從上世紀80年代初起，美國國防部尖端技術研究規劃署(DARPA)、國家航空和宇航局(NASA)一直重點進行毫米波固態器件和電路的研究，已經取得了令人矚目的成果，已應用于新型武器裝備上，如下表所示。

毫米波段武器應用舉例

對于硅器件，其工作頻率最多達到GHz范圍，而W波段或更高頻率的MMIC所用的材料主要是InP-HBT、HEMT或者GaAs-MHEMT。其中國際上最新報道的InP MMIC低噪聲放大器在W波段，噪聲系數在2-5dB之間。但是，In資源正逐漸減少，同時InP單晶生長較難，易碎，且遷移率較難進一步提高，其器件性能已接近極限水平，人們一直在尋找遷移率和熱導率更高的材料，晶片級石墨烯的出現有望解決這些難題。利用石墨烯超高速遷移率可以提高器件工作頻率達到毫米波段，利用雙層石墨烯的設計可有效避免豪格規則實現超低噪聲特性，其意義不言而喻。目前，美國DARPA計劃已將石墨烯研究方向定為毫米波低噪聲放大器。

為了與時俱進，支持未來的國防現代化建設，實現靈活移動、快速反應、安全隱蔽的軍事、宇航通信，滿足21世紀新的和平事業和世界局勢發展需要，研制石墨烯超高頻低噪聲器件顯得異常必要。

軍事用途

未來戰爭環境下，自動化、電子化、輕型化和信息化將成為軍事發展的主要趨勢。石墨烯由于其突出的物理和化學性能，將在軍事方面大有作為，主要應用在軍事航天、軍事探測、極高頻衛星通信系統等。

在軍事航天領域，軍事航天技術是以軍事應用為目的、開發和利用太空的一門綜合性工程技術。迄今世界各國共發射了5700多個航天器，其中70%用于軍事目的。太空也已經成為未來戰爭的戰場，為了掌握太空戰場的控制權，各國都在加緊發展軍事航天技術，而微電子技術則是基礎技術之一。美國“戰略防御倡議”（即星球大戰計劃）中的空間監視系統采用了超高速集成電路和微波毫米波單片集成電路（MMIC）。從表面上看，微電子電路分布在龐大的系統中的各個地方，其實卻起著舉足輕重的作用。

半導體微波毫米波器件的應用頻段

和目前的3mm波段的主流產品InP基材料器件和電路比較起來，SiC襯底的高硬度和高熱導率保障了器件的成品率和散熱性。電子在石墨烯中是以隧穿的方式運動，器件的驅動電壓可以很低。SiC襯底上的石墨烯是一種適合制備W波段或更高頻低噪聲放大器的材料。

第一階段的目標有兩個：①初步確立石墨烯薄膜合成生長工藝，②驗證石墨烯溝道FET制作工藝的可行性；第二階段也有兩個目標：①完善薄膜材料生長工藝，力求生長厚度精確控制在一個原子層，②演示超高速石墨烯FET；最后的第三階段著重材料及器件性能、可生產性及可集成性的后期優化工作。最終成果是演示一個W波段（＞90GHz）的低噪聲放大器，噪聲系數≤1dB。計劃不僅要求電路產出圓片尺寸達到8英寸，并且要求整張圓片的成品率優于90%。

如果在接收系統的前端連接高性能的低噪聲放大器，在低噪聲放大器增益足夠大的情況下，就能抑制后級電路的噪聲，則整個接收機系統的噪聲系數蔣主要取決于放大器的噪聲。如果低噪聲放大器的噪聲系數降低，接收機系統的噪聲系數也會變小，信噪比得到改善，靈敏度大大提高。由此可見低噪聲放大器的性能制約了整個接收系統的性能，對于整個接收系統技術水平的提高，也起了決定性的作用。

低噪聲放大器是雷達、電子對抗及遙測遙控接受系統等的關鍵部件。L、S波段低噪聲放大器一般用于遙測、遙控系統。在電子對抗、雷達偵察中，由于要接收的信號的頻率范圍未知，其實頻率范圍也是要偵察的內容之一，所以要求接收系機的頻率足夠寬，那么放大器的頻率也要求足夠寬。而且，雷達偵察接收的是雷達發射的折射波，是單程接收；而雷達接收的是目標回波，從而使偵察機遠在雷達作用距離之外就能提早發現雷達目標。靈敏度高的接收機偵察距離就遠，如高靈敏度的超外差式接收機可以實現超遠程偵察，用以監視敵遠程導彈的發射，所以，要增高偵察距離，就要提高接收機靈敏度，就要求高性能的低噪聲放大器。

在國際衛星通信應用中，低噪聲放大器的主要發展要求是改進性能和降低成本。由于國際通信量年復一年地迅速增加， 所以必須通過改進低噪聲放大器的性能來滿足不斷增加的通信要求。因此，要不懈地不斷努力去展寬帶低噪聲放大器的帶寬和降低其噪聲溫度。從經濟觀點出發，衛星通信整個系統的成本必須減少到能與海底電纜系統相競爭。降低低噪聲放大器的噪聲溫度是降低衛星通信系統成本的一種最有效的方法，因為地面站天線的直徑可以通過改善噪聲溫度性能而減小。

另一方面，在國內衛星通信應用中，重點放在低噪聲放大器的不用維修特性以及低噪聲和寬帶性能，因為在這些系統中越來越廣泛地采用無人管理的工作方式， 特別在電視接收地面站中更是如此。

衛星通信用的低噪聲放大器可以分為兩種類型——低噪聲參量放大器和場效應晶體管低噪聲放大器。這些低噪聲放大器用在幾個頻段內， 包括4GHz， 12 GHz和毫米波頻段。寬帶低噪聲放大器的實現又有很多種類型。SiGe工藝具有優異的射頻性能，更由于其較高的性價比，被廣泛應用于移動通信、衛星定位和RFID等市場；SiGe工藝還可以與常規的數字模擬電路相集成，制造出功能完整的SoC芯片。目前采用SiGe材料制作射頻集成電路已成為國際上的研究熱點。實現前端的低噪聲放大器是最近興起的超寬帶射頻通信系統中的挑戰之一。業界一直在追求完全集成的超寬帶通信系統SOC，與其他工藝相比，CMOS工藝更易于系統集成，所以人們設計出了許多的CMOS工藝的超寬帶低噪聲放大器。

4GHz頻段是目前衛星通信最通用的頻段，它用于國際衛星通信和國內衛星通信， 包括電視接收地面站。在這些領域內，已經研制出了各種各樣的低噪聲放大器并已得到了應用。低噪聲參量放大器和場效應晶體管低噪聲放大器根據其冷卻系統可以分為三種類型，即深致冷型式，熱電致冷型式和非致冷型式。深致冷低噪聲參量放大器在衛星通信的初期得到廣泛的使用。而今天，除了一些特殊應用以外，這種型式的參放幾乎不象以前那樣廣泛地使用，這是因為有維修困難等幾方面的原因。熱電致冷和非致冷低噪聲參量放大器主要用在國際衛星通信地面站中，有時也用在國內衛星通信的關鍵地面站。由于變容管的改進和泵頻的提高，這些低噪聲放大器幾乎具有深致冷參放那樣的低噪聲溫度。場效應晶體管低噪聲放大器主要用在國內衛星通信地面站中，特別是用在電視接收地面站中。在這些場合，幾乎普遍采用熱電致冷和非致冷型式。深致冷型式僅僅用在特殊的場合。

毫米波具有用小口徑天線就可產生方向性強的窄波束和很小的旁瓣的特點，使得截獲和干擾毫米波信號變得非常困難，因而隱蔽性和反電子偵察能力好，適合在軍用保密通信中使用；另外，作為大氣窗口頻率，它在特殊頻率下呈現出低衰減的特點，因此成為衛星、宇航通信的必需的手段；同時它又具有波長短和較強的穿透戰場煙霧、塵埃、雨雪等的能力，可為雷達、成像、精確制導等提供較高的目標分辨率和準全天候的作戰能力，這些特別的優勢使得采用毫米波技術的武器裝備，如軍用保密通信、導彈或靈巧炸彈的精確制導以及電子對抗和情報偵察等，在現代戰爭中占有越來越重要的地位。為此，從上世紀80年代初起，美國國防部尖端技術研究規劃署(DARPA)、國家航空和宇航局(NASA)一直重點進行毫米波固態器件和電路的研究，目前已經取得了令人矚目的成果，大量固態器件和芯片應用于新型武器裝備上，在提高裝備可靠性的同時還能大大縮小體積，滿足軍方對小型化的需求。目前，毫米波頻段已在國外現有裝備中使用，基于毫米波固態器件的雷達、精確制導系統、靈巧武器導引頭、軍用保密通信系統以及電子戰對抗系統開始大量裝備美軍，并且在兩次海灣戰爭和科索沃戰爭中取得了很好的實戰效果。

毫米波頻段低噪聲放大器具有明確的軍事應用背景——先進極高頻衛星通信系統(AEHF)。先進極高頻衛星通信系統（AEHF）作為新一代的衛星通信系統，用于全球范圍的戰略與戰術指揮與控制通信，它將為所有作戰人員提供全球性、高安全性、受保護和持久的通信，還具備監視別國衛星運行的能力。

C4ISR遠景圖

AEHF衛星具有低速率、中速率波形和擴展速率波形，采用了星上處理技術、星間鏈路技術，以及輕型多功能通信天線的組合陣列和寬帶頻率合成技術等，具備抗干擾、低檢測概率、低截獲概率的特點和先進的加密系統，且能與其他軍用網絡兼容。AEHF能夠支持動中通，能過提供數據、語音、視頻會議和圖像傳輸業務，能為國家戰略和戰術力量在各種級別的沖突中提供安全、可靠的全球衛星通信。它還能為那些需要快速、精確信息的用戶提供實時地圖、目標信息和先進的智能監視和偵察信息，能極大增強在作戰時的C4ISR（指揮、控制、通信、計算機、情報及監視與偵察）能力，其衛星位于赤道上空36000千米的軌道上。毫米波頻段低噪聲放大器作為AEHF衛星通信系統的前端器件，主要用于毫米波頻段信號的接收，在情報收集、電子對抗、抗干擾等方面具有廣泛的應用，具有極高的軍事價值。

各種星載雷達、宇航通信裝備的需求大大推動了毫米波固態器件的發展，它對我國航天事業的發展與進步尤起著至關重要的作用。另外，未來的外太空探索研究和各種星球探測器的登陸設備也需要毫米波電路進行控制和通信。近年來，隨著西方軍事強國的技術進步，毫米波電路已經逐漸成為主流技術，頻率高達上百GHz的成品不斷涌現；當前，國產自主研發的毫米波電路技術與之比較仍有很大的差距。為了適應未來的國防現代化建設，實現靈活移動、快速反應，安全隱蔽的軍事、宇航通信，研制毫米波單片集成電路便顯得異常必要。

極高頻衛星通信系統是指星上的主要通信設備上行傳輸頻率為極高頻(44GHz)，它比特高頻(UHF)、超高頻(SHF)頻率高，下行傳輸頻率為超高頻(20GHz)，是美軍軍事衛星通信(MILSATCOM)體系結構中最關鍵的系統。 極高頻衛星通信系統又稱軍事戰略戰術中繼衛星系統(Milstar)，它將為美軍的戰略指揮控制和戰術部隊提供保密、抗干擾通信，具有能支持全面戰爭的能力。未來的軍事衛星系統向更高的EHF頻段拓展。采用EHF頻段有很多現有其它頻段無可比擬的優點，一是擴大EHF頻段的容量，大大減輕現有頻譜擁擠現象；二是EHF的波束窄，可減少受核爆炸影響出現的信號閃爍和衰落，抗干擾和抗截收能力強。三是EHF 頻段系統使用的部件尺寸和重量都可大大縮小和減輕。但是，EHF衛星技術復雜，造價高昂，從EHF頻段向更高的頻段拓展需要一個較長時期。目前，世界上除美軍外，其他國家還不具備極高頻衛星通信能力。換句話說，極高頻衛星通信系統是美軍在目前和最近一個時期唯一擁有的最先進的通信系統，是美軍指揮控制系統中的“殺手锏”，它所提供的保密和抗干擾的通信能力將對美軍的全球戰略發揮重大作用。

據美國《空軍雜志》網站近日報道：美國諾斯羅普•格魯門公司近日宣布，B-2隱身轟炸機極高頻（EHF）衛星通信系統升級計劃已經開始進行試飛。根據該升級計劃，將會為B-2轟炸機配備全新的處理硬件和通信裝置，從而增強該機的連通性。據諾•格公司透露，自2010年9月1日以來，一架派駐加利福尼亞州愛德華茲空軍基地擔負測試任務的B-2飛機就一直攜帶著上述設備（主要包括新型綜合處理單元、磁盤驅動器和光纜）進行試飛。加裝上述設備是B-2轟炸機EHF衛星通信系統升級計劃”增量”1階段的主要內容，諾•格公司曾于今年三月宣布已經開始在B-2轟炸機上安裝這些設備。

整個B-2轟炸機EHF衛星通信系統升級計劃包括不同復雜程度的三個階段（“增量”1～3）。諾•格公司聲稱，當整個升級計劃完成后，B-2轟炸機將能通過衛星傳送和接收戰場信息，其速度將比目前快100倍以上。

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