幾個月前，媒體紛紛報道了一則消息：自2023年8月1日起，中國將開始對鎵和鍺兩種重要金屬實施出口管制，以保護國家安全和利益。這一舉措讓許多人突然意識到，中國已成為全球鎵和鍺最大的出口國，而這一點似乎是在不知不覺中發生的。

        據中國地質科學院礦產資源研究所2020年的一份報告指出，全球鎵的儲量大約為23萬噸，而中國的鎵儲量位居世界首位，占全球總儲量的80%-85%。此外，中國的鎵產量也占據了全球產量的90%至95%。鎵的化合物，如砷化鎵和氮化鎵，在制造相控陣雷達方面具有重要應用。近年來，曾經高端的相控陣雷達在中國逐漸變得更加普及，這篇文章將探討相控陣雷達在中國民用領域的普及過程。

        要理解“有源相控陣”這個概念，我們需要從兩個方面來解釋：首先是“有源”，其次是“相控陣”。

        讓我們來簡化一下“相控陣”雷達的概念：它是一種利用電磁波相位控制技術的雷達系統，與傳統的機械掃描雷達形成對比。相控陣雷達通過調整電磁波的相位差，利用干涉原理來控制波束的發射方向。

        至于“有源”一詞，它是相對于早期的“無源”相控陣雷達而言的。在無源系統中，所有的小單元都由一個中央放大器來控制信號強度，這種結構的弱點在于，一旦雷達受損，整個系統可能失效。此外，統一分配的信號強度限制了功能和靈活性。相比之下，有源相控陣雷達就像是蜻蜓的復眼，由眾多獨立的收發單元組成，每個單元都有自己的放大器，這些單元被稱為T/R模塊。每個T/R模塊接收到的信號都是微弱的，但它們可以根據需要放大信號。這種設計使得每個T/R模塊都能獨立工作，使得雷達系統能夠執行多種功能。

        在過去的時代，“有源相控陣”技術一直是國內大眾眼中充滿神秘色彩的高科技產物，確實，這一技術曾僅為歐美軍隊的先進艦艇配備，如美國海軍的“阿利·伯克”級導彈驅逐艦，它們配備了先進的AN/SPY-6(V)型空中搜索雷達，這體現了有源相控陣技術的高價值和技術門檻。這項技術的掌握難度大，即便技術上有所突破，其廣泛應用也面臨著重重挑戰。然而，近幾年來，細心的軍事觀察者可能會發現，與歐美艦艇僅裝備少量相控陣雷達的做法不同，中國海軍的艦艇普遍安裝了相控陣雷達系統。

        在民用領域，關于有源相控陣技術的應用，最早引起公眾廣泛關注的新聞出現在2022年，那就是關于“我國農民利用有源相控陣雷達技術防治野豬破壞”的報道。

2022年，野豬還是受到三級保護的動物，但隨著我國生態環境的快速恢復，野豬數量激增，在一些地區甚至出現了泛濫的情況，這對當地農民的生活造成了嚴重影響。為了抵御野豬的侵襲，一些地區采取了人員巡邏驅趕的措施，但這種方法既耗費人力物力，又效果有限。因此，如果能有一種全自動化的設備來驅趕野豬，將極大地減輕農民的負擔。

       市場需求催生了創新的解決方案。在國內，一些公司已經開發出了滿足村民需求的設備，這就是我們故事的主角——民用有源相控陣雷達。

        這款雷達是由英飛睿公司推出的，型號為S5000。它采用了Ku波段（12-18GHz頻段）的脈沖多譜勒技術，原本設計用于識別、追蹤和鎖定移動車輛、無人機、船只或行人等目標。通過調整參數，技術人員使S5000能夠有效地鎖定野豬。S5000的重量僅為15公斤，能夠監控10公里范圍內的100個目標。其8Mbps的帶寬能夠滿足數據傳輸的需求，尤其在通信條件不佳的地區使用更為便捷。該設備支持即插即用，一鍵啟動，即使是非專業人員也能迅速上手。

        更重要的是，英飛睿產品的TR組件和有源相控陣等核心部件都是自主研發的，這使得成本更加可控，供應也更加穩定。其獨特的信號處理算法能夠有效抑制雜波，在復雜的環境中準確識別目標。這對于我國一些偏遠、人均收入較低的農村地區來說，無疑是防治野豬問題的有力工具。

        據了解，在實際應用中，村民們首先使用雷達鎖定野豬目標，然后派出配備了兩面有源相控陣雷達陣列的大疆T50民用無人機進行驅趕。這種無人機能夠高效地進行地形識別和避障，從而迅速將野豬驅離。

        在2023年3月，我國民用有源相控陣雷達技術再次成為焦點，這次是因為湖北地區首臺相控陣天氣雷達成功安裝。這一消息迅速在網上引起熱議，而討論的焦點并不是雷達的性能，而是它獨特的安裝地點——湖北隨州大洪山風景區內的寶篋塔頂。網友們戲稱其為“賽博佛寺”，讓人聯想到《三體》中的紅岸基地。

       實際上，將有源相控陣雷達技術應用于氣象領域，是我國“軍轉民”技術應用的一個典范。例如，在北京大興國際機場，C波段全數字有源相控陣天氣雷達已經被廣泛使用。這種雷達相比傳統的機械掃描雷達，掃描速度更快，僅需1分鐘就能完成一次11層體積掃描，而傳統雷達則需要6分鐘。此外，得益于有源相控陣的設計，這種雷達在地物雜波抑制、抗干擾能力和自動化探測方面都有顯著提升。它能夠更快速、更準確地探測到影響航空安全的危險天氣，如雷雨、大風、下擊暴流和風切變等，并能夠詳細分析這些危險天氣的內部結構，為航空預報提供更為精確的探測數據。

       在這則新聞中提到的雷達，是我國氣象領域尖端技術的代表——X波段雙偏振相控陣天氣雷達。該雷達是2022年中國氣象局武漢暴雨研究所在大洪山暴雨立體垂直觀測基地的關鍵設備之一。大洪山位于江漢平原北部，其1000米的山體落差為垂直立體觀測提供了得天獨厚的條件，成為理想的天然平臺和邊界層垂直梯度自然觀測平臺。

       氣象專家指出，雙偏振相控陣雷達在響應速度、數據更新頻率、多目標追蹤能力、空間分辨率、功能多樣性以及抗干擾能力等方面，都顯著優于傳統的天氣雷達。該雷達不僅能夠監測天氣過程的宏觀變化，還能夠詳細獲取降水粒子的形狀、大小、相態分布、空間取向和降水類型等信息，這對于提高龍卷風、下擊暴流等強對流天氣的精準預警和預報服務具有重要意義。

        那么，為什么曾經被視為高科技象征的有源相控陣雷達能夠在我國得到廣泛應用呢？這背后的原因可以從兩個方面來分析：原材料的供應和技術水平的提升。

        有源相控陣雷達的關鍵材料通常是砷化鎵和氮化鎵。回到本文開頭的新聞，我國是全球最大的砷化鎵和氮化鎵出口國，并且在產量上遙遙領先于其他國家。中國能夠在這些稀有材料的生產上占據領先地位，背后的原因是什么呢？

        我國在全球鎵市場中占據著舉足輕重的地位，擁有全球68%的鎵儲量。鎵作為一種稀有金屬，其主要來源是電解鋁的副產品。雖然電解鋁技術并不復雜，但大規模生產卻對電力系統提出了極高的要求。據統計，每生產一噸電解鋁大約需要消耗13,500度電。根據國家統計局數據，2022年我國電解鋁產量達到4,021.4萬噸，據此估算，我國電解鋁行業2022年的總耗電量超過了5,400億度電。這一數字令人震驚，以2021年法國全國發電量5,472億度電為例，我國電解鋁行業的耗電量幾乎與法國全國發電量持平。鎵產量之所以能夠遙遙領先，得益于我國龐大的鋁產量和豐富的鎵儲量。

        然而，產量巨大背后，還有一個關鍵因素被忽略了，那就是市場需求。一個行業的產能總是與市場需求相匹配。近年來，我國5G基站建設的加速、GaN功率器件在手機快充和新能源汽車快充中的應用，都為鎵材料創造了巨大的市場需求。自2019年以來，隨著我國代工企業的快速發展，氮化鎵成本被大幅降低。

        在雷達技術方面，我國的研究始于20世紀40年代末至50年代初，至今不過幾十年歷史。從南京“小紅樓”的誕生地，我國的雷達技術已經發展壯大，遍布全國。這一技術從最初的不成熟，到如今的成熟強大，見證了我國科技實力的飛速進步。

       在1949年5月，中國人民解放軍接管了原國民黨控制的雷達研究機構（被稱為“小紅樓”），這一事件成為我國雷達產業發展的重要里程碑。從1953年開始，我國建立了專門的雷達生產基地，并從模仿蘇聯雷達產品起步，逐漸自主研發了多種雷達系統，包括警戒雷達、炮位瞄準雷達、艦載雷達、機載雷達、指標儀、制導雷達以及末制導雷達等。

        到了1960年代，隨著中國與蘇聯關系惡化，蘇聯突然撤走了所有專家并撕毀了合同，我國因此提出了“以兩彈為主，導彈優先，積極發展電子技術”的策略，這一方針為我國雷達事業的未來發展奠定了重要基礎。我國雷達技術也開始進入快速發展階段。到了1970年代，我國在雷達領域取得了一系列技術突破，掌握了單脈沖跟蹤技術、脈沖壓縮技術、多普勒技術、相控陣技術和成像技術等新技術，同時，我國自主研發的產品也開始在國際市場上獲得認可并實現出口。

       1990年代，海灣戰爭的爆發讓美國展示了現代信息化戰爭的威力，其領導的多國聯軍以壓倒性優勢擊敗了伊拉克軍隊，這一事件讓我國深刻認識到雷達在情報收集、指揮控制、作戰管理以及效能評估等方面的重要作用，同時也意識到雷達技術面臨的隱身技術、反輻射導彈、電子干擾和低空飛行器等挑戰。因此，我國迅速啟動了先進雷達技術的研究和論證工作。在眾多雷達工作者的共同努力下，中國的雷達技術逐漸與世界的先進水平同步，并在某些領域取得了領先地位。

       在過去七十年中，我國不懈地推進雷達技術的進步，現在已經達到了世界領先的水平。這一點，結合我國氮化鎵原材料的低成本，可以解釋為何有源相控陣雷達技術在我國得到了廣泛應用。

        雖然我國在雷達技術的軍民融合方面取得了顯著成效，但在氮化鎵領域，我國仍面臨一些挑戰。盡管我國在原材料供應方面具有顯著優勢，甚至位居全球領先地位，并且國內有三安集成和海威華芯等企業具備氮化鎵功率器件的量產能力，但在國際市場上，主要的氮化鎵生產商仍然集中在歐洲國家和日本，我國企業還未進入主要的供應鏈第一梯隊。

        根據《第三代半導體-氮化鎵（GaN）技術洞察報告》，在全球氮化鎵技術的競爭格局中，中國、美國和日本成為主要的市場競爭國家。美國和日本在20世紀70年代初就開始了相關技術的研究與開發，而中國雖然起步較晚，但發展迅速，展現出強大的競爭力。目前，日本在全球氮化鎵技術領域占據主導地位。

        在國際市場上，一些知名的氮化鎵企業包括日本的住友、美國的Cree、德國的英飛凌、韓國的LG和三星等。中國也有一些代表性的企業，如晶元光電、三安光電、臺積電和華燦光電等。然而，與國外企業相比，中國企業在專利申請數量上仍有待提高。

        我國已經認識到這一挑戰，并希望通過“十四五”規劃將第三代半導體技術提升為國家戰略層面的重要技術。第三代半導體技術被視為我國半導體產業實現跨越式發展的關鍵機遇。在未來，如果我國能夠在氮化鎵領域取得更大的突破，預計將有源相控陣雷達技術的應用將更加廣泛，從而為我們的日常生活帶來更多便利。