美國(guó)建造新一代陸軍防空系統(tǒng)雷達(dá)，采用下一代相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)
雷神公司研制的新一代低空防空和反導(dǎo)傳感器雷達(dá)系統(tǒng)
近年來，隨著競(jìng)爭(zhēng)國(guó)家空中力量的發(fā)展，美國(guó)陸軍判斷像以往那樣單單依靠空軍來保障自身安全是行不通的，于是展開了新一代低空防空反導(dǎo)武器系統(tǒng)的研制工作。而雷達(dá)作為防空反導(dǎo)系統(tǒng)的“眼睛”，在防空反導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展中占據(jù)重要地位，是該項(xiàng)目的重中之重。近日，負(fù)責(zé)該項(xiàng)目雷達(dá)系統(tǒng)的美國(guó)軍事電子工業(yè)巨頭雷神公司，對(duì)外公布消息，稱該公司已經(jīng)完成首部陸軍低層防空反導(dǎo)系統(tǒng)雷達(dá)的制造工作。令人矚目的是，這種新一代雷達(dá)，采用了下一代相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)，堪稱世界最先進(jìn)的防空系統(tǒng)雷達(dá)。
雷神公司為美國(guó)陸軍研制的這種新型雷達(dá)，正式名稱是“低層空中和導(dǎo)彈防御傳感器”（英文縮寫為L(zhǎng)TAMDS），它的研制目的很簡(jiǎn)單，就是為陸軍新一代低層防空反導(dǎo)系統(tǒng)提供搜索和火控導(dǎo)引，它就是防空反導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)的“千里眼”。它的設(shè)計(jì)要求也很高，被要求能夠應(yīng)對(duì)高超聲速武器等新一代空襲兵器的威脅，能夠發(fā)現(xiàn)并穩(wěn)定跟蹤和捕捉高超聲速目標(biāo)。
從外形上看，雷神公司的新一代LTAMDS雷達(dá)，采用相控陣體制，可收放的矩形陣列面板天線，其天線主陣列尺寸與“愛國(guó)者”防空反導(dǎo)系統(tǒng)的雷達(dá)大小相似，但無論有效探測(cè)跟蹤距離，還是對(duì)隱身目標(biāo)的探測(cè)能力。對(duì)多批次目標(biāo)的處理能力都遠(yuǎn)強(qiáng)于“愛國(guó)者”系統(tǒng)雷達(dá)，綜合探測(cè)性能據(jù)稱達(dá)到“愛國(guó)者”最新改進(jìn)型號(hào)雷達(dá)的兩倍以上。
LTAMDS雷達(dá)從外形上看與“愛國(guó)者”雷達(dá)相差不大，憑什么性能能夠達(dá)到后者兩倍以上？關(guān)鍵靠的是采用了下一代相控陣?yán)走_(dá)天線的關(guān)鍵技術(shù)之一——氮化鎵材料組件。
半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展到目前，一共發(fā)展了三代半導(dǎo)體材料，第一代是硅，硅晶圓制造的半導(dǎo)體器件目前仍廣泛應(yīng)用于軍民用電子領(lǐng)域。第二代是砷化鎵，它是當(dāng)今世界軍用雷達(dá)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體器件材料之一，目前世界上主流的相控陣?yán)走_(dá)，很多都使用砷化鎵材料來制造。例如我們熟知的第四代戰(zhàn)斗機(jī)F-22的機(jī)載火控雷達(dá)，大名鼎鼎的AN/APG-77雷達(dá)，就采用了砷化鎵半導(dǎo)體材料，也是世界上最早應(yīng)用該第二代半導(dǎo)體材料的先進(jìn)相控陣?yán)走_(dá)之一。
然而隨著近年來半導(dǎo)體材料和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，第三代半導(dǎo)體材料正在崛起，其中氮化鎵是其中的寵兒，是軍用雷達(dá)領(lǐng)域研究和突破的重點(diǎn)。
與第二代砷化鎵材料相比，氮化鎵材料制造的器件功率可以做得更高，使得雷達(dá)天線發(fā)射功率更高；它的導(dǎo)熱率更高，因此可以在更高的容許溫度下正常工作，對(duì)雷達(dá)散熱系統(tǒng)的要求更低；它的禁帶寬度更大，有利于提高器件整體的能效；它的電子飽和速度快、載流子遷移率也更高，這意味著它可以以更高的速度工作。
因此，使用氮化鎵材料制造的新一代半導(dǎo)體器件，具有更大帶寬、更高放大器增益、更高能效、尺寸更小，這恰恰是雷達(dá)行業(yè)夢(mèng)寐以求的發(fā)展方向。
從LTAMDS雷達(dá)的外形上，我們可以看到，其雷達(dá)天線陣列下方，是尺寸巨大的散熱設(shè)備，個(gè)頭比雷達(dá)天線還要巨大，這充分表明，該雷達(dá)具有很大的工作功率，功率越大，雷達(dá)的探測(cè)性能當(dāng)然就越好。
首部LTAMDS雷達(dá)的制造成功，不但是美國(guó)軍用雷達(dá)領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)里程碑，也標(biāo)志著美國(guó)陸軍低層防空反導(dǎo)系統(tǒng)項(xiàng)目向前推進(jìn)了一大步。美國(guó)陸軍近年來開始擺脫空軍，獨(dú)立增強(qiáng)自己的防空反導(dǎo)作戰(zhàn)能力，以應(yīng)對(duì)來自空中的更大威脅，這一裝備和軍隊(duì)建設(shè)發(fā)展動(dòng)向，值得我們關(guān)注和思考。
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