用相控陣雷達放羊、防盜墓？中國是怎麼把相控陣雷達白菜化的？_風聞

近日，有網友爆料稱，湖北隨州大洪山風景區內懸溝山山頂的寺廟，頂部安裝了一部雷達，被網友們戲稱為“賽博朋克風”，“大慈大悲相控陣菩薩”、“像極了《三體》中的紅岸基地”……

據瞭解，這部雷達是由中國氣象局武漢暴雨研究所、隨州市氣象局、湖北文旅集團，合作建設的X波段雙偏振相控陣天氣雷達。

這部雷達其實並沒有建在寺廟頂部，而是在景區一座近年來新建的寶篋（qiè） 塔頂部，之所以選擇佛塔頂部建雷達，是因為大洪山是少有的邊界層垂直梯度自然觀測平台。

此次安裝的雷達不僅可以探測天氣過程的宏觀演變，還能獲取降水粒子的形狀、大小、相態分佈、空間取向、降水類型等，有助於提高龍捲、下擊暴流等強對流天氣的精準氣象預報預警服務。

這部雷達在反應速度、數據更新速率、多目標追蹤能力、空間分辨率、多功能性、抗干擾能力等方面更是完全碾壓傳統天氣雷達。

在很多人印象裏，相控陣雷達一直是高端貨的代名詞，當年多少軍迷都是對着美軍裝備相控陣雷達的神盾艦豔羨不已，怎麼如今中國的廟裏都能用上相控陣雷達呢？

01

相控陣雷達為什麼高大上

相控陣雷達就是相位控制電子掃描陣列雷達的簡稱，要是直接説概念的話，恐怕大多數人都理解不了，那咱們就把它跟傳統的機械掃描雷達對比來講講吧。

我們知道，雷達探測目標主要利用的是多普勒效應原理，也就是雷達波從發射到從目標返回的總時間乘以光速，等於目標距離的兩倍。

如果目標是移動的話，那麼返回的信號頻率就會和發射信號的頻率不一樣，就可以根據回波信號和發射信號的頻率差或時間差，來計算目標速度和移動方向。

傳統的機械掃描雷達，就像是一個手電筒，由於照亮的光束（也就是雷達波瓣）寬度有限，所以想看哪個方位就得對準哪個方位，要想探測高低或其他方位，就需要天線不停地轉動了，這也就是咱們大多數人對於雷達的印象。

很明顯，這種傳統的機械掃描雷達，由於需要不停轉動，每次探測到的目標數量很有限，數據更新會比較慢，而且機械驅動裝置也存在一定故障率。

而相控陣雷達則相當於大量相同的手電筒（也就是T/R組件輻射單元）組成的陣面。

這相控陣雷達裏面又分為有源相控陣和無源相控陣。它倆的區別在於有源相控陣就是每個天線單元都自帶發射器，無源相控陣就是隻有一個主發射模塊，其他都是被動接收。

▲無源相控陣雷達示意圖

無源相控陣的T/R組件都是一樣大且固定的，而有源相控陣的T/R組件，每個都接有一個可控移相器，理論上能完成180度的掃描。

由於不同的T/R組件可以承擔不同的功能，有源相控陣的T/R組件既能獨立發射雷達波，也能接收回波信號，除了傳統的探索跟蹤之外，還能進行電子干擾和遠程通訊，功能比無源相控陣豐富多了。

基於這種工作體制，目前的相控陣雷達，同時跟蹤多個方向的幾百個目標都沒有問題，這麼強大的跟蹤多目標的能力是機械掃描雷達不能比擬的。

而且由於相控陣雷達掃描方式為電子控制而不必由機械轉動，所以數據更新率大大提高，像機械掃描雷達數據更新週期為秒或十秒級，相控陣雷達則為毫秒或微秒級，非常適合對付高機動目標。

所以，人們常把傳統機械式掃描雷達比喻為“個體户”，而把相控陣雷達説成是“合作社”。那既然大家都知道相控陣這麼好，為啥之前不見普及呢？

主要原因就是之前相控陣雷達實在是太貴了，只有土豪才能玩得起。

上面咱們已經説過，T/R組件是整個有源相控陣雷達的核心，每個T/R組件的價格大概在1000美元左右，而一個相控陣雷達上的T/R組件少則上千多則上萬，光T/R組件的成本就能佔整部雷達的60%-70%。

像美國F/A-18戰鬥機上採用的APG-79有源相控陣雷達，T/R組件只有1000多個，性能只能算是一般，軍方採購價就得300來萬美元。

T/R組件之所以昂貴，是因為其主要功能包括：在發射期間將頻綜送來的信號放大到指定功率；在接收期間低噪聲放大回波信號；實現天線波束掃描所需的波束及相移控制等等。

要實現這麼多的功能，其具體的組成必然非常複雜，像4通道的T/R組件主要組成包括：T/R模塊、功分器、組件電源/控制電路三部分，其複雜程度要遠超智能手機。

▲T/R組件實物圖

而且有源相控陣雷達採用的是高頻率波段的發射機，需要由砷化鎵或者氮化鎵晶體管制成，這兩種材料本身就非常昂貴。

像素有“半導體貴族”之稱的砷化鎵單晶片，價格大約相當於同尺寸硅單晶片的20至30倍。

自然界中鎵比較稀缺，砷又是有毒物質，生產砷化鎵需要採用磊晶技術製造，由於磊晶圓直徑通常為4-6英寸，比硅晶圓的12英寸要小得多，需要特殊的機台才能造，成本就很高。

而氮化鎵不存在液態，沒法像生產單晶硅那樣用直拉法拉出單晶，只能純粹靠氣體反應人工合成。再加上反應時間長、副產物多，對設備要求苛刻，產能極低，導致其單晶材料極其難得，2英寸售價就高達2萬多。

除了原材料本生昂貴之外，T/R組件的成品率也非常低的，很容易生產出廢品，所以算上這些成本，相控陣雷達不貴才怪呢。

既然相控陣雷達這麼高大上，那中國又是怎麼把它變成白菜的呢？

02​

價格屠夫是怎麼煉成的

要説中國的相控陣雷達，其實起步不算晚，還記得軍迷們經常津津樂道的張家口黃羊山上的7010相控陣雷達嗎？

它就是我國第一部遠程預警有源相控陣雷達，讓中國成了美蘇之後，世界上第三個掌握相控陣雷達技術的國家。

這部1977年正式投入使用的雷達，電掃描天線陣面規格為20×40米，探測距離3000公里，可連續跟蹤10批以上目標。

1983年時，曾準確預測蘇聯“宇宙1402號”核動力衞星的墜落時間和地點等數據，為我國的行動部署提供了有力的信息支持。

▲於1983年失控並墜毀的“宇宙-1402”號核動力衞星

不過7010這樣早期的有源相控陣雷達都是電子管體制，如果集成起來則面積與發射總耗電量都相當驚人，所以只能用作對太空目標的戰略預警雷達。

儘管7010工程整體效果還可以，但到了1990年代以後，全球相控陣技術向高端集成電路發展的時候，中國卡在了T/R組件的生產技術上，沒法做到相控陣雷達小型化，就沒法給艦船和飛機上安裝。

於是在上世紀末，某東方神秘大國便開始與某軍工強國合作研發大型預警機。

當時，神秘大國負責整體方案、算法和主要核心軟件的開發，軍工強國主要提供先進的T/R組件的生產工藝以及高成品率的品控管理技術。為以防萬一，神秘大國國內也開展了並行研發工程。

果不其然，在某超級大國的干涉下，東方神秘大國與某軍工強國的合作被迫中止，但是神秘大國國內的並行工程卻取得碩果。

在21世紀第一個10年裏，中國突破了有源相控陣雷達技術，生產的X波段T/R模塊功率達到10瓦/個。

▲APG--77有源相控陣雷達

至於中國為什麼能把相控陣雷達白菜化，那就是相控陣雷達重要的原材料——氮化鎵的功勞了。

氮化鎵（GaN）是一種非常堅硬且在機械方面非常穩定的寬帶隙半導體材料，它的禁帶寬度為3.4eV，約為砷化鎵的2.4倍，功率密度能夠達到後者的10倍左右。

相比於砷化鎵T/R組件30%左右的模塊效率，氮化鎵T/R組件模塊效率能夠達到48%左右，而且氮化鎵的熔點很高，達到了1700℃，大約是砷化鎵的3倍左右，能以更高的功率工作更長時間。

其實這東西早在1989年，就被美國在實驗室中合成了，只不過剛開始用來製作發光二極管，也就是LED燈，後來開始應用在新能源汽車、軌道交通、智能電網、半導體照明、新一代移動通信等領域。

▲氮化鎵發光二極管

2017年11月，英諾賽科（珠海）科技有限公司解決了高温環境下氮化鎵薄膜冷卻時容易發生破裂的問題，使得中國首條8英寸級硅基氮化鎵生產線成功投產。

2019年，中電科13所和55所聯手推出的新一代射頻芯片項目獲得了“國家科技進步一等獎”，國產氮化鎵技術愈發成熟。

近些年，隨着技術突破，成本逐漸得到控制，氮化鎵還被廣泛運用到消費類電子產品上，例如，作為目前全球最快的功率開關器件，氮化鎵就被用在手機大功率充電器上。

此外，現在相控陣雷達T/R組件的產品結構形式，也開始從“磚塊”發展為“瓦片式”，可以減少印製電路板和連接器的數量，並能通過大規模製造技術和封裝工藝，使成本能降低30%左右。

▲手機用的氮化鎵大功率充電器

中國這個市場體量，你懂的，一旦在民用市場能吃得開，必然會迅速鋪開並且白菜化，而且中國一搞就是全產業鏈，這氮化鎵的全產業鏈一鋪開，用這個做的T/R組件價格自然也就下來了。

於是，國內雷達、電子行業開始“嚴重內卷”，多個科研單位競爭激烈，部隊胃口也被他們養得是越來越刁。

空軍最新的殲-20就不用説了，殲-10C、殲-16等戰鬥機也裝上了有源相控陣機載雷達，極大提升戰鬥機的態勢感知能力。

就連20噸的試驗性小無人艇，都貼了四個有源相控陣，300噸級無人艇的有源相控陣雷達居然還是不同波段的兩組，分別負責搜索和火控，這配置比伯克級驅逐艦還高。

▲20噸的神盾艇

甚至連單兵雷達甚至也能用上相控陣，像步兵裝備的這種小型雷達，一旦獲得對方信息，就能通過內部信息化聯通系統快速給活力分隊分發探測結果，幾秒內重火力隨之招呼而來。

與此同時，相控陣雷達的民用領域發展，也已經遠超我們想象，其中發展最快的算是氣象探測領域。

相控陣天氣雷達對傳統天氣雷達絕對是降維性打擊，像北京大興機場使用的C波段全數字有源相控陣天氣雷達，只需1分鐘就能完成常規天氣雷達需要6分鐘，才能完成一次的11層體積掃描。

該雷達全面提高了地物雜波抑制能力和抗干擾能力和自動化探測能力，能更快、更準確的的發現雷雨、大風、下擊暴流、風切變等影響航空安全的危險天氣。

同時該雷達採用分佈式發射和接收技術，可靠性也從常規雷達的600小時提升至3000小時以上。

**除了氣象探測，野外文物保護也用上了相控陣雷達。**像文物大省陝西由於古蹟、遺址數量龐大且零散，預防這些摸金倒斗的一直是個問題。

但是現在有了相控陣雷達，找個高處一放，你看看，反應速度又快，目標更新速率又高，多目標追蹤能力又強，分辨率還高，簡直不要太輕鬆，現在麗山園、兵馬俑一號遺址坑都已經用上了。

當然了，相控陣雷達能用來防人，就能用來防其他動物，像Ku波段的單兵相控陣雷達，全重也就15公斤，倆人一抬就能走，户外雷電、雨雪等天氣都沒問題。

它能對運動目標監測，並自動識別進行分類評級，監測視角可達±45度，可以同時監控100個目標，能探測5公里內的行人、10-15公里的車輛目標、3公里外的無人機目標、10-30公里的船隻目標。

如果用來驅趕野豬的話，只要場地能通視，再配上熱成像，就能大大提高目標發現概率，再配合上無人機，一旦發現目標後就有無人機自動飛到目標地點進行驅離，簡直不要太會玩。

如今，中國的全產業鏈幾乎都是給相控陣雷達配套的，想買機械掃描的都難，難怪有的網友就爆料説：

前幾年公司想買幾個攝像頭裝個監視器之類的安防設備，結果來了家沒名氣的小公司，掏出個半條煙大的盒子，説是包含8個 T/R組件的相控陣雷達，能同時跟蹤64個目標，一個模組不到3000塊錢，還能跟夜視攝像頭聯動，監測到移動目標自動鎖定。

你看看，都白菜成這程度了，那回頭**滅蚊相控陣雷達是不是指日可待了？**真到那時候，軍武菌高低也得買一個！

更多有趣好玩的軍事文章、視頻、圖片、電影、遊戲，請關注“軍武次位面”微信公眾號。打開微信，公眾號搜索“軍武次位面”點擊關注！