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歼-10击落印军“阵风”:氮化镓立大功
wforum.com  2025-05-09 15:34  电子工程世界

5月7日,巴基斯坦副总理兼外交部长伊沙克·达尔在正式的议会会议中详细通报了此次印巴空战的详细情况,确认击落5架印度战斗机和1驾无人机(三架法制阵风、一架俄制苏-30MKI、一架俄制米格-29,美洲虎和以色列的苍鹭无人机也被击落),同时透露,巴方在当天凌晨的“短暂空战”中,使用了由中国制造的歼-10CE战斗机对抗并击落印度空军的战机。

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据了解,歼-10CE是中国成飞专为巴基斯坦定制升级的一款性能优异的三代半战机,在歼-10C的基础上进行了诸多优化和改进。

虽然阵风的性能也很先进,但有一个很明显的短板,就是“近视眼”。据专家分析,巴基斯坦空军此次取得优异战果主要得益于两方面因素:一方面是其飞行员训练有素、实战经验丰富,且具备完善的体系化作战能力;另一方面,歼-10CE战机搭载的先进航电系统(特别是采用氮化镓技术的有源相控阵雷达)发挥了关键作用,其卓越的探测性能为战机赢得了先发制人的优势。

这场“首杀”揭示了氮化镓技术对现代空战的颠覆性影响,更揭示了“中国禁运镓”背后的长远布局。

T/R:有源相控阵雷达的关键部件

从技术参数对比来看,印度装备的法国"阵风"战机配备的是RBE2-AA有源相控阵雷达(AESA),采用砷化镓(GaAs)T/R组件,数量为838个。而歼-10CE则搭载了国产KLJ-7A氮化镓(GaN)有源相控阵雷达,其T/R组件数量超过1200个,探测距离可达240公里,并具备同时追踪50个目标、攻击其中6个目标的能力。

所以,有人说,歼-10CE的有源相控阵雷达比法国阵风拉开了十年的差距。

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歼-10CE与阵风参数对比,图片来源丨铁君

相控阵雷达根据天线,分为无源相控阵雷达(Passive Electronically Scanned Array,PESA)和有源相控阵雷达(Active Electronically Scanned Array,AESA)。PESA仅有一个中央发射机和一个接收机,发射机产生的高频能量,经计算机主动分配给天线阵的各个单元,目标反射信号也是经各个天线单元送达接收机统一放大;AESA的每个天线单元都配装有一个T/R组件,每一个T/R组件都能自己发射和接收电磁波,因此在频宽、功率、效率以及冗度设计方面均比无源相控阵有巨大优势。 

T/R组件是相控阵雷达的核心组成部分,其核心功能主要通过内置的T/R芯片实现。该组件及芯片主要负责信号的放大、移相和衰减等关键处理。值得注意的是,相控阵雷达的探测性能与T/R组件的阵列单元密度密切相关,且T/R组件在整部雷达中的成本占比可高达50%。

根据雷达不同工作环境和性能要求,有源相控阵T/R组件构成形式不尽相同,但其基本结构一致,主要由数控移相器、数控衰减器、功率放大器、低噪声放大器、限幅器、环形器以及相应的控制电路、电源调制电路组成。

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对于T/R组件来说,使用何种半导体材料至关重要。与GaN充电头一样,对纳米制程相对没有那么敏感,改用第三代半导体材料,对雷达来说,可以说是指数级的提升。

氮化镓:制胜的关键

GaN属于第三代半导体材料(又称为宽禁带半导体材料),相比Si和GaAs在参数方面拥有巨大的优势:

  • GaN和GaAs的Johnson因子(综合评价半导体材料在功率和频率方面应用)分别为27.5和2.7,GaN明显高于GaAs;

  • 相比GaAs(禁带宽度 1.43eV),GaN材料的禁带宽度3.4eV,约为GaAs的2.4倍;

  • GaN器件具有指数倍更高的击穿场强,可以在更高电压下工作;

  • GaN材料大电场下有更高的载流子漂移速度,从而工作电流更大,而GaAs在低电场室温下的电子迁移率很高,但在稍大电场下其迁移率急剧下降,变为负数,表现为载流子漂移速度急剧下降。

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而作为研制新型雷达系统和干扰机的T/R模块等军用电子器件的材料,氮化镓(GaN)开始取代砷化镓(GaAs)。

在同样体积下,GaN可以比GaAs实现良好的线性度、更高的功率密度(> 5瓦/毫米)、更高的功率性能(5~10倍)、更高的电源电压(~50-70V)、更高的饱和电流、更宽的频带工作,并且坚固耐用。此外,能够产生更强的辐射功率,提高探测距离,减小体积重量,增强机动性和战场生存能力,缩短维修间隔时间,提高雷达的可用性。

目前,GaN已在AMDR和爱国者(Patriot)雷达升级中应用,使AMDR雷达总功率达到10 MW,作用距离是现役SPY-1D的两倍。

从实战角度来看,歼-10CE的氮化镓雷达可锁定200公里外目标,可同时跟踪12个目标并打击其中6个最具威胁的目标,而“阵风”雷达仅能发现160公里内目标。

中国禁运镓:掐住西方军工的“命门”

镓和锗是相控阵雷达的重要原材料。在制导(导弹)领域相关稀有元素的使用上,锗和镓也大有用武之地。

早在2023年7月,中国商务部与海关总署联合发布对镓、锗相关物项实施出口管制的公告。2024年8月,两部门联合发布公告,决定对部分锑、超硬材料相关物项实施出口管制。2024年12月进一步禁止对美出口镓及相关技术,直接冲击半导体和军工产业链。

首先,是产量和储量上的优势,中国在镓金属储量上居世界第一,可占世界总储量的80%~85%,2023年全球镓产量为730吨,中国的产量约为701吨‌,产量占全球比例高达96.0%‌;其次,是回收上的优势,镓回收依赖中国产关键试剂(如离子交换树脂),非中国企业面临供应链风险;最后,是产业链上的优势,制造氮化镓必须使用纯度>99.999%的高纯度镓,中国独创“镓提取-提纯-晶体生长”全产业链。

此次制裁的效果是显著的。今年2月,消息称,F-35战斗机升级TR-3被推迟至2026年,安装APG-85氮化镓雷达的Block4批次也就只有继续推迟。

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