殲20、F22和F35火控雷達都是主動有源相控陣雷達。F22上的AN/APG-77雷達採用的是砷化鎵材料收發組件，共有1960個發射單元，每個單元峯值功率10瓦。對於雷達反射面積1平方米的目標探測距離爲200公里。F35戰鬥機的火控雷達AN/APG-81，也是砷化鎵半導體器件，共有1676個發射通道，每通道峯值功率6瓦。對於雷達反射面積1平方米的目標探測距離爲160公里。而且F22和F35火控雷達的收發組件均未實現數字化。J20的機載火控雷達採用的是數字列陣雷達，在雷達工作體制上比F22和F35採用的主動有源相控陣雷達領先一代。在雷達核心部件收發組件方面，J20的火控雷達採用的是氮化鎵半導體器件，而且已經實現數字化，比F22和F35的火控雷達採用的砷化鎵半導體器件領先一代。J20火控雷達的發射功率至少是F22火控雷達的五倍以上，探測距離比F22火控雷達的探測距離至少高百分之五十。

各代陣元材料性能

AN/APG-77雷達只是我國雷達技術2011年的技術水平，此時離J20服役還有七年，仍然有時間進行比較大的技術升級，以便引入最先進的技術成果，使火控雷達的技術水平有更大的提升。AN/APG-77雷達探測反射面積爲1平方米的目標可以達到200公里的話，相應J20的火控雷達探測同樣的目標至少可以達到300公里。這樣J20就會取得非常大的探測距離優勢，可以做到先發現，先攻擊，在戰術上就會佔據很大優勢。

那麼J20的火控雷達爲何需要如此大發射功率的呢？還不是被隱形技術逼的！戰鬥機採用隱形技術之後，雷達反射面積大大縮小，會大大壓縮火控雷達的探測距離。以F22爲例，如果讓一架F22用雷達探測另一架F22,在機頭方向上，雷達探測距離可能只剩下五六十公里了。要知道F22在探測1平方米的目標時還有近200公里的探測距離。如果只剩下五六十公里的探測距離，已經遠小於中距空空導彈的最大射程了，可能雙方很快就要進入近距離空中格鬥了，如果有光電探測系統，可能已經先於雷達發現目標了。如果能把雷達發射功率提高到原來的五倍以上，就可以將探測距離重新拉回到100公里左右。而這正是J20的火控雷達要乾的事！

從雷達天線罩的外形來看，其尺寸明顯比F22的雷達天線罩要大。因爲從機頭的輪廓線來說，從機身開始F22的機頭先削尖然後再收縮，到天線罩的位置留給雷達天線的尺寸就不到一米了。而J20機頭的輪廓線收縮很快，到天線罩的位置尺寸仍有很大空間，足夠裝備直徑超過一米的雷達天線。更大的天線尺寸自然可以安裝更多的收發組件，但是僅靠多出的收發組件也不可能實現五倍以上的發射功率。顯然兩種雷達採用的收發組件有着很大的不同。

雷達收發組件也稱T/R組件或T/R模塊。相控陣雷達天線通常都有上千個收發組件，雷達的信號發射和接收就靠這些收發組件，也就是說雷達的發射功率取決於單個收發組件的發射功率，而收發組件的功率大小取決於其使用的功率器件的功率。相控陣雷達使用的半導體功率器件經歷了三代的發展。第一代是硅半導體功率器件，現在已經基本上不用了。第二代是砷化鎵半導體功率器件，F22和F35戰鬥機火控雷達用的就是這種器件。第三代是氮化鎵、碳化硅、氧化鋅等寬禁帶半導體材料，其中以氮化鎵綜合性能最好。2000年，有報道國內研製成功了氧化鎵單晶材料，這種材料屬於超寬禁帶材料，是第四代。第三代功率器件相對於第二代器件的優勢就是發射功率可以提高5-10倍，而且可以耐受更高的工作溫度。並且具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度、高遷移率等優點。如果說J20機載火控雷達的發射功率能達到F22的5倍以上，那麼其收發組件肯定是採用了第三代功率半導體器件。

那麼國內是否掌握了第三代功率半導體器件技術呢？我們查找一下國內公開的技術文獻就可以發現，早在2000年就有研製成功氮化鎵功率器件的消息，2004年的技術文獻裏出現了X波段氮化鎵功率器件研製成功的消息，X波段正是戰鬥機火控雷達使用的頻段。國內氮化鎵功率器件還有過單個器件實現119瓦功率的記錄。要知道上一代砷化鎵器件單個也只有幾瓦的水平。因此我們可以知道，國內早就掌握了氮化鎵功率器件的技術。

金屬液冷系統

用了氮化鎵功率器件技術之後，單個功率器件的發射功率提高了一個數量級，也就是十倍。如此高的功率帶來了第一個問題就是嚴重的發熱問題，那麼如何解決這個問題呢？此前有報道，國內研製成功了機載風冷相控陣雷達，可以用來給裝備脈衝多普勒雷達的戰機進行升級換代。但是對以採用第三代功率器件的火控雷達，風冷散熱能力每平方釐米每秒只有十幾瓦，可能解決不了問題，因此普遍採用的是液冷方式。當然國內還有更先進的冷卻技術，中科院理化所劉靜教授帶領的團隊研製成功了液態金屬冷卻技術。液態金屬冷卻技術能夠實現每平方釐米每秒高達數百瓦的冷卻能力，比普通液冷的幾十瓦高了一個數量級。因次，即使J20裝備了單個功率119瓦的功率器件，散熱也不是個什麼問題，只看是否有這樣的技術需求。採用液態金屬冷卻不但可以提高散熱能力，還可以讓散熱系統的重量大大減輕。

火控雷達的功率提上來之後，產生的第二問題是電源功率不足的問題。經常有各種說法提到採用相控陣雷達之後，出現電源功率不足的問題。這些問題其實都是原來裝備脈衝多普勒火控雷達的戰鬥機升級到相控陣雷達時遇到的。相控陣雷達相對於脈衝多普勒雷達耗電量確實大了很多。但這個問題也不難解決，首先發電機技術本身難度不大,不是什麼高精尖技術。對於新飛機來說，如果原設計就考慮過這些情況，電源功率自然不是問題。對於第五代戰鬥機，單臺發動機通常都有一二十個兆瓦的功率，提取二三百千瓦的功率拿來發電當然也不會有問題。

對主動有源相控陣雷達和數字列陣雷達來說，收發組件是雷達的核心部件，成本佔整個雷達的百分之五十以上，其性能基本上決定了整個雷達的的技術水平。那麼J20火控雷達收發組件的性能是什麼水平的呢？雖然沒有直接的公開資料，但我們仍然可以透過過國內科研機構相關領域的技術進展，對此有個基本瞭解。在中電科第十三所官方網站上可以看到相控陣雷達功率器件和數字化收發組件相關產品的手冊。可以看到其產品已經已經廣泛採用氮化鎵技術，工作波段從L波段到X波段種類齊全，單個組件功率從20瓦、30瓦、60瓦、80瓦、100瓦、120瓦應有盡有。收發組件的工作波段也可以覆蓋L波段到X波段，並且也實現了數字化。而實現收發組件數字化是實現數字列陣雷達的前提條件。

關於J20的火控雷達，我們上面討論了收發組件、散熱、及供電技術問題。關於供電問題，有人認爲實現不了。其實電源技術實在不是多難解決的問題。以F35爲例，採用了高壓直流發電機，可以提供270V高壓直流供電，功率250KW。發電機重不足60公斤。以WS15發動機爲例，其循環功率爲27MW。提取250KW功率也只佔總功率的1%都不到，即使考慮發電效率問題，影響也很小。對J20來說，兩臺發動機可以配兩臺發電機，可以提供500KW的總功率，給雷達提供200KW的供電都不是問題。以J20雷達天線的口徑，安裝2200個收發組件毫無壓力。即使不按國內最高記錄單個功率器件119瓦計算，打個對摺，按60瓦計算，2200個收發組件，雷達總功率也有132KW。供電綽綽有餘，甚至可以給激光武器上機留點餘地。四五年前，國內就有報道，爲某飛機研製的高壓直流主/輔電源系統，突破了系統電壓瞬變、高速電機結構、冷卻、油路設計及發電機控制器寬轉速範圍的調壓設計等關鍵技術，基本達到了與世界先進戰機同等的技術水平。由此可見，電源根本就不是個什麼問題。

F35的AN/APG-81標準雷達

對於數字陣列雷達，還有一項關鍵技術就是數字波束成型技術，簡稱DBF技術。這一項技術國內其實很早就掌握了。1999年國內啓動機動式三座標雷達研製，項目總設計師吳曼青院士決定採用數字波束成型技術，當時世界上公認最先進的三座標雷達採用的是多波束相掃體制，還沒有使用DBF技術的三座標雷達。經過艱苦努力，採用DBF技術體制的機動式三座標雷達在2003年研製成功。被譽爲中國地面情報雷達趕超世界先進水平的里程碑式產品。2005年採用這一新技術的雷達即開始向國際市場出口。2006、2007年連續兩年在國際市場簽約達一億美元，打破了美國、法國長期佔領國際雷達市場優勢地位的局面，而西方國家在2007年後才推出DBF體制的三座標防空雷達。20世紀90年代中期，我國雷達技術領軍人物之一吳曼青院士在成功試驗的基礎上，率先提出“數字陣列雷達”概念，並帶領團隊成功研製了國內第一個數字T/R組件及國內首個數字陣列雷達試驗系統。加上國內在2005年之前就已經掌握了大功率的氮化鎵收發組件技術，這些技術整合在一起就是數字陣列雷達。由此可見，我國早已掌握數字陣列雷達技術，並且已經發展得非常成熟。

前面我們討論了雷達信號的發射與接收。然後，收到的雷達信號還要經過處理才能得到目標的信息。雷達信號處理常用的數學運算爲快速傅立葉變換，早期的傅立葉變換是用計算機配合軟件來實現的，效率不高，隨後發展出專門針對這些運算優化的專用芯片，稱爲數字信號處理器，簡稱DSP。當然DSP也不是隻用在雷達上，除了雷達、電子戰，在通信、圖像處理、醫療電子、工業機器人等技術領域也有廣泛用途 。

國內研發的雷達用DSP芯片主要是華睿和魂芯兩個系列。華睿系列DSP芯片由中電14所聯合清華大學、龍芯中科等單位研發。華睿1號採用65nm CMOS工藝，工作主頻爲550MHz，處理能力32GFMACS，功耗爲10W。就技術指標而言，華睿1號DSP 性能明顯優於同一時期飛思卡爾公司的MPC8640D、ADI 公司的TS201 和美國德州儀器公司的C6701。適用於對實時性要求較高的雷達信號處理和電子對抗等領域。華睿2號爲八核異構架構，採用了超標量結構、SIMD向量處理、可重構加速處理等技術，峯值處理能力達到400Gflops，作爲參照，目前國外DSP芯片性能最好的是美國德州儀器的TMS320C6678，其峯值性能是160Glops，華睿2號的峯值性能是其2倍有餘。

魂芯系列DSP芯片由中國電科38所研發。2012年，中國電科38所推出我國自主研發首款實用型高性能浮點通用DSP芯片——魂芯一號， 單核性能超過國際市場上同類芯片性能4倍。併成功應用在我國空警500預警機雷達等多個國防科技裝備上，成爲我國首款廣泛應用於國防科技裝備的高端自主數字信號處理器。2018年，中國電科38所又推出了魂芯二號A，採用全自主體系架構，研發歷時6年，突破了控制器設計等多個技術難題，擁有當前業界性能最強的DSP核，實現了對國內外同類產品性能指標的超越。相對於魂芯一號，魂芯二號A性能提升了6倍，通過單核變多核、擴展運算部件、升級指令系統等手段，使器件性能千億次浮點運算同時，具有相對良好的應用環境和調試手段；單核實現1024浮點FFT (快速傅里葉變換)運算僅需1.6微秒，運算效能比德州儀器公司TMS320C6678高3倍，實際性能爲其1.7倍，器件數據吞吐率達每秒240Gb。

從以上情況來看，國內在雷達用DSP芯片方面，多年前就已經是世界一流水平了。數字陣列雷達之後，再往前發展一代，就是軟件定義雷達。魂芯二號A和華睿2號這一級別的DSP芯片已經可以支撐軟件定義雷達的發展了。例如：以魂芯二號A爲DSP，配合高速ADC、DAC直接互連，具備相關時序接口，可以實現P波段射頻直採軟件無線電處理形態，也就是說已經可以實現軟件定義雷達的功能了。當然，對於更短的波段需要DSP提供更強大的計算能力。由此可見，這些世界領先水平的DSP芯片已經爲我國雷達技術的進一步發展打下了堅實的基礎。

至於雷達系統當中用到的另一類重要芯片就是CPU，這方面也有國產產品可用，比如龍芯、飛騰、申威等CPU,而且性能也足夠。空警500用的就是龍芯。即使軟件定義雷達對芯片技術提出更高的要求，國內也能夠解決。國內企業中芯國際今年即將量產14納米工藝，雖說這距離國際最先進技術水平還有不小差距，但對於軍用已經足夠，因爲軍用和民用不一樣，技術發展方向並不完全相同。即便是INTEL公司，因爲10納米工藝跳票，目前生產CPU用的還是14納米工藝，而且還要再用個兩三年。要知道魂芯二號A 用的是28納米工藝，華睿2號芯片用的是40納米工藝，龍芯3A3000用的也是28納米工藝，如果改成14納米工藝，性能再提高個四五倍完全不是問題。

我國相控陣雷達技術水平

綜上所述，國內雷達技術早已經是國際領先水平。J20戰鬥機的火控雷達採用數字陣列雷達技術沒有任何技術障礙。相對於F22和F35戰鬥機的火控雷達，J20戰鬥機的火控雷達在工作體制上領先一代，半導體功率器件領先一代。探測距離上超過F22火控雷達50%以上，已經佔據領先地位，也就是說在輻射水平相當的前提下，殲-20的機載相控陣雷達在可靠性、重量和功耗上將比F-22更有優勢，而F-35的小輻射陣面更無法達到殲-20的探測距離。隨着F-35戰鬥機不斷升級，其裝備的AN/APG-81雷達升級爲氮化鎵陣面也是大勢所趨，因此發展更先進的氮化鎵技術我們不能停止。經過幾十年的不斷發展，我國雷達已全面接近或達到國外先進水平，整體上全面處於並跑狀態，正處於從“跟跑”到“領跑”跨越的關口期，並且在某些領域已經實現了“領跑”。