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klj7a使用gan,技术上与apg77相当,功能上不逊apg

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理智悍虎
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“JF-17 Block II”时,提到的“有一小部分JF-17 Block II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F-16V战斗机完全压制(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)。


IP属地:浙江来自iPhone客户端1楼2019-12-15 22:20回复
    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;GaN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、雷达设备中不可获取的组成部分。
    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/m,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”!
    氮化镓材料的出现,无疑成为打破了世界列强利用LDMOS、砷化镓工艺筑起的“高墙”的契机。随着中国的砷化镓材料工艺诸多环节被逐步攻克,让中国高科技领域实现“弯道超车”成为可能


    IP属地:浙江来自iPhone客户端2楼2019-12-15 22:21
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      2025-05-19 14:09:18
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      等等,APG77沦为计量单位了?


      IP属地:重庆来自Android客户端3楼2019-12-15 22:22
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        功能层面类似APG-81是非常厉害的


        IP属地:四川来自Android客户端4楼2019-12-15 22:34
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          等等真这么强?KJL7A之前看是说对RCS为5的目标范围是170KM,那么APG77的性能……?


          IP属地:广西来自Android客户端5楼2019-12-15 23:50
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            KLJ7A有一款旋转阵,给枭龙用的,还有一款高端三面阵


            来自Android客户端6楼2019-12-16 01:59
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              瞎吹也要有度KLJ7A并不是氮化镓。整体性能在国际上也很一般。


              IP属地:重庆来自Android客户端7楼2019-12-16 08:14
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                KLJ7A之前不是宣传的技术水平不亚于AN/APG81吗?当然,性能上应该还是比不过,毕竟少了600个T/R模块


                IP属地:湖北来自Android客户端8楼2019-12-16 08:22
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                  2025-05-19 14:03:18
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                  从文中看,KLJ7A使用GaN纯粹是脑补。


                  IP属地:安徽来自Android客户端9楼2019-12-16 08:34
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                    10楼2019-12-16 10:14
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                      KJL7A有两款,三面阵版本的主阵面比枭龙用的旋转阵要大,讨论探测距离的时候先分清是哪款



                      来自Android客户端11楼2019-12-16 12:23
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                        这个gan是作者估计的


                        12楼2019-12-16 13:10
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                          枭龙的新雷达是14还是607的,目前没看到决定性结果


                          IP属地:辽宁来自Android客户端13楼2019-12-16 13:17
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                            之前好像在哪儿看的说枭龙用的klj7a前端改了后端没变来着?


                            IP属地:江苏来自Android客户端14楼2019-12-16 13:20
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                              2025-05-19 13:57:18
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                              国内是否有已经将GaN用于军用雷达现在没有正规渠道的消息予以证实,全靠猜测,包括这篇文章


                              15楼2019-12-16 13:29
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