什么是有源相控雷达
2024-05-04 14:19
1. 什么是有源相控雷达
相控阵雷达分为有源（主动）和无源（被动）两类。 有源和无源相控阵雷达的天线阵相同，二者的主要区别在于发射／接收元素的多少。无源相控阵雷达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自动分配给天线阵的各个辐射器，目标反射信号经接收机统一放大（这一点与普通雷达区别不大）。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射／接收组件，每一个组件都能自己产生、接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此，也使得有源相控阵雷达的造价昂贵，工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能上有独特优点，大有取代无源相控阵雷达的趋势。 有源相控阵雷达最大的难点在于发射／接收组件的制造上，相对来说，无源相控阵雷达的技术难度要小得多。无源相控阵雷达在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控阵雷达，但是在功能上却明显优于普通机械扫描雷达，不失为一种较好的折中方案。因此在研制出实用的有源相控阵雷达之前，完全可以采用无源相控阵雷达作为过渡产品。而且，即使有源相控阵雷达研制成功以后，无源相控阵雷达作为相控阵雷达家族的一种低端产品，仍具有很大的实用价值。 相控阵雷达分有源和无源。区别在于：有源相控阵雷达的天线采用的是一种称为T/R模组的接受与发射装置，每一块T/R模组都能产生电磁波而无源相控阵雷达则是使用统一的发射机和接受器，外加具有相位控制能力的相控阵天线组成，天线本身不能产生雷达波，这是结构上的区别。有源相控阵雷达的收发装置只有T/R模组，所以重量较轻，故障率较低，即使几个T/R模组损坏了，也不会影响到整台机器的使用，而无源相控阵雷达就不具有这种优势，这是性能上的差别。 相控阵雷达（PAR）已在各种战略、战术雷达中得到广泛使用，成了当今雷达发展的主流。采用有源相控阵天线（APAA）的雷达称为有源相控阵雷达（APAR）。有源相控阵天线的重要组成部分是安置在每一天线单元上的发射/接收组件（T/R组件）。图1是一个典型的T/R组件的组成框图。实际上，一个T/R组件就是一部雷达的发射/接收前端。有的T/R组件还包括本振信号输入和中频、视频输出。基于直接频率综合（DDS）的T/R组件，可称为数字T/R组件。先进工艺支撑的T/R组件的批量生产能力和成本的不断降低，给有源相控阵雷达的发展提供了有力的技术推动。 国内外先进的相控阵雷达均采用了有源相控阵天线，如美国AN/FPS-115（PAV PAWS）相控阵预警雷达，以色列“箭式”（ARROW）战区导弹防御系统（TBM）中的EL/M-2080相控阵雷达，美国用于TMD高层防御的GBR相控阵雷达，美海军AN/SPY-2远程多功能相控阵雷达，美、欧、日等在研制的多种机载有源相控阵雷达及各国已研制成功的多种有源相控阵战术雷达〔1〕等，我国南京电子技术研究所研制的YLC-6，YLC-2等也都是采用有源相控阵天线的三坐标雷达。可以说，有源相控阵雷达已成了当今相控阵雷达发展的一个重要方向。采用集中的大功率发射机（多为电真空发射机）或若干部大功率发射机和无源相控阵天线的雷达称为无源相控阵雷达。在很多情况下，特别是在波长较短，如在C、X、Ku、mmw波段，又要求高发射功率的情况下，无源相控阵雷达与采用众多T/R组件的有源相控阵雷达相比，仍有其优点。 在雷达主要战术技术指标大体相同的情况下，在有源相控阵天线与无源相控阵天线之间做出合理的选择，是相控阵雷达预先设计过程中必须加以考虑的一个重要问题。 在有源与无源相控阵天线之间做出选择，有多种出发点，其中要考虑的一个重要因素是进行功率比较，即在从阵列天线口面上辐射的RF功率相同的条件下，比较采用两种天线对发射机输出的总功率、相应要求的初级电源的总功率和在天线阵面上的热耗功率，以及为实现阵面冷却所要求的冷却系统的功率等。讨论这一问题的重要性还在于，由此可以得出对两种阵列天线及其组成部件的一些不容忽视的要求，这将有助于相控阵雷达有关分系统的设计人员更主动地改进设计和积累经验. ①可充分利用相控阵天线的空间功率合成能力，获得雷达系统需要的总的发射信号功率。 ②可降低相控阵天线中馈线分系统的信号传输损耗，即降低从发射机（功率放大器）输出端至天线（发射状态）和从天线至接收机输出端（接收状态）的损耗。 ③从充分利用雷达载体（雷达平台）可能提供的阵列天线面积出发，采用有源相控阵共形阵列天线。 ④在采用密度加权的大口径相控阵天线时，可考虑将大部分天线单元上的T/R组件中的发射通道与接收通道分开，减少组件中收/发开关的损耗。 ⑤当T/R组件中的发射通道研制有困难时，也可以采用半有源相控阵天线，即在每个天线单元上只保留T/R组件中的接收通道部分。例如采用宽发射波束照射，用有源相控阵接收天线形成多个窄接收波束的雷达工作方式。
2. 有源相控雷达是什么样的雷达？
从上世纪60年代开始，历经40余年的努力，有源电子扫描阵(AESA)，通常也称为有源相控阵技术，终于在机载雷达上取得了成功的应用。 国际在线报道：美国国防部国防科学委员会主席的一份关于发展美国军用机雷达的建议报告中特别强调了有源相控阵技术可以极大地扩展雷达的功能和提高雷达的性能， 21世纪美国的战斗机雷达、预警与监视飞机的雷达都应是AESA体制的。事实上，除了F-22和F-35等新一代战机都毫无例外地装备AESA雷达外，美国对第三代现役战斗机、轰炸机、预警和监视飞机的AESA改进都已列入计划，并得到了相应的财政支持。业内一种普遍的观点认为：从现在起再过十年，不掌握AESA雷达制造能力的厂商将没有立足之地。除美国之外，俄国、法国、德国、荷兰、瑞典、英国、以色列等西方国家也正在这一技术领域进行广泛的合作开发和大量的资金投入。 近50多年来，机载雷达不断注入新的技术成果，性能大幅度提高。新技术是提高雷达探测能力的原动力。在单脉冲跟踪体制未获使用前，圆锥扫描体制的雷达很难对付敌方施放的角度欺骗干扰；没有相参体制的脉冲多普勒雷达，就无法对付借着强大的地杂波掩护的低空入侵的飞机和导弹；没有频率捷变体制的雷达，就很难同现代战争中广泛采用的各种杂波干扰相抗衡。相控阵技术是近年来正在发展的新技术，它比单脉冲、脉冲多普勒等任何一种技术对雷达发展所带来的影响都要深刻和广泛。进入上世纪80年代，机载相控阵雷达才初获应用。先进的机载有源相控阵雷达是近期，即本世纪初才进入服役。AESA的成功应用是对传统机载雷达的一次革命，她极大地扩展了雷达的应用领域和提高了雷达的工作性能，进而提高和丰富了作战飞机执行任务的能力和作战模式。 采用AESA技术的机载雷达将会至少在以下方面实现巨大的性能突破： ·雷达作用距离大幅度增长：由于AESA雷达T/R模块中的射频功率放大器(HPA)同天线辐射器紧密相连，而接收信号几乎直接耦合到各T/R模块内的射频低噪声放大器(LNA)，这就有效地避免了干扰和噪声叠加到有用信号上去，使得加到处理器的信号更为"纯净"，因此，AESA雷达微波能量的馈电损耗较传统机械扫描雷达大为减少。 ·解决了可靠性的瓶颈问题：由于信号的发射和接收是由成百上千个独立的收/发和辐射单元组成，因此少数单元失效对系统性能影响不大。试验表明，10%的单元失效时，对系统性能无显著影响，不需立即维修；30％失效时，系统增益降低3分贝，仍可维持基本工作性能。这种"柔性降级"(graceful degradation)特性对作战飞机是十分需要的。 ·解决了同时多功能的难题：所谓同时多功能，即指有源相控阵能在同一时间内完成一个以上的雷达功能。它可以用一部分T/R模块完成一种功能，用另外的T/R模块完成其它功能；也可用时间分隔的方法交替用同一阵面完成多种功能。如雷达在进行地图测绘(SAR/GMTI)、地物回避、地形跟随、威胁回避的同时，还可实现对空中目标的搜索和跟踪，并对其进行攻击。由于AESA是由多个子阵组成，而每个子阵又是由多个T/R模块组成，因此，可以通过数字式波束形成(DBF)技术、自适应波束控制技术和射频功率管理等技术，使雷达的功能和性能得到极大的扩展，可以满足各种条件下作战的需要。并能因此而开发出很多新的雷达功能和空战战术。 ·隐身飞机和现代空战需要相控阵雷达：隐身飞机配装相控阵雷达(PESA 或者是AESA)几乎是唯一的选择。迄今为止还没有出现使用机械扫描雷达的隐形飞机，也说明了这一点。低拦载概率(LPI)和低观测特性(LO)是隐身飞机能否实现隐身和顺利完成作战任务的关键。在当前极为严峻的电子干扰环境中，"LPI"，即机载雷达辐射的电磁波被敌方拦截概率的高低是一项重要的性能指标。在攻击有专用电子干扰飞机掩护的机群或单机时，强烈的电磁干扰将使传统的雷达无法正常工作。AESA天线口径场的幅度和相位都可以随意控制，可使天线旁瓣的零值指向敌方干扰源，使之不能收到足够强度的雷达信号，从而无法实施有效干扰。通过数字波束形成(DBF)技术，可以使主波束分离成两个波束，使其零值对准敌方干扰源；若干扰源位于雷达旁瓣方向，则在该方向也可以形成零值，使敌方收不到雷达信号，从而无法实行有效干扰。AESA的自适应波束形成能力是机载雷达在复杂的电磁环境中得以保持其作战能力的重要因素。 目前正在研制和开始装备的有代表性的战斗机AESA雷达主要有： (1) F-22 机载雷达(AN/APG-77)：人们常常问什么是第四代战斗机F-22令人印象最深的特性？它在什么领域具有最重要的技术突破？通常的回答是它的隐身和超音速巡航特性。但这些特性实际上在以前的战斗机上已经分别在F-117和SR-71上实现了。谈不上突破。业内人士和F-22飞行员们则普遍认为F-22最大的突破是它的航空电子系统实现了更高程度的综合，AESA雷达首次在战斗机上采用。它使飞机具有更为锐利的眼睛，更为丰富的作战功能。对战斗机目标的作用距离超过200km。可以实现"先敌发现、先敌发射、先敌命中"。F-22雷达可以进行脉间变频、快速扫描，敌方很难检测和定位。同时还可以用时分的方法进行电子情报搜集、实施干扰、监视或通信。这些是以前战斗机雷达所无法实现的。下图为F-22的雷达AESA阵面照片。 F-22雷达采用AESA体制，它由美国诺·格公司(Northrop Grumman Corp)和雷神公司(Raytheon Systems Company)共同研制。该雷达将用于21世纪初在美国空军服役的F-22先进战术战斗机，目前F-22是世界最先进的战斗机。F-22能在多种威胁环境下，以低可观测性、高机动性和高灵活性对超视距敌机进行攻击，也能进行近距格斗空战。1998年4月，诺·格公司已交付第一套APG-77雷达硬件和软件给波音飞机公司F-22航空电子综合实验室，对F-22的航空电子设备进行系统综合测试和鉴定试验。作为APG-77计划的工程发展(EMD)阶段的首批11部雷达已交付给诺·格公司马里兰州测试实验室进行系统级综合与测试。全尺寸雷达自1999年开始生产，预计到2004年11月具备初步作战能力(IOC)，2005年开始服役。AN/APG-77雷达是一部典型的多功能和多工作方式的雷达，其主要的功能有： ● 远距搜索(RS) ● 远距提示区搜索(cued search) ● 全向中距搜索(速度距离搜索)(velocity range search) ● 单目标和多目标跟踪 ● AMRAAM数传方式(向先进中距空空导弹发送制导修正指令) ● 目标识别(ID) ● 群目标分离(入侵判断)(RA) ● 气象探测 雷达可能扩展的功能有： ●空/地合成孔径雷达(SAR)地图测绘 ● 改进的目标识别 ● 扩大工作区(通过设置旁阵实现) (1) F-35(JSF)机载雷达(AN/APG-81):2000年，美国国防部JSF项目办公室授予诺·格公司4200万美元合同为JSF 设计、开发和试飞AESA雷达，它是多功能综合射频系统/多功能阵(MIRFS/MFA)计划的一部分。雷达系统采用最先进的AESA天线、高性能的接收机/激励器、商用的处理机(货架产品)。由于采用了最新的技术成果，大量减少了元器件和内部连接器数目，所以JSF雷达的成本和重量都较其前辈(F-22雷达)有大幅度地降低，重量和价格降低了约3/5，制造和维修也比较简单。MIRFS/MFS 计划要求T/R模块能够实现全自动化生产；可靠性比传统的机械扫描雷达提高一个数量级；后勤保障和全寿命费用降低50%。APG-81采用开放式结构，为将来性能增长提供极大空间。JSF的AESA雷达设计的一条重要原则是必须满足JSF对隐身特性的要求。同时强调必须满足军方提出对JSF的"四性"要求，即：经济承受性、致命性、生存性和保障性。 (3) F/A-18E/F 雷达AESA改进型(AN/APG-79)： F-18D/C/E/F原来配装雷达APG-65/73，其AESA改进型编号为 APG-79。该雷达仍由APG-65/73雷达的制造商雷神公司研制。APG-79采用先进的AESA体制，于2003年7月30日在美国中国湖(China Lake)海空作战中心配装在F/A-18上进行成功首飞。新雷达可以同现有F/A-18机载武器相匹配，同时，设计留有日后充分扩展的余地。APG-79 AESA雷达极大地降低了载机的雷达可观测性，即提高了飞机的隐身特性。雷达的可靠性和维护性也得到了根本的改善。雷神公司将于2005年向波音正式交付装机的APG-79雷达。APG-79 AESA雷达具有下述功能和特点： 空对空： ·攻击远距目标 ·通过资源管理器减轻飞行员工作负荷 空对面： ·防区外远距高分辨率地图测绘 ·同时具有多工作方式工作能力 可靠性和成本： ·系统可靠性增加5倍 ·自检系统可以把故障隔离到外场可更换模块(LRM) ·通过T/R模块的特殊设计实现系统"完美"降级 ·运营成本大幅度降低 装备F/A-18E/F的3部AESA雷达系统于2004年6月份开始在中国湖的海空作战中心进行新一轮的试验，并通知试飞小组制定一个有特种作战部队、埃格林空军基地等单位参与的试验计划。还要求演示试验飞机和指挥船之间的通信链路，研究F/A-18E/F和EA-18G可以向指挥船提供什么信息。海军已经建立了一个工作小组，目前要做的是同空军的F-15和JSF方面的人员接触，深入讨论联合试验和性能鉴定等问题以及建立一个工作小组评审有关标准、结构和规约。美国海军和空军目前都在研究AESA究竟能为未来战争带来一些什么变化和收益？他们正在寻求几个关键问题的答案： ·目前，AESA雷达的作用距离已经是传统机械扫描雷达的一倍，可供选用的雷达功能已极大地丰富，这样我们可以创造一些什么新的战术？ ·一个双机或4机编队怎样分工完成空对空和空对地的攻击任务？ ·如何由一架装有AESA的战机引领一批没有装载AESA的普通战斗机提高他们的战斗能力？ (4) F-16(UAE)雷达AESA改进型(AN/APG-80)： F-16原来配装APG-66/68，APG-80为其AESA改型，仍由诺·格公司研制。该公司还同时为F-16UAE研制电子战系统。F-16UAE是为阿联酋研制的F-16第60批产品，计划生产80架。2004年到2007年完成交付。由于诺·格公司在此期间几乎同时得到了F-22和F-35的配套雷达研制合同，因此大部分AESA技术和模块都可以移植到APG-80中来。这使其研制周期可以大为缩短。预计2004年7月，雷达可以交付到飞机承包商洛·马公司进行雷达的验收试验。APG-80雷达具有先进的对空和对地两种工作模式，这也是采用诺·格公司第4代发射/接收机模块化技术的第一种产品。APG-80可以连续搜索和跟踪出现在它扫描范围内的多个目标。此外飞行员还可以同时进行空对空的搜索与跟踪、空对地的目标瞄准以及地形匹配飞行。 新的波束捷变技术带来了雷达能力的巨大增长，扩展了飞行员对态势的感知能力，使雷达对目标探测距离更远，并具有高清晰度合成孔径雷达成像能力。雷达的可靠性也比传统的机械扫描雷达高数倍。 (5) F-15改进型雷达(AN/APG-63V2) F-15原来配装AGP-63/70，APG-63V2为其改进型，采用有源相控阵体制。雷神公司已完成向波音飞机公司的最后18架F-15C的APG-63(V)2 AESA雷达的交付。这是世界上首次进入空军服役的战斗机AESA雷达。该雷达消除了原来F-15雷达笨重的液压天线驱动系统，雷达的快速扫描和多目标跟踪能力都得到了数量级的增长。提高了飞行员对战场环境的认知能力。该型雷达能够同现有的飞机武器系统很好地兼容。由于作用距离的增加，使得增程的AIM-120的性能得到充分的发挥，并能在更大的视场范围内(方位和俯仰)制导多枚空空导弹，同时攻击多个目标，包括雷达截面积很小的隐身目标，如巡航导弹等
3. 有源相控雷达是什么样的雷达？
从上世纪60年代开始，历经40余年的努力，有源电子扫描阵(AESA)，通常也称为有源相控阵技术，终于在机载雷达上取得了成功的应用。 国际在线报道：美国国防部国防科学委员会主席的一份关于发展美国军用机雷达的建议报告中特别强调了有源相控阵技术可以极大地扩展雷达的功能和提高雷达的性能， 21世纪美国的战斗机雷达、预警与监视飞机的雷达都应是AESA体制的。事实上，除了F-22和F-35等新一代战机都毫无例外地装备AESA雷达外，美国对第三代现役战斗机、轰炸机、预警和监视飞机的AESA改进都已列入计划，并得到了相应的财政支持。业内一种普遍的观点认为：从现在起再过十年，不掌握AESA雷达制造能力的厂商将没有立足之地。除美国之外，俄国、法国、德国、荷兰、瑞典、英国、以色列等西方国家也正在这一技术领域进行广泛的合作开发和大量的资金投入。 近50多年来，机载雷达不断注入新的技术成果，性能大幅度提高。新技术是提高雷达探测能力的原动力。在单脉冲跟踪体制未获使用前，圆锥扫描体制的雷达很难对付敌方施放的角度欺骗干扰；没有相参体制的脉冲多普勒雷达，就无法对付借着强大的地杂波掩护的低空入侵的飞机和导弹；没有频率捷变体制的雷达，就很难同现代战争中广泛采用的各种杂波干扰相抗衡。相控阵技术是近年来正在发展的新技术，它比单脉冲、脉冲多普勒等任何一种技术对雷达发展所带来的影响都要深刻和广泛。进入上世纪80年代，机载相控阵雷达才初获应用。先进的机载有源相控阵雷达是近期，即本世纪初才进入服役。AESA的成功应用是对传统机载雷达的一次革命，她极大地扩展了雷达的应用领域和提高了雷达的工作性能，进而提高和丰富了作战飞机执行任务的能力和作战模式。 采用AESA技术的机载雷达将会至少在以下方面实现巨大的性能突破： ·雷达作用距离大幅度增长：由于AESA雷达T/R模块中的射频功率放大器(HPA)同天线辐射器紧密相连，而接收信号几乎直接耦合到各T/R模块内的射频低噪声放大器(LNA)，这就有效地避免了干扰和噪声叠加到有用信号上去，使得加到处理器的信号更为"纯净"，因此，AESA雷达微波能量的馈电损耗较传统机械扫描雷达大为减少。 ·解决了可靠性的瓶颈问题：由于信号的发射和接收是由成百上千个独立的收/发和辐射单元组成，因此少数单元失效对系统性能影响不大。试验表明，10%的单元失效时，对系统性能无显著影响，不需立即维修；30％失效时，系统增益降低3分贝，仍可维持基本工作性能。这种"柔性降级"(graceful degradation)特性对作战飞机是十分需要的。 ·解决了同时多功能的难题：所谓同时多功能，即指有源相控阵能在同一时间内完成一个以上的雷达功能。它可以用一部分T/R模块完成一种功能，用另外的T/R模块完成其它功能；也可用时间分隔的方法交替用同一阵面完成多种功能。如雷达在进行地图测绘(SAR/GMTI)、地物回避、地形跟随、威胁回避的同时，还可实现对空中目标的搜索和跟踪，并对其进行攻击。由于AESA是由多个子阵组成，而每个子阵又是由多个T/R模块组成，因此，可以通过数字式波束形成(DBF)技术、自适应波束控制技术和射频功率管理等技术，使雷达的功能和性能得到极大的扩展，可以满足各种条件下作战的需要。并能因此而开发出很多新的雷达功能和空战战术。 ·隐身飞机和现代空战需要相控阵雷达：隐身飞机配装相控阵雷达(PESA 或者是AESA)几乎是唯一的选择。迄今为止还没有出现使用机械扫描雷达的隐形飞机，也说明了这一点。低拦载概率(LPI)和低观测特性(LO)是隐身飞机能否实现隐身和顺利完成作战任务的关键。在当前极为严峻的电子干扰环境中，"LPI"，即机载雷达辐射的电磁波被敌方拦截概率的高低是一项重要的性能指标。在攻击有专用电子干扰飞机掩护的机群或单机时，强烈的电磁干扰将使传统的雷达无法正常工作。AESA天线口径场的幅度和相位都可以随意控制，可使天线旁瓣的零值指向敌方干扰源，使之不能收到足够强度的雷达信号，从而无法实施有效干扰。通过数字波束形成(DBF)技术，可以使主波束分离成两个波束，使其零值对准敌方干扰源；若干扰源位于雷达旁瓣方向，则在该方向也可以形成零值，使敌方收不到雷达信号，从而无法实行有效干扰。AESA的自适应波束形成能力是机载雷达在复杂的电磁环境中得以保持其作战能力的重要因素。 目前正在研制和开始装备的有代表性的战斗机AESA雷达主要有： (1) F-22 机载雷达(AN/APG-77)：人们常常问什么是第四代战斗机F-22令人印象最深的特性？它在什么领域具有最重要的技术突破？通常的回答是它的隐身和超音速巡航特性。但这些特性实际上在以前的战斗机上已经分别在F-117和SR-71上实现了。谈不上突破。业内人士和F-22飞行员们则普遍认为F-22最大的突破是它的航空电子系统实现了更高程度的综合，AESA雷达首次在战斗机上采用。它使飞机具有更为锐利的眼睛，更为丰富的作战功能。对战斗机目标的作用距离超过200km。可以实现"先敌发现、先敌发射、先敌命中"。F-22雷达可以进行脉间变频、快速扫描，敌方很难检测和定位。同时还可以用时分的方法进行电子情报搜集、实施干扰、监视或通信。这些是以前战斗机雷达所无法实现的。下图为F-22的雷达AESA阵面照片。 F-22雷达采用AESA体制，它由美国诺·格公司(Northrop Grumman Corp)和雷神公司(Raytheon Systems Company)共同研制。该雷达将用于21世纪初在美国空军服役的F-22先进战术战斗机，目前F-22是世界最先进的战斗机。F-22能在多种威胁环境下，以低可观测性、高机动性和高灵活性对超视距敌机进行攻击，也能进行近距格斗空战。1998年4月，诺·格公司已交付第一套APG-77雷达硬件和软件给波音飞机公司F-22航空电子综合实验室，对F-22的航空电子设备进行系统综合测试和鉴定试验。作为APG-77计划的工程发展(EMD)阶段的首批11部雷达已交付给诺·格公司马里兰州测试实验室进行系统级综合与测试。全尺寸雷达自1999年开始生产，预计到2004年11月具备初步作战能力(IOC)，2005年开始服役。AN/APG-77雷达是一部典型的多功能和多工作方式的雷达，其主要的功能有： ● 远距搜索(RS) ● 远距提示区搜索(cued search) ● 全向中距搜索(速度距离搜索)(velocity range search) ● 单目标和多目标跟踪 ● AMRAAM数传方式(向先进中距空空导弹发送制导修正指令) ● 目标识别(ID) ● 群目标分离(入侵判断)(RA) ● 气象探测 雷达可能扩展的功能有： ● 空/地合成孔径雷达(SAR)地图测绘 ● 改进的目标识别 ● 扩大工作区(通过设置旁阵实现) (1) F-35(JSF)机载雷达(AN/APG-81):2000年，美国国防部JSF项目办公室授予诺·格公司4200万美元合同为JSF 设计、开发和试飞AESA雷达，它是多功能综合射频系统/多功能阵(MIRFS/MFA)计划的一部分。雷达系统采用最先进的AESA天线、高性能的接收机/激励器、商用的处理机(货架产品)。由于采用了最新的技术成果，大量减少了元器件和内部连接器数目，所以JSF雷达的成本和重量都较其前辈(F-22雷达)有大幅度地降低，重量和价格降低了约3/5，制造和维修也比较简单。MIRFS/MFS 计划要求T/R模块能够实现全自动化生产；可靠性比传统的机械扫描雷达提高一个数量级；后勤保障和全寿命费用降低50%。APG-81采用开放式结构，为将来性能增长提供极大空间。JSF的AESA雷达设计的一条重要原则是必须满足JSF对隐身特性的要求。同时强调必须满足军方提出对JSF的"四性"要求，即：经济承受性、致命性、生存性和保障性。 (3) F/A-18E/F 雷达AESA改进型(AN/APG-79)： F-18D/C/E/F原来配装雷达APG-65/73，其AESA改进型编号为 APG-79。该雷达仍由APG-65/73雷达的制造商雷神公司研制。APG-79采用先进的AESA体制，于2003年7月30日在美国中国湖(China Lake)海空作战中心配装在F/A-18上进行成功首飞。新雷达可以同现有F/A-18机载武器相匹配，同时，设计留有日后充分扩展的余地。APG-79 AESA雷达极大地降低了载机的雷达可观测性，即提高了飞机的隐身特性。雷达的可靠性和维护性也得到了根本的改善。雷神公司将于2005年向波音正式交付装机的APG-79雷达。APG-79 AESA雷达具有下述功能和特点： 空对空： ·攻击远距目标 ·通过资源管理器减轻飞行员工作负荷 空对面： ·防区外远距高分辨率地图测绘 ·同时具有多工作方式工作能力 可靠性和成本： ·系统可靠性增加5倍 ·自检系统可以把故障隔离到外场可更换模块(LRM) ·通过T/R模块的特殊设计实现系统"完美"降级 ·运营成本大幅度降低 装备F/A-18E/F的3部AESA雷达系统于2004年6月份开始在中国湖的海空作战中心进行新一轮的试验，并通知试飞小组制定一个有特种作战部队、埃格林空军基地等单位参与的试验计划。还要求演示试验飞机和指挥船之间的通信链路，研究F/A-18E/F和EA-18G可以向指挥船提供什么信息。海军已经建立了一个工作小组，目前要做的是同空军的F-15和JSF方面的人员接触，深入讨论联合试验和性能鉴定等问题以及建立一个工作小组评审有关标准、结构和规约。美国海军和空军目前都在研究AESA究竟能为未来战争带来一些什么变化和收益？他们正在寻求几个关键问题的答案： ·目前，AESA雷达的作用距离已经是传统机械扫描雷达的一倍，可供选用的雷达功能已极大地丰富，这样我们可以创造一些什么新的战术？ ·一个双机或4机编队怎样分工完成空对空和空对地的攻击任务？ ·如何由一架装有AESA的战机引领一批没有装载AESA的普通战斗机提高他们的战斗能力？ (4) F-16(UAE)雷达AESA改进型(AN/APG-80)： F-16原来配装APG-66/68，APG-80为其AESA改型，仍由诺·格公司研制。该公司还同时为F-16UAE研制电子战系统。F-16UAE是为阿联酋研制的F-16第60批产品，计划生产80架。2004年到2007年完成交付。由于诺·格公司在此期间几乎同时得到了F-22和F-35的配套雷达研制合同，因此大部分AESA技术和模块都可以移植到APG-80中来。这使其研制周期可以大为缩短。预计2004年7月，雷达可以交付到飞机承包商洛·马公司进行雷达的验收试验。APG-80雷达具有先进的对空和对地两种工作模式，这也是采用诺·格公司第4代发射/接收机模块化技术的第一种产品。APG-80可以连续搜索和跟踪出现在它扫描范围内的多个目标。此外飞行员还可以同时进行空对空的搜索与跟踪、空对地的目标瞄准以及地形匹配飞行。 新的波束捷变技术带来了雷达能力的巨大增长，扩展了飞行员对态势的感知能力，使雷达对目标探测距离更远，并具有高清晰度合成孔径雷达成像能力。雷达的可靠性也比传统的机械扫描雷达高数倍。 (5) F-15改进型雷达(AN/APG-63V2) F-15原来配装AGP-63/70，APG-63V2为其改进型，采用有源相控阵体制。雷神公司已完成向波音飞机公司的最后18架F-15C的APG-63(V)2 AESA雷达的交付。这是世界上首次进入空军服役的战斗机AESA雷达。该雷达消除了原来F-15雷达笨重的液压天线驱动系统，雷达的快速扫描和多目标跟踪能力都得到了数量级的增长。提高了飞行员对战场环境的认知能力。该型雷达能够同现有的飞机武器系统很好地兼容。由于作用距离的增加，使得增程的AIM-120的性能得到充分的发挥，并能在更大的视场范围内(方位和俯仰)制导多枚空空导弹，同时攻击多个目标，包括雷达截面积很小的隐身目标，如巡航导弹等
4. 有源相控雷达与无源相控雷达有那些差别
有源相阵控雷达跟无源相阵控雷达的区别在于射频信号的发射方式，相阵控雷达最核心的部分就是相位可控阵列，它的作用就在于形成相位可控的射频信号，通过相位的控制达到形成可控“扫描”的波束，相对于这个相控阵，就有有源和无源之分，阵列自身能够发射射频信号就称之为有源；阵列不能自身发射射频信号，就称之为无源。无源相阵控雷达，它的射频信号来源于阵列之外的发射源，这个阵列就相当于一个“透镜”，将射频信号变成所需要的扫描要求。有源相阵控雷达，阵列本身就能发射信号，它的每一个单元就是一个小发射机，它就相当于一个可以发光的“透镜”。这两种雷达各有优缺点，无源相控阵雷达，相位可控阵列是无源的，它的结构和制造工艺就简单得多，并且发热就小很多，这样，阵列的耐久性和可靠性就大大增加，同时信号源远离阵列，可以采用的波长就丰富得多，并且，由于采用外部射频发射源，就容易配置超大功率的射频电子管，构成超大功率的相控阵雷达，这样一来，无源相控阵雷达就能实现多种探测功能。有源相控阵雷达，由于采用了固体发射模块与相位控制阵列相结合的有源单元，它的体积就大大缩小了，容易实现小型化，同时由于每一个单元都是可以自身发射射频信号的，所以，少量某几个单元失效也不至于对整个雷达造成很大的影响，因此它的表观可靠性也有所提升，但是由于发射模块固有的特征，它的波长就不能有多种的变化，它的用途就相对单一，另外，每一单元模块都承担发射，它的发热就很容易积累，这就需要很好的散热系统维持它的工作，它的结构相对就复杂得多，同时采用的半导体固体发射元件，相对就很脆弱，因此它的制造难度相对要困难一些，但是它的优点也是很明显的，就是能够小型化，并且每一个单元的可控性强，容易实现多种波束的形成。
5. 相控雷达和有源相控阵雷达有什么区别？
相控阵雷达分有源和无源。区别在于：有源相控阵雷达的天线采用的是一种称为T/R模组的接受与发射装置，每一块T/R模组都能产生电磁波而无源相控阵雷达则是使用统一的发射机和接受器，外加具有相位控制能力的相控阵天线组成，天线本身不能产生雷达波，这是结构上的区别。有源相控阵雷达的收发装置只有T/R模组，所以重量较轻，故障率较低，即使几个T/R模组损坏了，也不会影响到整台机器的使用，而无源相控阵雷达就不具有这种优势，这是性能上的差别。 相控阵雷达（PAR）已在各种战略、战术雷达中得到广泛使用，成了当今雷达发展的主流。采用有源相控阵天线（APAA）的雷达称为有源相控阵雷达（APAR）。有源相控阵天线的重要组成部分是安置在每一天线单元上的发射/接收组件（T/R组件）。图1是一个典型的T/R组件的组成框图。实际上，一个T/R组件就是一部雷达的发射/接收前端。有的T/R组件还包括本振信号输入和中频、视频输出。基于直接频率综合（DDS）的T/R组件，可称为数字T/R组件。先进工艺支撑的T/R组件的批量生产能力和成本的不断降低，给有源相控阵雷达的发展提供了有力的技术推动。 国内外先进的相控阵雷达均采用了有源相控阵天线，如美国AN/FPS-115（PAV PAWS）相控阵预警雷达，以色列“箭式”（ARROW）战区导弹防御系统（TBM）中的EL/M-2080相控阵雷达，美国用于TMD高层防御的GBR相控阵雷达，美海军AN/SPY-2远程多功能相控阵雷达，美、欧、日等在研制的多种机载有源相控阵雷达及各国已研制成功的多种有源相控阵战术雷达〔1〕等，我国南京电子技术研究所研制的YLC-6，YLC-2等也都是采用有源相控阵天线的三坐标雷达。可以说，有源相控阵雷达已成了当今相控阵雷达发展的一个重要方向。采用集中的大功率发射机（多为电真空发射机）或若干部大功率发射机和无源相控阵天线的雷达称为无源相控阵雷达。在很多情况下，特别是在波长较短，如在C、X、Ku、mmw波段，又要求高发射功率的情况下，无源相控阵雷达与采用众多T/R组件的有源相控阵雷达相比，仍有其优点。 在雷达主要战术技术指标大体相同的情况下，在有源相控阵天线与无源相控阵天线之间做出合理的选择，是相控阵雷达预先设计过程中必须加以考虑的一个重要问题。 在有源与无源相控阵天线之间做出选择，有多种出发点，其中要考虑的一个重要因素是进行功率比较，即在从阵列天线口面上辐射的RF功率相同的条件下，比较采用两种天线对发射机输出的总功率、相应要求的初级电源的总功率和在天线阵面上的热耗功率，以及为实现阵面冷却所要求的冷却系统的功率等。讨论这一问题的重要性还在于，由此可以得出对两种阵列天线及其组成部件的一些不容忽视的要求，这将有助于相控阵雷达有关分系统的设计人员更主动地改进设计和积累经验. ①可充分利用相控阵天线的空间功率合成能力，获得雷达系统需要的总的发射信号功率。 ②可降低相控阵天线中馈线分系统的信号传输损耗，即降低从发射机（功率放大器）输出端至天线（发射状态）和从天线至接收机输出端（接收状态）的损耗。 ③从充分利用雷达载体（雷达平台）可能提供的阵列天线面积出发，采用有源相控阵共形阵列天线。 ④在采用密度加权的大口径相控阵天线时，可考虑将大部分天线单元上的T/R组件中的发射通道与接收通道分开，减少组件中收/发开关的损耗。 ⑤当T/R组件中的发射通道研制有困难时，也可以采用半有源相控阵天线，即在每个天线单元上只保留T/R组件中的接收通道部分。例如采用宽发射波束照射，用有源相控阵接收天线形成多个窄接收波束的雷达工作方式。
6. 有源相控阵雷达到底有多厉害？
阵风战机使用的AESA雷达
现代战机多采用有源相控阵雷达，主要是它的优势很多，会很灵活的的快速改变波束在空间的指向，还容易获得更大的功率，可靠性也高。机械扫描的雷达需要雷达不停的左右上下转动来发射和接收雷达波，一是转动的期间有空档，二是高频率的转动会使得故障比较高，两者相比，机械雷达无故障时间为100小时，而有源相控阵雷达则达到2000小时，这个差距可就大多了。
同时有源相控雷达在传递能量过程中损失也小。主要是因为收发组件，在天线单元的后面，电流量发射出去路径短，传输过程中损失小。这样就对雷达提高发现距离更有利。而传统的机械扫描雷达，发射组件离天线单元距离远，这样电波量路径长，损失大；大概能少3－4倍。这样探测距离上就明显不如有源相控阵雷达那么远。另外，有源相控阵多功能性强大，大量收发组件都是独立工作的，效率高。
APG-79 AESA雷达，主要配备超级大黄蜂舰载机
性能强大自然工艺要求也高。相当于要把发射机，接收机，移相器，功率放大管等关键部件都集合在一个很小的部件上，实际上就是说每一个收发组件都是一个微型的雷达，这么多雷达一起工作，要想不互相干扰相当复杂。电路设计要仔细精心合理，同时制作工艺也要过关，不然很容易损坏。在雷达的总成本中，这些组件要占在8成左右。
既然全是小雷达，那么想要增加功率就增加收发组件数就可以了，同时照射目标时，有源相控阵雷达可由计算时控制，在目标身上停留更多时间，从而到得更精确的数据，停留的时间长了自然雷达波照射目标的时间也长，返回的雷达波也会更多，自然也就能就让雷达看到更远更清楚。
苏-27战斗机配备的NO01火控雷达
有源相控阵雷达是区别于无源相控阵雷达，具有波束多、指向性强、追踪目标多、覆盖死角小等优点，从使用性能上看，有源雷达可以随时改变频率，更加有利于抗干扰；可靠性更高，一个TR单元坏了，其他的仍可以继续使用，战时有源雷达可以同时探测、跟踪多个目标，战术性能远远优于无源雷达。不过有源雷达能耗较大、集成缩小较为困难。
有源雷达才有电扫描的方式，更加快速高效，由于雷达波指向灵活，可以迅速根据目标运动情况适时跟踪、识别、制导，由于体积较大，想集成使用到飞机上一直十分困难。同时在设计、使用过程中，有源雷达还需要考虑地形地波形成的干扰，所以目前世界上能成功研制有源雷达的国家十分有限。据悉，我国出口的枭龙战机上就配备了有源雷达，可见我国已经掌握了制造研发该型雷达的技术。而我国最新的歼-20战机配备的也是国产最新的有源相控阵雷达，这是我国歼-20形成战斗力的重要保证。
有源雷达的一个重要的优势就是可以在水平、高低两个方向电子扫描，从而防止遗漏和出现探测死角。但是有源雷达的一个重要缺陷就是耗电，由于电能使用效率较低，只有大约30%左右，大量的电能都被转化为热能，所以使用起来需要专门的冷却系统对雷达进行冷却，这也大大增加了机载雷达的使用效率，这也是国外很多国家无法安装机载有源雷达的原因，同时由于用电量大，实际上也会造成雷达使用效能的下降。
雷达非常耳熟，但它的原理又是什么呢？ 传统雷达与相控阵雷达之区别要说相控阵雷达的原理，就不得不提一下传统雷达的工作方式。影视中，如果非要出现雷达画面的话，传统雷达就是最好的道具，因为传统雷达动感十足，快速旋转的天线便于营造紧迫感。 传统机械式雷达通过不停转动来扫描目标 雷达探测目标距离的原理：雷达波从发射到从目标返回的总时间，乘上光速，等於目标距离的两倍。传统雷达依靠360度旋转来扫描目标，而相控阵雷达与它的区别是，绝大多数相控阵雷达都是不动的，既然不动，那它又是如何扫描不同方向的呢？答案是，相控阵雷达不是「一个雷达」，本质上，它是很多个「传统雷达」的共同体。 相控阵雷达的天线很容易就能发现，相控阵雷达的天线由无数个小单元天线组成，这些小单元天线叫做「阵元」，对於有源相控阵雷达来说，每一个阵元都是独立控制的，它们既能独立发射雷达波，也能接收雷达波的回波信号。相控阵雷达不但不动，而且天线阵列也是平面的，那奇怪了，它到底是如何调整扫描方向的？顾名思义，「相控阵」就是控制每个阵元产生电磁波的相位与幅度，以此强化电磁波在指定方向上的强度，并压抑其他方向的强度，从而实现让电磁波束的方向发生改变。 相控阵雷达扫描不同方向动画示意图这就是相控阵雷达的基本工作原理，人们常把传统机械式扫描雷达比喻为「个体户」，而把相控阵雷达说成是「合作社」。人们还把它说成是21世纪的雷达，是否装配相控阵雷达也是第四代战斗机一个非常重要的标准。而很多第三代机，把老式雷达改装成相控阵雷达後，战斗力迅速提高。 F-16装上相控阵雷达后，火鸡变凤凰下面，我们就来看看，相控阵雷达有哪些先进之处。没有机械运动相控阵雷达因为省去了整个天线的机械驱动系统，所以它的可靠性非常高，平均无故障时间远远高于传统雷达。另外，相控阵雷达的思想有点儿类似于互联网，某些节点坏了不影响整体功能的使用，数百个或上千个阵元中，就算有百分之十的阵元损坏，相控阵雷达依然可以使用。分身有术相控阵雷达是否强大，跟“阵元”是否先进和阵元数量的多少有很大的关系。阵元的数量可以是几百个，也可以是上万个，像美国的“铺路爪”陆基相控阵预警雷达，就有15360个能发射电磁波的阵元和2000个不发射电磁波的阵元。15360个阵元分成96组，与其他不发射电磁波的辐射器搭配起来，本质上相当于96部雷达的组合体。 美国的“铺路爪”长程预警雷达，主要用于监视弹道导弹，它可以探测导弹的弹道、发射点，计算出弹著点的位置。同时，它还可以用于监视和探测太空中的卫星。正是因为有非常多的阵元，所以，军舰面对敌方导弹的饱和攻击时，可以把所有阵元分成若干组，每一组分别跟踪和对付一个目标。我们经常听到某种战机或者军舰能同时对付多少个多少个目标，其实，这其中的大部分功劳主要是属于战机或者军舰上的相控阵雷达。 F-35战机配备的AN / APG-81相控阵雷达，既可以跟踪空中的目标，还能监视地面上坦克和车辆，以及海面上的船只。快速切换 蜻蜓的复眼蜻蜓的眼睛又大又鼓，占据着头部的绝大部分，它是世界上眼睛最多的昆虫之一，由上万只「小眼」组成，蜻蜓的视力很棒，还能向上、向下、向前、向後看而不必转头。相控阵雷达跟蜻蜓的复眼有相似之处，每一个阵元相当於蜻蜓的每一只小眼。在很多人的眼里，雷达就是会发射和接收电磁波的铁家伙，但是其实，人类的眼睛又何尝不是这样？人的眼睛依靠接收可见光这种电磁波从而看见东西，而雷达，本质上就是「人著眼」，它是战机、军舰和卫星的眼睛，没有雷达，拳头再硬也无用武之地。传统雷达像人类的眼睛，估计还是独眼龙那种，想看到左边，就得把头扭向左边；而相控阵雷达，相当於蜻蜓的复眼，看左边和右边都不用扭头。这样的好处是，相控阵雷达探测和跟踪目标的速度极快，如果要调整100度的方向，普通雷达因为要转动，大约需要1秒，而相控阵雷达所需时间不到1毫秒。它是雷达界的全能冠军在过去，军舰上安装有不同种类的雷达，体积庞大、重不说，另一个麻烦是干扰，常常是，一种雷达工作时，另一种雷达就会受到干扰，严重的甚至不能同时工作。由於相控阵雷达由电脑控制，所以它的方位指向和波段切换速度极快，能够同时完成对空、对地、对海不同目标的探测，如此的话，它可以把原来需要多种不同种类雷达才能完成的任务一下子接过来，实现火控雷达、搜索雷达、预警雷达等合而为一。另外，相控阵雷达还可以进行战机间通信，如果集中波速，可以对敌实施电磁干扰战。相控阵雷达可以在1秒内关机，1秒内开机，好处是，当军舰遇到依靠雷达信号进行引导的「反雷达导弹」时，可以迅速地把朝向来袭导弹方向的雷达关机，同时，其他方向的雷达保持开启。智能蒙皮相控阵雷达由多个独立的收发阵元组成，未来技术成熟后，这些阵元可以分散到机身各处，与机身彻底融为一体，这就是战机的智能蒙皮，它能让飞机的机身更紧凑，进一步减少风阻。 预警机背着一个“大圆盘”，这是不得已而为之。未来智能蒙皮成熟后，大圆盘或许不再存在。以上，人们把相控阵雷达说成是21世纪的雷达，并把它作为第四代战机最重要的评判标准之一，实在是一点不为过。
有源相控阵雷达（APAR）的核心，在于其使用的雷达天线采用了有源电子扫描阵列（ AESA ），所以我们一般也会把AESA直接说成是有源相控阵雷达，虽然不严谨，但意思大家都懂就可以了。与之作为对比的，则是无源电子扫描阵列（ PESA ）天线。
PESA其实跟AESA有很大的相似之处，比如都是由大量（几百到几千个）的天线模块构成，而提升雷达性能的主要途径，都是增加模块的数量。而由于提供给每个模块的信号的相位可以通过电子方式来改变，因此PESA和AESA都可以使雷达“指向”特定方向（通过利用波的相长/相消特性），而无需转动雷达。
（相控阵雷达指向原理）
不同的是，在PESA雷达中，只有一个主微波频率信号发生源（发射器）。这个源信号被放大后，分配给每个模块，也就是说每一个模块的频率是相同的。这样带来的优势就是所有功率全部用来执行一个任务，所以探测距离更远。但问题也随之而来，由于所有模块都在单个频率下工作，因此敌人更容易发现并干扰雷达波束。
而AESA的每一个模块都是独立的（类似于OLED的每一个像素可以自发光），都具备完整的发射/接受（T/R）功能。理论上讲可以让每一个模块都执行不同的任务。但考虑到功率太小没有实际意义，所以AESA通常会使用软件对所有模块进行分组，让每一个分组的功率尽可能大一些，而每一组则可以执行不同的任务。
（AESA多任务多目标示意图）
这样一来，AESA的优势就比较明显了。
AESA雷达可以同时形成多个分组，且频率各异。每一个分组即一个雷达波束，而各个波束可分别同时执行扫描、跟踪、火控、对抗等不同的任务。因此与PESA相比，AESA雷达具有更快的扫描速率，可以同时搜索并跟踪更多的目标。
另外，AESA雷达的特性还使其可以形成紧密聚焦波束的能力，获得更高的信号增益，因此具有更好的方向性和探测精度。比如公开资料显示，俄罗斯的Irbis-E可以形成10 x10 波束，而美国的APG-77可以形成2 x2 的超窄波束。
在任何时间，AESA的每个天线模块都可以不同的频率运行，而且，每个模块可以以每秒约1000次的速度来更改其工作频率。其结果就是，AESA雷达波束不再以单个频率工作，而是能够将信号发射散布在很宽的频率范围内，因此AESA雷达信号会被敌方预警雷达认为是天空背景噪声而忽略。
所以AESA雷达也被称为LPI（低拦截概率）雷达，并广泛装备于隐形战斗机和先进舰艇。
因为PESA所有天线模块都在单个频率下工作，因此单次发射的雷达波束频率是固定的，这就让敌人更容易发现并进行干扰（只需要对抗一个频率）。而AESA同时能够发出多个不同频率的雷达波束，抗干扰能力就要强得多。
虽然现在升级的PESA雷达也具备一定的ECCM（电子反干扰）能力，但距离AESA的抗干扰能力仍有很大的差距，这是两种技术本质上带来的差异，无法弥补。甚至传统的DRFM（数字射频存储）技术干扰器在AESA面前根本就不起作用。如果敌方干扰器采用宽带干扰的话，会导致每个频率的干扰功率大大降低，而实际上即便这样，AESA还可以在瞬间改变到某一特定频率，并再次躲过干扰。
AESA抗干扰能力强，其实也意味着它的干扰能力（电子战）也很强。由于AESA能够形成非常窄的雷达波束（例如：2 x2 ），所以可以将功率集中在较小的区域上，从而提高干扰的效果，甚至比峰值功率较大的PESA雷达更有效。
PESA雷达发射器的任何故障都将导致整个雷达完全停用。但AESA因为所有的T/R模块都是独立的，一个模块的故障对整个雷达来说几乎可以忽略不计。
另外，AESA雷达所需的维护要比PESA少得多，升级更方便，并且使用寿命也更长。比如F-35上的APG-81雷达寿命几乎是飞机机身寿命的两倍。
当然，AESA雷达也不是什么都好，比如它太贵了，功率太大了，对散热系统要求很高。而且对软件的依赖性更强，因为干的活又多又杂，就需要处理非常复杂的信号数据，等等。
总之，没有最好的雷达，只有最合适的，AESA再先进也取代不了所有的PESA，在没有进一步的技术突破之前，二者还会一直共存相当长的时间。
相控阵雷达是雷达领域最先进的存在，是人类雷达技术的集大成者。相比机械扫描雷达的工作方式，有源相控阵雷达速度快，低延时。没有搜索死角。并且可以同时扫描跟踪多方向多批次的目标，抗干扰能力强。逐渐成为了目前机载雷达和舰用雷达的主要发展方向。那么什么是相控阵雷达？相控阵雷达有哪些优缺点？有源相控阵和无源相控阵的区别是什么？相控阵雷达有多强？
什么是相控阵雷达？ 相控阵雷达并非是一个单独的雷达，而是由一个个传统的雷达组合而成。相控阵雷达天线看上去是一个平板，实际上那只是雷达的整流罩。内部是由一个个小的雷达单元所组成的。这就是相控阵雷达的阵元。
在雷达工作时，雷达天线并不转动，而是通过控制每个阵元的发出电磁波的相位和幅度，强化电磁波在特定方向上的强度。从而控制整个雷达波的方向变化。而相控阵雷达有源和无源的区别就在于雷达阵元是不是能够单独的发射和接受电磁波。
相控阵雷达相比传统雷达的优缺点 优点
缺点
相控阵雷达优点虽然很多，但是好的雷达伴随着的同样也有缺点。缺点之一就是贵。造价高昂！集成了多种功能的相控阵雷达一直都是超级贵的装备。而且还有另外一个缺点，就是体积庞大，特别费电。在现有海军装备中，应该是耗电排第一的存在。目前的中华神盾和美国宙斯盾驱逐舰之所以造这么大，正是为了给舰用相控阵足够的空间。还有为其供应足够的电力。
美国部署在大型X波段巨型海基相控阵雷达的直径达到了17.8米。宽73米(240英尺)，长119米。其塔架从底端到天线罩顶端有86米多长，排水量约50000吨。这部可以探测4800公里远的海基预警雷达的造价更是达到了22亿美元，顶的上半艘尼米兹级航母的造价了！
有源和无源的区别，为什么有源相控阵更先进 有源相控阵每个阵元都可以独立的发射和接收电磁波，而无源相控阵雷达只有一个中央发射机和中央接收机。无源相控阵雷达的阵元有点类似于偏折透镜一样。并不能独立的发射和接收电磁波。
无源相控阵雷达总体来说是相控阵雷达中的低端产品，技术难度小。而有源相控阵雷每个天线都装备有一个单独的发射接收单元，在电磁波的频宽以及信号处理和设计冗余上都比无源相控阵有更大的优势。这个优势主要表现在雷达的功率，波束的强度以及控制上都要优秀的多。所以有源相控阵雷达比无源相控阵雷达更加的先进。取代无源相控阵雷达也是大势所趋！
一部相控阵雷达，相当于多部不同用途雷达的功能总和 相控阵雷达一个阵面之上集成了数百个乃至几千个小的雷达，类似于动物的复眼。功能十分强大。现代盾舰上的相控阵雷达，是集成了多个雷达的共同体。自从相控阵雷达上舰之后，舰艇显得特别的简洁，没有那么多到处堆放的雷达天线。这主要是因为一部相控阵雷达，集成了舰艇上的几乎所有的警戒，制导，航海以及其他的火控雷达。一部相控阵可以做到的，传统雷达需要多不雷达才能完成。
7. 有源相控阵雷达简介
二战期间由于军事上的迫切需要，雷达得以广泛应用及发展，并随着技术革新日臻完善。相控阵雷达作为一种多功能设备，天线阵列由多组天线单元组合而成，采用有源相控阵雷达天线的雷达称为有源相控阵雷达（APAR）。 和无源相控阵雷达相比，有源相控阵雷达优势明显，因此被作为现代相控阵雷达一个重要研究方向，被用于各种战略、战术雷达，如制导、战场炮位侦查等。随着计算机技术、数模混合集成电路技术及微波移相技术的快速发展，有源相控阵技术具有多目标、远距离、高可靠性和高适应性等优势，正由雷达向通信电子、定位导航等多领域发展。 随着新型器件如功率微波器件、VHSIC、MMIC的出现，每个天线辐射阵元用一个接收机和发射功放阵列，每个天线阵元可以是固态T/R组件，使相控阵雷达天线变为有源相控阵天线。有源相控阵雷达作为相控阵雷达的一个核心领域被广泛使用。 一、有源相控阵雷达发展概况 有源相控阵雷达天线阵面的每个天线单元中均含有源电路，发射/接收组件（T/R组件）是有源相控阵雷达的关键部件，很大程度上决定其性能优劣。收发合一的T/R组件包括发射支路、接收支路及射频转换开关及移相器。每个T/R组件既有发射高功率放大器（HPA）、滤波器，限幅器，又有低噪声放大器（LNA）、衰减器及移相器、波束控制电路等。由此看见，利用二维相位扫描的有源相控阵雷达设备量和成本都相当可观。尽管如此，最先研制成功并投入应用的相控阵雷达就是有源相控阵雷达，例如20世纪60年代末美国研制的的大型相控阵雷达AN/FPS-85。该相控阵雷达作用距离数千公里，天线尺寸26.9×26.9m2，发 射产生1.4°×1.4°针状波束，接收产生0.8°×0.8°笔状波束，被用于空间目标监视、跟踪及识别，可做导弹预警、测轨和编目卫星。采用收发阵面分离的二维相位扫描相控阵平面天线，其发射天线阵中含有五千多个天线单元，发射机采用四极管等电真空器件，每个发射机峰值功率高达6kW，平均功率约80W。采用有源相控阵天线模式，利用空间功率合成方式，实现发射机总输出峰值功率32MW、平均功率400kW的要求。在各种战术雷达中雷达简介，用于卫星测控和弹道导弹等超远程探测战略目标的相控阵雷达问世最早，而有源相控阵雷达的出现相对较晚。 有源相控阵雷达大部分是三坐标雷达，即方位（水平方向）机械扫描、仰角（垂直方向）电扫描的一维相位扫描雷达，以此获取目标的距离、方向和高度信息。为了提高雷达性能，二维相位扫描的三坐标雷达采用了固态有源相控阵雷达天线。这类雷达在水平和垂直方向上均进行相位扫描，同时天线阵列还可进行机械转动雷达简介，这样不但克服了平面相控阵雷达天线观察空域有限（如限制在±60°范围内）的缺点，而且大幅提高了雷达数据率，改善了对多目标的跟踪性能。当今国内外研制的舰载雷达、机载雷达、弹道导弹防御雷达以及星载雷达均采用有源相控阵雷达天线。[1] 二、有源相控阵雷达原理及应用 图1列出了按行、列方式馈电的有源平面相控阵天线原理图，它是将平面相控阵天线分为多个列馈的典型例子。 该雷达工作在S波段，是一个有源相控阵天线，其发射馈线包括一个行馈和多个列馈，每一列馈为一个功率分配网络，其多个输出段分别接入该列天线各T/R组件中功率放大器的输入端。T/R组件里接收电路的输出信号传送至接收馈线功率相加器的输入端，经功率合成后再经下变频器、中放、A/D变换，变为二进制信号，传送至数字式的行馈波束形成网络。采用这种方式的主要目的是便于在方位上用数字方式形成接收波束。 图2列出了一种有源子天线阵组合馈电接收系统框图。 整个有源相控天线阵分为m个子阵，每个子阵有n个天线单元通道，每个天线单元上接有一个T/R组件，T/R组件由低噪声放大器、高功率放大器、移相器、T/R开关等功能电路组成。在图中，m个子阵相加网络形成m个接收通道，每个子阵相加网络的输出端均皆有子阵接收机（SAR）。 各子阵接收机的输出经多波束相加网络处理后，可得到L个接收波束（B1，B2，···，BL），每个波束的输出分别连接到相应的波束通道信号处理器。 图中可以看出，各子阵接收机的输出为正交双通道，则输出为数字正交信号（Ii，Qi）保留了信号的幅度和相位信息，图中所示的多波束相加网络应该是数字波束形成（DBF）。美国为弹道导弹防御系统研制的早期预警相控阵雷达“铺路爪”AN/FPS-115， 发射机采用固态功率放大器件，作为第一部二维相位扫描有源相控阵雷达，一般探测距离可达4800km， 对雷达截面为10m2的潜射弹道导弹探测距离可达5500km。AN/FPS-115采用密度加权方式，且是收发合一的天线阵面，因而有源天线单元总数约有1800个固态T/R组件。 “铺路爪”大型远程相控阵雷达AN/FPS-115采用空间功率合成模式，可获得探测与跟踪多目标高功率的要求（其发射机总的输出峰值功率600kW，平均功率150kW），这样可以降低对于馈线系统承受的高功率、传输线损耗以及发射系统对初级电源的功率要求，从而增强了整个馈线系统的综合化、标准化、模块化设计程度。 图3给出了AN/FPS-115全固态大型有源相控阵雷达发射功率分配系统与子天线阵接收机系统的框图，整个雷达天线阵分为五十六个子天线阵，每个子天线阵内的功率分配网络及所有T/R组件均相同，其中功率分配网络为1/32功分器。 发射机激励级、子天线阵驱动级和T/R组件中的HPA的输出功率量级相同，约三百瓦。基于综合化、标准化、模块化设计理念，可以极大程度简化雷达系统设计流程，利于批量生产和降低成本。从图中可以看出，子天线阵作为公用收发天线，其在32个天线单元构成的子天线阵级分别实现接收波束。[1] 三、有源相控阵雷达特点 有源相控阵天线的每一个天线单元通道上均有一个高功率放大器、低噪声放大器或T/R组件。与无源相控阵天线相比，有源相控阵天线具有以下特点： （1）由于天线阵元后面直接连接功率源，故雷达的性能不受馈源和移相器损耗的影响：T/R组件中的LNA由接收机的噪声系数所决定。 （2）降低馈线系统承受高功率的要求。降低相控阵天线中馈线网络即信号功率相加网络接收时的损耗。 （3）每个阵元通道上均有一个T/R组 件，重复性、可靠性、一致性好，即使有少量的T/R组件损坏，也不会明显影响性能指标，而且很能方便地实现在线维修。 （4）易于实现共形相控阵天线。 （5）有利于采用MMIC和HMIC，可提高天线的宽带性能，实现频谱共享的多功能天线阵列，为综合化、标准化电子信息系统（包括雷达、通信和ESM等）的实现提供条件。 （6）有利于与微电子、光电子、光纤通信技术结合，实现高密度集成的光控相控阵天线及天线系统。虽然有源相控阵天线优势众多，但在相控阵雷达使用中是否被采纳，要结合实际需求，首先要着重分析雷达任务，其次应分析采用有源相控阵天线的代价，考虑技术风险、雷达设计周期及生产成本的影响，这样才能做到最佳匹配。
8. 相控阵雷达为什么分无源和有源？
相控阵雷达分有源和无源。区别在于：有源相控阵雷达的天线采用的是一种称为T/R模组的接受与发射装置，每一块T/R模组都能产生电磁波而无源相控阵雷达则是使用统一的发射机和接受器，外加具有相位控制能力的相控阵天线组成，天线本身不能产生雷达波，这是结构上的区别。有源相控阵雷达的收发装置只有T/R模组，所以重量较轻，故障率较低，即使几个T/R模组损坏了，也不会影响到整台机器的使用，而无源相控阵雷达就不具有这种优势，这是性能上的差别。 相控阵雷达（PAR）已在各种战略、战术雷达中得到广泛使用，成了当今雷达发展的主流。采用有源相控阵天线（APAA）的雷达称为有源相控阵雷达（APAR）。有源相控阵天线的重要组成部分是安置在每一天线单元上的发射/接收组件（T/R组件）。图1是一个典型的T/R组件的组成框图。实际上，一个T/R组件就是一部雷达的发射/接收前端。有的T/R组件还包括本振信号输入和中频、视频输出。基于直接频率综合（DDS）的T/R组件，可称为数字T/R组件。先进工艺支撑的T/R组件的批量生产能力和成本的不断降低，给有源相控阵雷达的发展提供了有力的技术推动。 国内外先进的相控阵雷达均采用了有源相控阵天线，如美国AN/FPS-115（PAV PAWS）相控阵预警雷达，以色列“箭式”（ARROW）战区导弹防御系统（TBM）中的EL/M-2080相控阵雷达，美国用于TMD高层防御的GBR相控阵雷达，美海军AN/SPY-2远程多功能相控阵雷达，美、欧、日等在研制的多种机载有源相控阵雷达及各国已研制成功的多种有源相控阵战术雷达〔1〕等，我国南京电子技术研究所研制的YLC-6，YLC-2等也都是采用有源相控阵天线的三坐标雷达。可以说，有源相控阵雷达已成了当今相控阵雷达发展的一个重要方向。采用集中的大功率发射机（多为电真空发射机）或若干部大功率发射机和无源相控阵天线的雷达称为无源相控阵雷达。在很多情况下，特别是在波长较短，如在C、X、Ku、mmw波段，又要求高发射功率的情况下，无源相控阵雷达与采用众多T/R组件的有源相控阵雷达相比，仍有其优点。 在雷达主要战术技术指标大体相同的情况下，在有源相控阵天线与无源相控阵天线之间做出合理的选择，是相控阵雷达预先设计过程中必须加以考虑的一个重要问题。 在有源与无源相控阵天线之间做出选择，有多种出发点，其中要考虑的一个重要因素是进行功率比较，即在从阵列天线口面上辐射的RF功率相同的条件下，比较采用两种天线对发射机输出的总功率、相应要求的初级电源的总功率和在天线阵面上的热耗功率，以及为实现阵面冷却所要求的冷却系统的功率等。讨论这一问题的重要性还在于，由此可以得出对两种阵列天线及其组成部件的一些不容忽视的要求，这将有助于相控阵雷达有关分系统的设计人员更主动地改进设计和积累经验. ①可充分利用相控阵天线的空间功率合成能力，获得雷达系统需要的总的发射信号功率。 ②可降低相控阵天线中馈线分系统的信号传输损耗，即降低从发射机（功率放大器）输出端至天线（发射状态）和从天线至接收机输出端（接收状态）的损耗。 ③从充分利用雷达载体（雷达平台）可能提供的阵列天线面积出发，采用有源相控阵共形阵列天线。 ④在采用密度加权的大口径相控阵天线时，可考虑将大部分天线单元上的T/R组件中的发射通道与接收通道分开，减少组件中收/发开关的损耗。 ⑤当T/R组件中的发射通道研制有困难时，也可以采用半有源相控阵天线，即在每个天线单元上只保留T/R组件中的接收通道部分。例如采用宽发射波束照射，用有源相控阵接收天线形成多个窄接收波束的雷达工作方式。
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