相控阵雷达的概念和产业化情况

相控阵雷达的概念和产业化情况（军民）

目 录

一、相控阵雷达的概念................................................................................................ 2 二、相控阵雷达的技术特点........................................................................................ 3

1.优点...................................................................................................................... 3 2.缺点...................................................................................................................... 4 三、相控阵雷达的发展历程........................................................................................ 4 四、相控阵雷达的应用................................................................................................ 5

1.空间目标探测系统.............................................................................................. 6 2.防空系统及各类C3I系统中具有生存能力的先进战术雷达 .......................... 6 3.机载相控阵雷达.................................................................................................. 6 4.相控阵多目标精密跟踪测量雷达...................................................................... 6 5.军事应用.............................................................................................................. 7 五、相控阵雷达发展趋势............................................................................................ 8

1. 宽带相控阵雷达................................................................................................ 8 2. 毫米波相控阵雷达............................................................................................ 9 3. 数字阵列雷达.................................................................................................... 9 4. 低成本相控阵雷达.......................................................................................... 10 5.多波束相控阵雷达............................................................................................ 11 6. 共形相控阵雷达.............................................................................................. 11 7.低／超低副瓣相控阵天线................................................................................ 12 8.稀布相控阵天线................................................................................................ 13 9.光电子技术........................................................................................................ 13

一、相控阵雷达的概念

相控阵雷达又称作相位阵列雷达，是一种以改变雷达波相位来改变波束方向的雷达，因为是以电子方式控制波束而非传统的机械转动天线面方式，故又称电子扫描雷达。控阵雷达有相当密集的天线阵列，在传统雷达天线面的面积上目前可安装一千多到两千多个相控阵天线(F-22约有2000个)，任何一个天线都可收发雷达波，而相邻的数个天线即具有一个雷达的功能。扫描时，选定其中一个区块(数个天线单元)或数个区块对单一目标或区域进行扫描，因此整个雷达可同时对许多目标或区域进行扫描或追踪，具有多个雷达的功能。由於一个雷达可同时针对不同方向进行扫描，再加之扫描方式为电子控制而不必由机械转动，因此资料更新率大大提高，机械扫描雷达因受限於机械转动频率因而资料更新周期为秒或十秒级，电子扫描雷达则为毫秒或微秒级。因而它更适於对付高机动目标。此外由於可发射窄波束，因而也可充当电战天线使用，如电磁干扰甚至是构想中发射反相位雷达波来抵消探测电波等。

相控阵雷达又分有源/主动、无源/被动两种。

所谓有源无源是针对天线而言的。有源相控阵雷达的＂天线＂是一种称为T/R模组的接收与发射装置，每一块都能自己产生电磁波。而无源相控阵雷达则是使用统一的发射机与接收机，外加具有相位控制能力的相控阵天线而成，即天线本身不能产生雷达波。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。

两者在功能上无太大差别，不过有源者只收发单元为以固态科技制造的微机电系统，适合自动化生产、重量轻、故障率低，此外即使几个天线故障也不会过分影响整体性能；而无源者与传统雷达只有天线以及处理系统的差别(例如俄国NIIP雷达公司就为SU-27与MiG-29设计相控阵天线，只要把天线以及处理系统更新，就成了向控阵雷达)，重量、生存能力等绝比不上有源者，因此有源相控阵雷达是军机雷达的发展趋势之一，目前只有美国与日本具有此技术，其他国家也将跟进，如法、德、英合作开发将用於EF-2000、Rafale的项控阵雷达、瑞典将用於升级JAS-39的雷达等。

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。 二、相控阵雷达的技术特点 1.优点

较之于传统的机械扫描雷达，相控阵雷达的性能优势是显著的，主要表现在： 1)能对付多目标。相控阵雷达利用电子扫描的灵活性、快速性和按时问分割原理或多波束，可实现边搜索边跟踪工作方式，与电子计算机相配合，能同时搜索、探测和跟踪不同方向和不同高度的多批目标，并能同时制导多枚导弹攻击多个空中目标。因此，适用于多目标、多方向、多层次空袭的作战环境。 ．

2)功能多，机动性强。相控阵雷达能够同时形成多个独立控制的波束，分别用以执行搜索、探测、识别、跟踪、照射目标和跟踪、制导导弹等多种功能．一部相控阵雷达能起到多部专用雷达的作用，而且还远比它们能够同时对付的目标多。因此，大大减少了武器系统的设备量，提高了系统的机动能力。

3)数据率高、反应时间短。相控阵雷达波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描(一般可以在几个微秒内实现雷达波束形成和波束位置转换)，从而缩短了对目标信号检测、录取、信息传递等所需的时间，具有较高的数据率。同时，相控阵天线通常采用数字化工作方式，雷达与数字计算机相结合，大大提高了自动化程度，简化了雷达操作，使之具有较高的反应速度。

4)抗干扰能力强。相控阵雷达可以利用分布在天线孑L径上的多个辐射单元合成非常高的功率，并能合理地管理能量和控制主瓣增益，可以根据不同方向上的需要分配不同的发射能量，易于实现自适应旁瓣抑制和自适应抗各种干扰，有利于发现远离目标和小雷达反射面目标(如隐形飞机)，还可提高抗反辐射导弹的能力。

5)可靠性高。大功率器件是传统无源相控阵雷达可靠性的薄弱环节。如今，随着固态器件的发展，相控阵雷达应用固态器件越来越多，甚至已出现全固态相控阵雷达。由于单个固态组件功率小，故障率低，所以具有极高的可靠性。其次，

相控阵雷达的阵列组较多，且并联使用，即使有少量组件失效，仍能正常工作，突然完全失效的可能性很小。据统计，一般阵面50％的阵元失效时雷达仍能正常工作，10％的阵元失效时系统性能只是略有下降。平均故障时间(MTBF)≥10万小时。 2.缺点

与上述性能优势相对应，相控阵雷达在开发中也存在不少技术难点，比如： 1)T／R组件。TIR组件是有源相控阵天线阵元的核心，要在很小的体积内实现射频信号的发射和接收，要达到一定的功率和灵敏度，研制难度很大。

2)高密度电源。每个天线阵元所要求的电压不高，但是多个阵元组成的天线所需要的电流却很大，因此需要提供大功率的低压电源，而且要可靠性高，体积小，重量轻。

3)散热问题。天线中密布数百、数千，甚至上万个T／R组件。热功率非常高。因此如何解决散热问题往往成为相控阵雷达设计成败的关键之一。

4)数据处理能力。相控阵雷达可以主要通过波束的灵活控制来实现其功能上的优势。因此，对数据处理能力的要求也高得多。 三、相控阵雷达的发展历程

相控阵雷达的发展可以追溯到2O世纪30年代。最初由德国在“爱神”雷达的基础上研制成功，其天线用移相器馈电的2x6个极子阵组成，产生的波束在垂直面可控。同期。美国也开展了此项研究工作，但直到50年代中期才由美国休斯(Hughes)飞机公司研制出两部实用型舰载相控阵雷达AN／SPS一32和AN／SPS一33，并装备于“企业”号航空母舰。1958年美国本迪克斯公司又研制出一部超高频面阵电扫雷达，其天线由90个辐射单元组成矩形面阵，采用抽头延迟线实现波束控制。

进入2O世纪60年代以后，相控阵雷达的发展进入了高潮。美国和前苏联相继研制和装备了多部大型地面相控阵雷达，多用于弹道导弹防御、外空目标监视及卫星观测，典型的如美国AN／FPS一85、MSR (导弹场地雷达)；前苏联的“鸡笼” 和“狗窝” 等。在当时的历史条件下，要解决的紧迫问题是观测洲际导弹和人造卫星。与观察飞机的常规雷达相比，雷达作用距离要由几百千米提高到几千千米，雷达要能够对多批高速运动目标进行精密跟踪。为此，要大大提高雷达

的数据率，解决边搜索、边跟踪及合理使用雷达信号能量等问题。相控阵天线理论与实践的进展，微电子技术和数字计算机技术的进步，是刺激这一时期相控阵雷达发展的主要技术基础。

如果说50、6O年代相控阵雷达是美、苏专利技术的话，那么进入70年代以后，相控阵雷达已成为世界许多国家竞相发展的雷达技术。英、法、13、德、瑞典等国相继加入了研究行列。70年代，相控阵雷达得到了迅速发展。美国的AN/TPN-25 、AN/TPQ-37和GE-592、英国的AR-3D、法国的AN/TPN-25、日本的NPM-510和J/NPQ-P7、意大利的RAT-31S、德国的KR-75等。这一时期的相控阵雷达具有机动性高、天线小型化、天线扫描体制多样化、应用范围广等特点。

80年代以后，砷化镓(GaAs)等半导体器件的出现极大的促进了相控阵雷达的发展。这一时期出现了与防空导弹相配套的多功能相控阵雷达。成为防空系统探测、跟踪和火力控制的主要传感器。如美国的“爱国者”防空导弹系统，一部AN／MPQ一53多功能相控阵雷达就能完成目标搜索、识别、跟踪和导弹跟踪、制导等多种任务，相当于数部常规雷达的功能，使防空系统的技术性能获得了很大的提高。

表1列举了部分批量生产的战术相控阵雷达。可见，各种相控阵雷达均有较大的批量，预示着它已成为雷达发展的主流，具有很大的发展潜力。

四、相控阵雷达的应用

鉴于以上一些技术特点，相控阵雷达已获得广泛应用，尤其是随着微电子技术、光电子技术、计算机及信号处理技术的发展，批量生产工艺的成熟和成本的

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