相控陣雷達（英文：Phased Array Radar，PAR）即相位控制電子掃描陣列雷達，利用大量個別控制的小型天線單元排列成天線陣面，每個天線單元都由獨立的移相開關控制，通過控制各天線單元發射的相位，就能合成不同相位波束。相控陣各天線單元發射的電磁波以干涉原理合成一個接近筆直的雷達主瓣，而旁瓣則是各天線單元的不均勻性而造成。
相控陣分為“被動無源式”（PESA）與“主動有源式”（AESA），其中技術性能較低的“被動無源式”在上世紀80年代已有成熟的系統部署於艦艇及中/小型飛機上，而性能更優異、發展前景更好但技術性能較高的“主動有源式”則到了90年代末期才開始有實用的戰機用與艦載系統開始服役。
相控陣雷達從根本上解決了傳統機械掃描雷達的種種先天問題，在相同的孔徑與操作波長下，相控陣的反應速度、目標更新速率、多目標追蹤能力、解析度、多功能性、電子對抗能力等都遠優於傳統雷達 ，相對而言則付出了更加昂貴、技術要求更高、功率消耗與冷卻需求更大等代價。
相控陣雷達由美國1937年開始研製，1955年研製出兩套系統。有源相控陣雷達典型代表有美國伯克級驅逐艦的AN/SPY-1、遠程預警AN/FPS-115“鋪路爪”、F-22戰鬥機的AN/APG-77有源相控陣雷達等。英國的AR-3D、法國的AN/TPN-25、日本的NPM-510和J/NPQ-P7、義大利的RAT-31S、德國的KR-75。中國052D型驅逐艦的346A型也為有源相控陣雷達。
基本介紹
- 中文名：相控陣雷達
- 外文名：Phased Array Radar
- 分類：有、無源電子掃描陣列雷達
- 優點：目標容量大、波束指向靈活
原理,優點,分類,特點,套用,歷史,發展,
原理
相控陣雷達的天線陣面由許多個輻射和接收單元（稱為陣元）組成，單元數目和雷達的性能有關，可以從幾百個到幾萬個。這些單元有規則地排列在平面上，構成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計算機控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進行掃描，故稱為電掃描。天線單元把接收到的回波信號送入主機，完成雷達對目標的搜尋、跟蹤和測量。每個天線單元除了有天線輻射振子之外，還有移相器等開關的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數目越多，則波束在空間可形成的波束就越多。這種雷達的工作基礎是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。相位控制可採用相位法、頻率法和電子饋電開關法。在一維上排列若干輻射單元即為線陣，在兩維上排列若干輻射單元稱為面陣。輻射單元也可以排列在曲線上或曲面上．這種天線稱為共形陣天線。共形陣天線可以克服線陣和平面陣掃描角小的缺點，能以一部天線實現全空域電掃。通常的共形陣天線有環形陣、圓面陣、圓錐面陣、圓柱面陣、半球面陣等。綜上所述，相控陣雷達因其天線為相控陣型而得名。
例如，美國裝備的“鋪路爪”相控陣預警雷達在固定不動的圓形天線陣上，排列著15360個能發射電磁波的輻射天線單元器和2000個不發射電磁波的輻射單元。這15360個輻射器分成96組，與其他不發射電磁波的輻射單元搭配起來。這樣，每組由各自的發射機供給電能，也由各自的接收機來接收自己的回波。所以，它實際上是96部雷達的組合體。如果我們把通常的雷達稱作“個體戶”，那么相控陣雷達就相當於一個“合作社”了。
優點
（1）波束指向靈活，能實現無慣性快速掃描，數據率高；
美國將在日本部署的X波段相控陣雷達海基版
美國將在日本部署的X波段相控陣雷達海基版（2）一個雷達可同時形成多個獨立波束，分別實現搜尋、識別、跟蹤、制導、無源探測等多種功能；
（3）目標容量大，可在空域內同時監視、跟蹤數百個目標；
（4）對複雜目標環境的適應能力強；
（5）抗干擾性能好。全固態相控陣雷達的可靠性高，即使少量組件失效仍能正常工作。
美中不足的是，相控陣雷達設備複雜、造價昂貴，且波束掃描範圍有限，最大掃描角為90°～120°。當需要進行全方位監視時，需配置3～4個天線陣面。 相控陣雷達與機械掃描雷達相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強，能快速適應戰場條件的變化。多功能相控陣雷達已廣泛用於地面遠程預警系統、機載和艦載防空系統、機載和艦載系統、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統的AN/MPQ-53雷達、艦載“宙斯盾”指揮控制系統中的雷達、B-1B轟炸機上的APQ-164雷達、俄羅斯C-300防空武器系統的多功能雷達等都是典型的相控陣雷達。隨著微電子技術的發展，固體有源相控陣雷達得到了廣泛套用，是新一代的戰術防空、監視、火控雷達。
機載有源相控陣--21世紀機載雷達的革命
機載有源相控陣--21世紀機載雷達的革命分類
相控陣雷達又分為有源和無源兩類。其實，有源和無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/接收單元的多少。無源相控陣雷達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計算機自動分配給天線陣的各個輻射單元，目標反射信號經接收機統一放大（這一點與普通雷達區別不大）。有源相控陣雷達的每個天線單元都配裝有一個發射/接收組件，每一個組件都能自己產生、接收電磁波，因此在頻寬、信號處理和冗度設計上都比無源相控陣雷達具有較大的優勢。正因為如此，也使得有源相控陣雷達的造價昂貴，工程化難度加大。但有源相控陣雷達在功能上有獨特優點，大有取代無源相控陣雷達的趨勢。
有源相控陣雷達最大的難點在於發射/接收單元的製造上，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中方案。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。
特點
相控陣雷達之所以具有強大的生命力，因為它優勝於一般機械掃描雷達。它具有以下特點：
（1）能對付多目標。相控陣雷達利用電子掃描的靈活性、快速性和按時分割原理或多波束，可實現邊搜尋邊跟蹤工作方式，與電子計算機相配合，能同時搜尋、探測和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標，並能同時制導多枚飛彈攻擊多個空中目標。因此，適用於多目標、多方向、多層次空襲的作戰環境。
（2）功能多，機動性強。相控陣雷達能夠同時形成多個獨立控制的波束，分別用以執行搜尋、探測、識別、跟蹤、照射目標和跟蹤、制導飛彈等多種功能，一部相控陣雷達能起到多部專用雷達的作用，而且還遠比它們能夠同時對付的目標多。因此，可大大減少武器系統的設備，從而提高系統的機動能力。
裝備EL/M2075的費爾康707預警機
裝備EL/M2075的費爾康707預警機（3）反應時間短、數據率高。相控陣雷達可不需要天線驅動系統，波束指向靈活，能實現無慣性快速掃描，從而縮短了對目標信號檢測、錄取、信息傳遞等所需的時間，具有較高的數據率。相控陣天線通常採用數位化工作方式，使雷達與數字計算機結合起來，能大大提高自動化程度，簡化了雷達操作，縮短了目標搜尋、跟蹤和發控準備時間，便於快速、準確地實施雷達程式和數據處理。因而可提高跟蹤空中高速機動目標的能力。
（4）抗干擾能力強。相控陣雷達可以利用分布在天線孔徑上的多個輻射單元綜合成非常高的功率，並能合理地管理能量和控制主瓣增益，可以根據不同方向上的需要分配不同的發射能量，易於實現自適應旁瓣抑制和自適應抗各種干擾，有利於發現遠離目標和小雷達反射面目標（如隱形飛機），還可提高抗反輻射飛彈的能力。
（5）可靠性高。相控陣雷達的陣列單元較多，且為並聯使用，即使有少量單元失效，仍能正常工作，突然完全失效的可能性最小。 此外，隨著固態器件的發展，相控陣雷達的固態器件越來越多，甚至已生產出全固態相控陣雷達，如美國的“愛國者”雷達，其天線的平均故障間隔時間高達15萬小時，即使有10%單元損壞也不會影響雷達的正常工作。
套用
相控陣雷達是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達。它不但具有傳統雷達的功能，而且具有其它射頻功能。一般的雷達波束掃描是靠雷達天線的轉動實現的，被稱為機械掃描。而相控陣雷達是用電的方式控制雷達波束的指向變動來進行掃描發現目標的。這種方式被稱為電掃描。它的“絕招”是使用“移相器”來實現電磁瓣轉動。![俄羅斯的"頓河”有源雷達](/img/b/3bf/nBnauY2YxMmZ4ATOzAzNmBDZ3YTY3YGNlJmM3MWZ5EmZkFTMjJzN1MDZzY2LtVGdp9yYpB3LltWahJ2Lt92YuUHZpFmYuMmczdWbp9yL6MHc0RHa.jpg "俄羅斯的"頓河”有源雷達")
俄羅斯的"頓河”有源雷達
俄羅斯的"頓河”有源雷達在相控陣雷達直徑為幾十米的圓形天線陣上，排列著上萬個能發射和接收電磁波的天線單元，每個天線單元配有一個“移相器”，每個“移相器”都由電子計算機控制。當雷達工作時，電子計算機就通過控制這些“移相器”，來改變每個輻射器向空中發射電磁波的“相位”，從而使雷達波能像轉動的天線一樣，完成對空搜尋使命。
相控陣雷達使用1個不動的天線陣面，就可以對120度扇面內的目標進行探測，使用3個天線陣面，就能實現360度無間斷的目標探測和跟蹤。“鋪路爪”就有3個固定不動的大型天線面陣，可以對360度範圍內的目標進行探測，探測距離達5000公里。
蘇35的雪豹E型機載雷達
蘇35的雪豹E型機載雷達當相控陣雷達警戒、搜尋遠距離目標時，雖然看不到天線轉動，但上萬個輻射器通過電子計算機控制集中向一個方向發射、偏轉，即使是上萬公里外來襲的洲際飛彈和幾萬公里遠的衛星，也逃不過它的“眼睛”。如果是對付較近的目標，這些輻射器又可以分工負責，有的搜尋、有的跟蹤、有的引導，同時工作。每個“移相器”可根據自己擔負的任務，使電磁瓣在不同的方向上偏轉，相當於無數個天線在轉動，其速度之快非一般天線所能相比。正是由於這種雷達天線摒棄了一般雷達天線的工作原理，利用“移相器”來實現電磁波瓣的轉動，人們給它起了個與眾不同的名字－－相控陣雷達，代表著“相位可以控制的天線陣”的含義。
歷史
相控陣技術，早在20世紀30年代後期就已經出現。1937年，美國首先開始這項研究工作。但一直到20世紀50年代中期才研製出2部實用型艦載相控陣雷達。
20世紀60年代，美國和前蘇聯相繼研製和裝備了多部相控陣雷達，多用於彈道飛彈防禦系統，如美國的AN/FPS-46、AN/FPS-85、MAR、MSR，前蘇聯的“雞籠”和“狗窩”等。這些都屬於固定式大型相控陣雷達，其共同點：採用固定式平面陣天線，天線體積大、輻射功率高、作用距離遠。其中美國的AN/FPS-85和前蘇聯的“狗窩”最為典型。
諾斯羅普公司為F-16開發新型AESA雷達
諾斯羅普公司為F-16開發新型AESA雷達20世紀70年代，相控陣雷達得到了迅速發展，除美蘇兩國外，又有很多國家研製和裝備了相控陣雷達，如英、法、日、意、德、瑞典等。其中最為典型的有：美國的AN/TPN-25 、AN/TPQ-37和GE-592、英國的AR-3D、法國的AN/TPN-25、日本的NPM-510和J/NPQ-P7、義大利的RAT-31S、德國的KR-75等。這一時期的相控陣雷達具有機動性高、天線小型化、天線掃描體制多樣化、套用範圍廣等特點。
20世紀80年代，相控陣雷達由於具有很多獨特的優點，得到了更進一步的套用。在已裝備和正在研製的新一代中、遠程防空飛彈武器系統中多採用多功能相控陣雷達，它已成為第三代中、遠程防空飛彈武器系統的一個重要標誌。從而，大大提高了防空飛彈武器系統的作戰性能。在21世紀，相控陣雷達隨著科技的不斷發展和現代戰爭兵器的特點，其製造和研究更上一層樓。
發展
裝備有源相控陣雷達的歐洲戰鬥機首飛
雷達體制從無源到有源
作為有源相控陣雷達的前身，無源相控陣雷達的發射機與天線分離配置，射頻能量從發射機通過複雜昂貴的波導管饋送至天線。但是，波導管穿過甲板、隔艙等艦體結構，自然會影響艦體的強度；而且這種配置的可靠性也較低，一旦發射機組或波導管出現故障或戰損，就會導致整個雷達系統的失效。同時，無源相控陣雷達由行波管之類的發射機來提供功率，要增大雷達發射功率不那樣容易。人們認識到了無源相控陣雷達的上述缺點，設法尋找新的雷達模式。
微波積體電路的快速發展帶來了機遇－－人們可以在砷化鎵晶片上做出幾厘米大小、能發射/接收電磁波的小單元，用來取代龐大的行波管和天線。將一個個這種小單元排成陣列，就成為發射機與天線合一的有源相控陣雷達。與無源相控陣雷達不同，有源相控陣雷達拋棄了集中式發射機，而是每一個天線單元都配備一個獨立的雷達發射機，只要增加天線的發射/接收單元數，就可以增加發射功率。
有源相控陣雷達不使用穿過艦體的波導管，降低了系統的複雜性和體積，也相應減少了饋電系統造成的能量損耗；每個天線單元均具備獨立發射與接收電磁波的功能，少數天線單元的故障或受損不會導致整個系統的失效，故可靠性與抗損能力有了大幅度的提升；高峰值功率是通過諸多天線單元合成的方式來實現的，因此降低了對微波元件的峰值功率要求，有助於降低成本。同時，有源相控陣雷達在雷達波束的分配、管理與運用上也更加靈活，有利於提高雷達系統的反應速度與效率。
俄超大型相控陣雷達系統
全面提升電子對抗能力
在電子對抗日趨激烈的未來海戰場環境中，為了有效地發揮雷達的信息作戰優勢，
強大的抗干擾、電子壓制能力不可或缺。面對海軍作戰區域由遠洋向近岸水域轉變的趨勢，水面艦艇所面臨的威脅與實戰環境也變得更加複雜。對艦載相控陣雷達來說，淺灘、急流、礁石、島嶼、海岸線陸地、叢林等複雜地形所造成的雜波和多重反射，對海空目標的偵測造成了很大幹擾，急需提高雷達的抗干擾能力。而有效對抗反輻射飛彈的威脅，也成為確保艦載相控陣雷達生存和有效運用的必要前提。
中國公開新型相控陣雷達
中國公開新型相控陣雷達採用雷達低截獲機率技術
艦艇要改善隱身性能，除了降低雷達反射截面之外，還需要嚴格控制艦載設備發射的各種電磁波，以避免敵方探測到艦艇位置。而艦載相控陣雷
| 國家 | 類別 | 型號 | 裝備機型 | 狀態 |
|---|---|---|---|---|
美國 | PESA | APY-3 | 退役 | |
APQ-164 | 服役 | |||
APQ-181 (PESA升級至AESA) | 服役 | |||
AESA | ||||
APG-63V2/V3 | 服役 | |||
APG-77 | 服役 | |||
APG-79 | 服役 | |||
APG-80 | 服役 | |||
APG-81 | 服役 | |||
APG-82 | 服役 | |||
APG-83 | 服役 | |||
APS-149 | P-3 | 服役 | ||
APY-7 | E-8 | 服役 | ||
APY-9 | E-2D | 服役 | ||
APY-10 | P-8 | 服役 | ||
“瞭望者” | 波音737AEW | 服役 | ||
MFAS | RQ-4 | 服役 | ||
日本 | AESA | JPG-1 | 服役 | |
JPG-2 | 未服役 | |||
？ | P-1 | 服役 | ||
HPS-104 | SH-60 | 服役 | ||
"多功能射頻系統"（RF） | ATD-X"心神” | 研發 | ||
俄羅斯 | PESA | N001VEP+Pero“熊貓” | 驗證 | |
N007/A/AM“閃舞” | 服役 | |||
N010F“甲蟲F” | 驗證 | |||
N010MF/MFE"甲蟲MF/MFE" | 無服役 | |||
N010MFS/MFSE"甲蟲MFS/MFSE" | 無服役 | |||
N011M | 蘇-30MKI/MKM/MKA/SM | 服役 | ||
N035"雪豹-E“ | 服役 | |||
V-004 | 服役 | |||
“檢閱-K" | 服役 | |||
AESA | N010A/AE”甲蟲A/AE“ | 服役 | ||
N036"松鼠“ N036B-1-01 N036L-1-01 | 未服役 | |||
？ | A-100 | 研發 | ||
V-004AM | 研發 | |||
中國 | AESA | 1475型 | 研發 | |
？（存疑） | 殲-11D 殲-16 | 研發 | ||
？（存疑） | 服役 | |||
？ | 服役 | |||
？ | 空警-200 運-8AEW | 服役 | ||
法國 | PESA | RBE-2 | 服役 | |
AESA | RBE-2AA | 服役 | ||
以色列 | PESA | EL/M-2026 | 未知 | 無服役 |
AESA | EL/M-2052 | 未服役 | ||
EL/M-2075 | 波音-707 波音-767等 | 服役 | ||
EL/W-2080 | G-550 | 服役 | ||
EL/W-2090 | A-50 | 服役 | ||
義大利 | AESA | ES-05 | 未服役 | |
VIXEN1000E | 未知 | 未服役 | ||
VIXEN500E | 未知 | 未服役 | ||
PICOSAR | 未知 | 未服役 | ||
海狼7000E | 山貓 | 未服役 | ||
海狼7500E | MQ-9 | 服役 | ||
印度 | AESA | HMR | 無服役 | |
？ | AMCA | 研發 | ||
瑞典 | AESA | PS-05MK5 | 未服役 | |
"愛立眼” | EMB-145 | 服役 | ||
國際合作 | AESA | AMSAR | 驗證 | |
Captor-E | 研發 | |||
加拿大 | AESA | APS-504V6 | 未知 | 研發 |
達必須時常開機，會發射大量電磁波，對艦艇隱身十分不利。因此要採取降低峰值功率、編碼擴展頻譜、削減波束旁瓣等“雷達低截獲機率技術”，使敵方難以捕捉到相控陣雷達發射的信號，或由於信號太微弱而無法判定雷達載艦的準確位置。這種技術還有助於提高艦載相控陣雷達對抗反輻射飛彈的生存能力。
增強彈道飛彈偵測能力
海基飛彈防禦系統比陸基系統有更高的靈活性和遠程機動部署能力，因此，偵測彈道飛彈並引導防空飛彈實施攔截，已成為艦載相控陣雷達的重要使命。美國改進AN/SPY-1系列相控陣雷達，以滿足海基反導的需求；英國的“桑普森”相控陣雷達具備了相當的偵測彈道飛彈的潛力，已獲得美國彈道飛彈防禦局的資助；荷蘭的“阿帕”雷達也具備一定的探測彈道飛彈能力，有可能成為歐盟發展海基戰區飛彈防禦的基礎。
除此而外，艦載相控陣雷達還力求與艦載指控系統、數據鏈、編隊網路整合併高速交換數據，爭取能通過雷達反射特性快速辨識目標艦（機）。長遠目標是整合各種艦載雷達的功能，以期用1部多功能相控陣雷達滿足從遠程飛彈攔截到近距防禦的多種需求，如遠距離探測、跟蹤、目標鎖定以及各類艦載武器的導引、作戰指揮，從根本上簡化艦艇的雷達配置。
