倍,那么敌军战机远在数千公里之外的行踪都将被中国航母舰队掌握。
而且中国电子科技集团不仅在射频功放元件方面取得了突破,他们的磁信号处理器DSP技术也是世界一流的。在这些先进的元器件的支持下,中国军队将拥有世界上最先进的有源相控阵雷达。
总的来说,此次中国电子科技集团在雷达射频功放元件的重大突破,标志着中国在有源相控阵雷达技术上将全方位领先美国,这不仅为国防事业带来了显著优势,也为全球雷达技术的发展作出了巨大贡献。美欧国家曾经对中国实施严格的半导体射频放大器芯片禁运,但是中国科研人员面对封锁,不断攀登技术高峰,最终反超欧美发达国家,取得了全球瞩目的成就。让我们共同期待更多新型军事技术被不断突破。