淺談 相控陣雷達 (二)---中無通訊第111期

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                                                                                                                                                                                                                                          本文原刋載於中無通訊第111期2025年7月

                                                                                                                                                            淺談 相控陣雷達 (二)     資料搜集VR2GY

1. 引言

                        一般而言，相控陣雷達分無源和有源兩種基本類型。實際上，無源和有源相控陣雷達的天線陣基本相同，二者的主要區別在於發射/接收元素的多少。

圖1 現代戰鬥機機頭的相控陣雷達

2. 有源相控陣

                     有源相控陣每一陣元都裝有一個發射/接收元件(即T/R元件)，每一元件都能自己產生、接收電磁波，因此在頻寬、信號處理和冗餘度設計上都比無源相控陣雷達具有較大的優勢。 與無源相控陣雷達相比，有源相控陣將移相、放大、收發轉換以及接收/放大功能集成到單獨的有源收發模組，並將這些模組放置在盡可能靠近輻射單元的地方，因此使整個系統的損耗大大降低。此外，有源相控陣常常使用固態積體電路(能實現比鐵氧體移相器更快的移相)來替代波導，不僅有效地減小了整個系統的尺寸和體積。同時，由於單個收發模組功率需求很低，所提供的平均故障間隔時間遠遠高於無源相控。

相控陣原理簡圖

3.  無源相控陣

                  無源相控陣採用集中功率發射，利用無源網路(如波導)來分配發射功率或利用透鏡系統通過自由空間將功率分發至相位可控的輻射單元(與機械掃描雷達的區別僅在於陣列的每一個輻射單元上接入一個移相器)。

                  無源相控陣能夠提供電子波束控制等好處，但這種方法可能造成嚴重的能量損失，最終導致靈敏度下降。在無源相控陣中，射頻能量消耗在功分網路、移相器、環形器和發射/接收轉換器中，當雷達處於接收狀態時，信號在到達低雜訊放大器(LNA)輸入部分之前，信號強度已經下降。從而使雷達整體靈敏度下降10dB～15dB。

圖2   俄羅斯SU-57機頭和兩側都裝有相控陣雷達

4. 二者的區別

                 區別就是無源是只有單個或者幾個發射機子陣原只能接收，而有源是每個陣原都有完整的發射和接收單元。無源相控陣雷達通常僅有一個中央發射機和一個接收機，發射機產生的高頻能量經電腦自動分配給天線陣的各個輻射器，目標反射信號經接收機統一放大，這一點與傳統機掃雷達十分相似，但是在性能上明顯優於傳統機掃雷達。

                 而有源相控陣雷達每個輻射器都配裝有一個發射/接收元件，每一個元件都能自己產生、接收電磁波，數個元件組成一個陣面，每個陣面可獨立搜索目標，這使得有源相控陣雷達在多目標搜索和可靠性上存在絕對優勢。

   

圖3 歐洲颱風”捕手-E”有源相控陣雷達

圖4 鷹獅多用途戰機RAVEN ES-05有源相控陣雷達

5. 總結

                有源相控陣雷達最大的難點在於發射/接收元件的製造上，相對來說，無源相控陣雷達的技術難度要小得多。無源相控陣雷達在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控陣雷達，但是在功能上卻明顯優於普通機械掃描雷達，不失為一種較好的折衷方案。因此在研製出實用的有源相控陣雷達之前，完全可以採用無源相控陣雷達作為過渡產品。而且，即使有源相控陣雷達研製成功以後，無源相控陣雷達作為相控陣雷達家族的一種低端產品，仍具有很大的實用價值。

圖5 中國梟龍KL J-7A機載有源相控陣雷䢖(三面陣)                 

三面陣側面圖

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6.   結構分類

                目前大多數機載有源相控陣雷達仍使用砷化鎵T/R元件，雖然探測距離已經相當可觀，但仍存在技術難題。較新型的氮化鎵T/R元件具有更高的發射功率和更好的導熱性能，從而顯著提高了有源相控陣雷達的探測距離。為了進一步提升雷達性能，最新研發的氧化鎵T/R元件功率更強，探測距離更遠，已有少數國家裝備上機。

7.   應用

                有源相控陣雷達的探測距離基本上都可以達到150~200公里或以上，並具備多目標探測能力。例如，美國F-18E/F安裝的APG-79有源相控陣雷達可以同時探測20個目標，並對其中的6個進行攻擊；中國”梟龍”裝備的KLJ-7A有源相控陣雷達則可以跟蹤15個目標，並引導導彈攻擊其中的6個。在探測精度和抗干擾能力上，有源相控陣雷達表現出更強的性能。這使得戰鬥機能夠更準確地鎖定目標並避免被敵方的信號干擾。它不僅在空戰中發揮著關鍵作用，還能夠提供電子戰和通訊等多種功能支援。

圖6 國產最新型以運-20為載體的 空警3000預警機，機頂圓盤內置有源相控陣雷達

                  美國F-22A和蘇-57分別搭載了APG-77和N-036型有源相控陣雷達，這些雷達不僅能同時跟蹤多個目標，還能與其中的一部分進行交戰。然而，隱身戰鬥機最重要的特點之一是低截獲率，即使在探測到目標的情況下也不會被敵方雷達發現。有源相控陣雷達的跳頻技術和極窄波束鎖定能力正好滿足了這一要求。跳頻技術使雷達能夠在不同頻率之間切換，避免持續對一個目標進行探測，從而降低被敵方截獲的可能性。此外，有源相控陣雷達還具備多種探測模式和電子戰能力，使其在戰鬥中更加靈活和強大。

                 

                  未來，隨著氮化鎵T/R元件的進一步發展和應用，有源相控陣雷達的性能將得到進一步提升，為戰鬥機的作戰能力提供更大的支援，有源相控陣雷達是使隱身戰鬥機具備強大空戰能力的關鍵裝備。其跟蹤和鎖定能力令人矚目，而低截獲率是隱身戰鬥機的重要特點之一。有源相控陣雷達的跳頻技術和極窄波束鎖定能力實現了隱蔽探測能力，使戰鬥機在探測目標時不易被敵方雷達發現。

圖7 中國TDA反無人機相控陣雷達

                   最近在中國航展上亮相的中國新一代三面陣雷達，與梟龍3上所用的常規三面陣雷達不同（見圖5），其菱形結構佈局凸顯能契合隱形無人機使用的需求。傳統平面有源相控陣雷達受掃描角度制約，戰鬥機僅能探測前半球120度範圍目標，這在瞬息萬變、全向威脅的空戰環境裡，多少還是有一些遺憾的。我們知道，戰鬥機內部空間是 “寸金之地"，既要嵌入輕薄且性能卓越的天線陣面，又不能讓其成為影響飛行性能的“累贅"，同時，隨著雷達天線的增多，信號與資料處理、電力供給、冷卻系統等配套環節也需同步"升級"，牽一髮而動全身，要克服的困難不少。

                  

                  我們可以想像一下這種三陣面雷達被應用於隱形無人機的使用場景 : 例如，國產飛鴻-97A這樣的隱身無人機因自身雷達反射面積微小，前出部署至載人戰鬥機群前沿，憑藉三面陣雷達開啟大範圍掃描，捕獲目標資訊後，經高速資料鏈即時回傳，為後方戰機點亮“視野盲區"，甚至能依指揮指令率先發射空對空導彈，發動“先敵開火"，就能在很大程度上奪取空戰主動權。

圖8 美軍新型反無人機系統--相控陣雷達自動控制機槍

       2025-05-24深圳無人機展覽會上，被這組設備的特殊外型吸引----察打誘一體化。此裝置集成了無線電偵測、干擾、導航誘騙多個單元集成化設計，單台設備即可實現對付無人機的察、打、誘功能。

機型庫擴 ----具備無人機頻道特徵庫擴展能力，支持現場手動或自動搜集訊號，並添加至特徵庫。

導航干擾全 ----具備對GPS、GLONASS、BDS、GALILEO等導航接收及壓制干擾。

干擾類型多 ----可切斷常見消費機、行業級無人機丶航空模型機、穿越機、DIY改裝無人機的訊號。

全方位防禦 ----採用全向和定向干擾方式，多面陣設計實現360度全方位防禦。(見圖1)

圖1

重要參數 ----

偵測頻率 : 20 ~ 6000MHz

探測範圍 : 5 ~ 10Km (環境和機型不同會有差異)

干擾頻段 : 433MHz, 800MHz, 900MHz, 1.2GHz, 1.4GHz, 1.6GHz, 2.4GHz, 5.2GHz,5.8GHz

干擾半徑 : 5Km   (根據環境和機型不同會有差異)

誘騙作用半徑 : 1 ~ 30Km (可調)

導航干擾半徑 : 1 ~ 3Km (可調)

設備功耗 : 約3500W

圖 2 本裝置的控制部份