中电科集团（CETC）第14研究所首次向世人展示“KLJ-7A”型机载有源相控阵火控雷达是在2016年的珠海航展。这也是珠海航展20年以来，首次展出该类型雷达。2017年的法国巴黎航展上，“KLJ-7A”型机载有源相控阵雷达第一次让西方世界近距离“一睹芳容”。2018年的珠海航展，“KLJ-7A”机载有源相控阵雷达以“家族化”参展，“固态单面阵”、“机相扫”、“三面阵”联袂而至，场面博为壮观。

“KLJ-7A”型机载有源相控阵雷达的公开露面，引起众多业界与媒体的广泛关注。在两届珠海航展期间，俄罗斯提赫米洛夫仪器研究所总裁和副总裁、法扎特隆设计局总设计师对“KLJ-7A”表现出来的“兴趣”，显得过于直接，都曾经与14所相关人员进行长时间的直接交流。这让世界主流军事杂志围绕着“KLJ-7A”的技术性能、制造工艺为核心，产生了大量的话题。

KLJ-7A有源相控阵雷达家族

“KLJ-7A”的朴素与奢华

《现代兵器》杂志曾有幸采访了中电科14所徐健（KLJ-7A副总设计师），徐建副总师在访谈中这样描述“KLJ—7A”：

在小批雷达成功交付后，外方基于获得技术进步的想法，后续的雷达采购采取合作生产方式进行；KLJ-7A雷达的技术层次与美国F-22隐身战机的APG-77雷达不相上下，在功能上不逊于F35使用的AN/APG-81型雷达；KLJ-7A的最大优势在于它的额定功率不变情况下的“低功耗”。其电源与冷却单元能够灵活的适应于现役飞机的液冷、风冷截然不同的冷却方式。中电科14所甚至可以为其量身定制专门的小型液冷单元。整体而言，KLJ-7A结构设计紧凑，具有非常好的载机平台适装性；KLJ-7A雷达作为一款最新技术的雷达系统，拥有上千个T/R组件，雷达虽然功耗低，但整体功率在国际上处于较高水平。KLJ-7A雷达可实现多种波形与不同种类目标交战，雷达的自由度高、带宽更广，多模工作不会相互干扰，同时抗干扰能力大幅提升，能够同时应对多个干扰源；KLJ-7A雷达与计算机系统采用光纤传输信息，整体反应速度快，探测距离是传统雷达的2倍，能够同时跟踪多批次目标，并引导打击。多目标的打击能力主要取决于载机的载弹数量，以及载机内部空间是否允许容纳下处理能力更强的分布式计算机系统。KLJ-7A具备高可靠性和便捷的可维护性，雷达的平均故障间隔时间非常长，例行检查自动化程度高（不打开雷达罩即可进行自检）。模块化插装式设计，维修也非常方便，地勤人员10～15分钟便可完成拆装作业。

徐副总师的访谈透露出来的信息及其耐人寻味：其中“小批雷达交付”这种说法，印证了2018年珠海航展上，巴基斯坦JF-17销售军代表向某些国家军购团推销“”时，提到的“有一小部分上已经安装了，神奇的、能够转动的小圆片式相控阵雷达”的说辞。

由此可见，2019年7月在土耳其进行的军演的第二阶段，一架枭龙起飞8分钟后，就将一架美军F-15E战斗机锁定，此后更是将土耳其的完全压制（模拟对抗视频土耳其公布过）的传闻，应该是确有其事。

有源相控阵雷达的“鱼与熊掌”

徐副总师在访谈中提到KLJ-7A两大优点：①技术层面与APG-77无代差，功能层面与AN/APG-81相类似；②低功耗、高功率，可兼容液冷与风冷模式，拥有专门开发的小型化液冷单元；

众所周知，在微波（射频）大功率半导体材料中，主流半导体材料是砷化镓（GaAs）。满足微波（射频）高频频段应用的功率放大核心器件，主要是基于砷化镓材料的HFET（高电子迁移率晶体管）和PHEMT（赝调制掺杂异质结场效应晶体管）器件。由于砷化镓材料的高温特性局限，要满足正常工作，其温控必须在100+摄氏度范围内，否则无法正常工作，甚至会“烧毁”元器件。

有源相控阵雷达（AESA）的工作频率与微波（射频）频率存在相互重叠，其功率放大环节有类似之处。有源相控阵雷达的T/R模块的功率利用率在30%左右，绝大多数的能量需要转换成热量散失。因此，上千个T/R单元工作时，其需要散失的热量会非常大。在有限的空间内，要满足100+摄氏度的温控要求，就需要高效的冷却系统。

美国F22A隐身战机装载的APG-77有源相控阵雷达以砷化镓（GaAs）半导体工艺为主。因此，“APG-77”要具备高功率，就必须拥有结构复杂、极占空间的液冷装置。

那么，KLJ-7A有源相控阵雷达要同时具备低功耗、高功率、小型化的优点，采用与“APG-77”相同的半导体材料绝无可能实现。因此，“KLJ-7A”要想同时满足“低功耗、高功率、小型化”，在选择半导体材料方面，只能使用比砷化镓特性更加优异的第三代半导体材料——氮化镓（GaN）。

神奇的“氮化镓”

氮化镓是由氮、镓构成的硬度较高的化合物，具有“直接能隙”特性的半导体材料，适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，也被称为高温半导体材料。

氮化镓相对于砷化镓，具有禁带宽度更大、击穿电场更高、电子饱和漂移速度更高的特点。对于高频率信号的响应特性更优异，其在高功率放大器的设计、生产及运行中有无法抗拒的优势。

在加热状况下，利用氮化镓晶体管制造的微波（射频）频率有效功率放大器，其射频功放的功率是砷化镓的5倍，这就能实现射频组件尺寸不增大的情况下，总功率能大幅度提高。对于有源相控阵雷达来说，这无疑能提高探测性能。

氮化镓半导体元件的正常工作温度范围在25~300摄氏度之间，相对于砷化镓的100+摄氏度的上限，可谓翻了一番。这就意味着，使用氮化锗制造的射频功放半导体器件在“冷却系统”方面，不需要像砷化镓那么“严苛”!这也就让液冷小型化、独立风冷、液冷与风冷混合模式成为可能……

在第三代半导体材料中碳化硅（SIC）也有及其重要的地位。碳化硅与氮化镓都具有禁带宽度大、导热率高的特性，但两者的应用领域各有不同：碳化硅适合高于1200V的高电压大功率应用；氮化镓器件更适合于40~1200V的高频应用。所以，碳化硅更适合应用于新能源汽车、快速充电等领域。

氮化镓，当今微波（射频）领域半导体材料工艺的王者

在微波（射频）半导体器件产品中，主要包括功率放大器（PA，多用于激发端）、低噪声放大器（LNA，多用于接收端）、开关器、单片微波集成电路（MMIC）等，这些均是基站、卫星、雷达设备中不可或缺的组成部分。

微波（射频）半导体领域主要有三种工艺，即，基于硅（Si）的LDMOS、砷化镓和氮化镓 工艺。LDMOS器件在频率特性上有局限，最高有效频率很难突破3GHz，砷化镓器件的局限主要在功率方面，很难突破50W。氮化砷半导体器件不但弥补了LDMOS、砷化镓器件这“两个方面”的特性短板，同时在这“两个方面”均有突破性表现，并且耐用性与实用性更好。

氮化镓的高击穿电压、高电流密度、高过渡频率、低导通电阻和低寄生电容的特性，是氮化镓器件具有高输出功率、宽带宽、高效率、低功耗的保证：

在3.5GHz以及更高频率下，氮化镓PA器件相对于砷化镓器件，其有效功率提高接近5倍。在某些条件下，氮化镓PA器件在100W输出功率下，其平均效率转化率达到50％~60％。这是氮化镓器件低功耗一个原因。氮化镓器件具有直接在芯片微电路中获取电能，实现高功率密度的特性，因此电路设计简化，利于缩小集成电路的空间尺寸。因此，氮化镓的大规模MIMO系统可以更紧凑。这是氮化镓器件低功耗的另一个原因。氮化镓PA器件的低功耗和氮化镓材料的高导热率特性，能够满足较高温度下，氮化镓PA器件的可靠运行。因此，散热系统更小，结构更简单（同时也让外部空间更加紧凑）。

随着微电子制造技术的不断发展，氮化镓器件在微波领域的表现更加耀眼。以0.25微米制造工艺为例，氮化镓器件频率远超3.5GHz，甚至达到其4倍，带宽增加20%，功率密度可达6~8W/m²，且无故障工作时间可达100万小时。

LDMOS、砷化镓半导体工艺曾经是世界列强构筑高科技领域壁垒、扼制发展中国家通往信息化高科技道路的一把利剑。同时，LDMOS、砷化镓被世界列强视为“高科技红利”，是用以掠夺、攫取发展中国家珍贵资源与金钱的“金钥匙”！

氮化镓材料在微波（射频）领域的耀眼表现，无疑成为发展中国家打破世界列强利用LDMOS、砷化镓工艺筑起“高墙”的契机。

随着中国在氮化镓材料工艺的制造、研发和创新诸多环节的突飞猛进，让中国高科技领域实现“弯道超车”成为可能……

中国民用5G通讯的“氮化镓”百花齐放

2016年，中国开启“十三五”国家重点研发计划“，其中，“战略性先进电子材料重点专项的组织实施工作得到国家层面的重点支持”，这两个“重点”特指——第三代半导体材料与半导体照明作为重点专项中最重要的研究领域。

在2018中国国际应用科技交易博览会上，氮化镓功率放大器芯片对外亮相。国产5G通信基站氮化镓功率放大器芯片的问世，打破国外针对高性能氮化镓器件对华禁售、禁运的垄断。中国发明成果转化研究院有关负责人透露，氮化镓芯片已完成多款产品设计，并已获得中电集团客户认证成功。2019年会正式推向市场，全面满足中国5G通信基站对射频功率放大器的需求。

2019年1月24日，华为举办5G发布会（暨2019世界移动大会预沟通会），发布全球首款5G基站核心芯片“华为天罡”。天罡芯片拥有超高集成度和超强算力，比同类基站通讯处理芯片增强约2.5倍。该芯片的问世可实现5G基站尺寸缩小超50%，重量减轻23%，功耗节省达21%，安装时间比标准的4G基站节省一半，有效解决站点获取难、成本高的问题。

2019年2月，西安电子科技大学芜湖研究院依托于西电宽带隙半导体技术国家重点学科实验室，研发出全国产的基于碳化硅衬底的氮化镓材料。这标志着，中国在民用5G通讯领域、第三代半导体技术领域，已处于国际领先水平，并预示着民用5G通信制造领域将实现全国产化。

由此，以华为天罡（5G数据处理核心）、氮化镓微波（射频）高频功率放大器、巴龙5000（2G、3G、4G、5G通讯基带整合芯片）三者相互结合构成的中国未来“万物互联”核心，均掌握在中国自己手中。任何外来的“打压手段”都将是徒劳无功的痴心妄想！

中国军事科技的“氮化镓”瓜熟蒂落

2010年，有传言称：国内已成功研发输出功率达50W的X波段氮化镓功放管，单片微波集成电路（MMIC）的输出功率已大于10W。如果这个传言属实，以美国隐身F-22A战机装载的APG-77雷达的T/R单元功率在8~10W作为衡量，说明在2010年中国国产X波段机载有源相控阵雷达的大功率微波器件，在技术层面、材料工艺层面，已经实现突破性发展……

2016年，中国空空导弹研究院在“航空兵器”杂志社发表了一篇题为《相控阵大功率T/R模块关键技术分析》的技术文章，文中提到“目前国内氮化砷功率放大器芯片日趋成熟”、“制约氮化镓大功率芯片应用于T/R组件的技术问题已经解决”、“小型化、大功率、高集成度T/R模块在弹载相控阵系统上已经开始应用”、“模块效率超过30％，单通道发射功率超过15W”……

论文摘要

2017年4月12日，中电科集团（CETC）第55所得微信公众号发出公告，该所重点实验室张凯博士发表的论文《High－Linearity AlGaN／GaN FinFETs for Microwave Power Applications》（《三维鳍式氮化砷高线性微波功率器件》）被国际半导体器件权威期刊《IEEE Electron DeviceLetters》收录，同时，被国际半导体行业著名杂志《Semiconductor Today》进行专栏报道，受到国内外业界关注。

张凯博士论文中主要论述关于“三维氮化镓FinFET微波功率器件”的科技成果，创新性的打破了传统氮化镓平面器件的技术瓶颈。论文中的实验测试结果首次展示出“氮化镓三维器件”相对于“氮化镓二维器件”在微波功率应用方面的优势与潜力。

按照中国的军工科技“生产一代、试制一代、预研一代、探索一代”的操作惯性，既然“三维氮化镓FinFET”作为科技成果被发表，那么，标志着中国科技人早已将其实用化了……

当今中国数字阵有源相控阵雷达与美国伯仲之间

早在1993年，华东电子工程研究所（中电科集团第38研究所的前身）就提出“直接数字波束控制系统”的概念，并对基于DDS（数字式频率合成器）的数字T/R组件进行了深入研究。1998年，华东电子工程研究所研制基于DDS技术的DBF（数字波束合成技术）4单元发射阵获得成功。2000年9月成功研制“8单元一维全数字波束发射阵”试验系统，实现对10km以内的汽车、飞机等目标观测，构成全数字相控阵雷达的雏形。

2004年，“中电科集团”第14（南京雷达14所）、第38研究所联合完成“64个单元两维全数字阵列”雷达演示与验证系统的研制。全数字阵雷达工作频率为S波段，通过对20多个批次的民航目标进行连续跟踪试验，全数字阵列雷达系统功能得到完全的验证。

2005年，“中电科集团”第14、第38研究所采用模块化设计，研制成功高度集成、稳定可靠的DAM（数字阵列模块），联合完成“512个单元两维全数字阵列”雷达演示验证系统的研究和试验。这是典型的缩小版DAR（数字阵列雷达），其作用距离大于100km。至此，“中电科集团”通向“全数字阵列”雷达的大门，已经完全被打开……

2010年12月底，中电科集团（CETC）推出第一款商用版“华睿1号”高性能DSP芯片。2012年11月底，中电科集团（CETC）推出第一款军用版“魂芯1号”高性能DSP芯片。2018年中旬，推出第二代商用版“华睿2号”高性能DSP芯片。同期，第二代军用版“魂芯2A号”高性能DSP芯片问世。

“魂芯2A号”的单核性能超过当前国际市场上同类处理核的4倍，无需可编程逻辑阵列器件，就能实现高速汇编指令（ADC）、高速数/模（摸/数）转换器（DAC）直接互连，拥有高速的相关运算时序接口，可以实现P波段射频直采软件无线电处理形态。

“魂芯二号A”的数字信号快速处理能力覆盖C波段、X波段等更高的频段，这使得传统电子雷达数字化、数字雷达软件化成为现实。由此，中国跨进通过软件算法的集成实现新型数字雷达系统的“多功能、多模式”的新境界……

中国的“相控阵雷达”发展，几乎是放弃“无源阵”，一步迈上“有源阵”台阶。但在“数字阵有源相控阵雷达”的发展环节，其路线图极为清晰与谨慎，每一个晋级台阶都一步一个脚印、脚踏实地。中国不但在理论上完全掌握有源相控阵雷达数字化的所有核心点，在制造工艺环节不断的发展、不断的进步，直至走到世界巅峰……

中国055型驱逐舰装备的双波段有源相控阵雷达就是非常好的例证。美国将中国055大驱的“数字雷达阵列”称之为综合射频系统，即，雷达对抗实现一体化，雷达探测、电子信息战、通信指挥系统一体。并且，主战电子装备通过嵌入式开放体系形成一个多传感器有机融合整体，作战效率成倍提高，实现舰上电子装备由独立作战转化为成体系作战整合体。

055大驱综合射频系统

中国艰苦奋斗几十年，终于在“数字阵雷达”与“电子、信息、通讯”综合一体化方面实现“中国特色”，特别是陆基反隐身雷达是最先采用中国“数字阵技术”的杀手锏装备。在氮化镓组件、数字阵、射频综合、多波段技术相互结合、融会贯通下，中国在“有源相控阵雷达”系统整合的发展上，实现了“弯道超车”！

技术进步是“无声的战场”，也是最能考验一个国家的综合国力与民族韧性的舞台。通往中华民族复兴通途的大门，已被一代又一代中国的科技人奋勇打开，在通途的大路上，国力与科技的角逐依然还会继续，艰难险阻依然会存在，但恐惧与彷徨早已荡然无存，留给我们的只有，扫除一切障碍，大踏步的前进……