砷化镓|氮化镓技术在战斗机雷达上的应用蓄势待发

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6月28日，美国《航空周刊》网站刊文称，当前，氮化镓（GaN）技术在战斗机雷达上的应用蓄势待发。氮化镓已是5G电子设备和大型搜索雷达当前的首选半导体，正处于过渡到战斗机火控雷达应用的潮头，有望使战斗机火控雷达实现自20世纪90年代末采用有源相控阵技术以来最大的一次性能飞跃。
20年前，从行波管到砷化镓（GaAs）芯片的技术转变，使有源相控阵雷达能够被封装到战斗机狭小的机头雷达罩中。今天，氮化镓又为下一代战斗机开辟了新的设计空间。氮化镓技术提供强大得多的功能，目前正接近规模化应用——先进的制造技术已提高了氮化镓半导体的耐用性并降低了成本，为新一代机载相控阵引入氮化镓单片微波集成电路芯片铺平了道路。近期，只要能满足换装氮化镓雷达的供电和冷却要求，若干型战斗机机载有源相控阵雷达的探测距离有机会提高一倍；远期，转向氮化镓为新一代作战飞机开辟了设计选择。与当前战斗机在机头处沿横截面方向安装雷达天线不同，氮化镓提供强大的功率附加效率（power-added efficiency）增长，可能允许在机头更前端安装更小的收发通道阵列，并在机体各处安装分布式、联网的多功能孔径。
在法国、以色列、日本、韩国、瑞典、英国和美国的新型战斗机雷达设计方案中，氮化镓已是用于下一代作战飞机最有前景的半导体材料。但首型配装氮化镓火控雷达的战斗机将不会是美国的“下一代空中主宰”、英国的“暴风”、法国或德国的“未来作战航空系统”、日本的F-X、韩国的KF-21和瑞典的JAS-39E/F“鹰狮”，它将会是美海军陆战队老化的F/A-18A～D“大黄蜂”战斗机。该型机之所以仍在服役，是因为F-35B/C隐身战斗机的计划出现延误。
2021年4月下旬，美国雷神公司透露其在美海军陆战队的F/ A-18C“大黄蜂”战斗机上换装了采用氮化镓半导体材料的AN/APG79(V)4有源相控阵雷达。该公司称，为现役F/A-18A～D升级有源相控阵雷达的计划已进行了两年，该计划将是氮化镓在机载火控雷达中的首次应用。
雷神公司在制造氮化镓材料方面已有十多年经验，并已将该技术用于“爱国者”陆基防空反导系统的新型雷达和机载“下一代干扰机”的中波段吊舱。但AN/APG-79(V)4代表了氮化镓在战斗机主要射频传感器中的首次应用。按计划，雷神公司将在2021年12月前正式向美海军陆战队交付AN/ APG-79(V)4有源相控阵雷达，供美海军陆战队升级改造其机队，后者已订购25部AN/APG-79(V)4。
AN/APG-79(V)4是美海军F/ A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机配装的AN/APG-79有源相控阵雷达的缩小版本。雷达探测距离是孔径大小和发射功率的正相关函数，尽管AN/ APG-79(V)4的阵列尺寸小于AN/ APG-79，但由于应用效率比砷化镓高得多的氮化镓半导体，它将使F/ A-18A～D获得与当前F/A-18E/F类似的雷达探测能力。
雷神情报与太空公司安全保密的传感器解决方案副总裁埃里克·迪特马尔斯（Eric Ditmars）说：“我们可以将氮化镓能力带入该平台。它可以提供与你在‘超级大黄蜂’上所见相同的探测距离和能力。使用标准的砷化镓芯片无法做到这一点。你必须走向氮化镓，以在这个更小的天线面积中获得你需要的效率。”这种转变也不是一帆风顺的。雷神公司使用其内部研究与工程资金，将AN/APG-79雷达收发通道中基于砷化镓的单片微波集成电路转换为氮化镓，迪特马尔斯形容这是“非常具有挑战性的技术问题”。