有源相控陣雷達淺談

摘要：相控陣雷達的原理，組成，關鍵技術及特點。

關鍵詞：有源相控陣；優點；發展趨勢

引言：

有源相控陣技術是近年來發展的雷達新技術。它將是提高雷達在惡劣電磁環境下對付快速，機動及隱身目標的一項關鍵技術。經過40余年的發展，該技術終于在各種雷達上取得了成功的應用。有源相控陣技術可以極大的擴展雷達的功能和提高雷達的性能，提高和豐富作戰的能力和作戰模式。

一、有源相控陣雷達的原理及關鍵技術

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。在相控陣雷達天線陣上，排列著上成千上萬個能發射電磁波的輻射器，每個輻射器配有一個"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"，從而使電磁瓣能像轉動的天線一樣，一個相位一個相位地偏轉，從而完成對空搜索使命。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，則波束在空間可能的方位就越多。當搜索遠距離目標時，成千山萬個T/R模塊通過計算機控制集中向一個方向發射電磁波，使天線的輻射總功率大大提高，從而可以探測更遠距離的目標。如果對付近距離目標，這些T/R模塊可以產生多個波束根據擔負的任務不同有搜索、確認、跟蹤、識別真假目標。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。相位控制可采用相位法、實時法、頻率法和電子饋電開關法。

同時天線陣列還可進行機械轉動，這樣不但克服了平面相控陣雷達天線觀察空域有限的缺點，而且大幅提高了雷達數據率，改善了對目標的跟蹤性能。當今國內外研制的艦載雷達、機載雷達、彈道導彈防御雷達以及星載雷達均采用有源相控陣雷達天線。隨著計算機技術、數模混合集成電路技術及微波移相技術的快速發展，有源相控陣技術具有多目標、遠距離、高可靠性和高適應性等優勢，正由雷達向通信電子、定位導航等多領域發展。

二、無源相控陣和有源相控陣雷達的區別：

有源相控陣雷達的天線采用的是一種稱為T/R模組的接收與發射裝置，每一塊T/R模組都能產生電磁波而無源相控陣雷達則是使用統一的發射機和接收機，外加具有相位控制能力的相控陣天線組成，天線本身不能產生雷達波，這是結構上的區別。有源相控陣雷達天線陣面的每個天線單元中均含有源電路，發射/接收組件（T/R 組件）是有源相控陣雷達的關鍵部件。收發合一的 T/R 組件包括發射支路、接收支路及射頻轉換開關及移相器。每個 T/R 組件既有發射高功率放大器（HPA）、濾波器，限幅器，又有低噪聲放大器（LNA）、衰減器及移相器、波束控制電路等。有源相控陣雷達的收發裝置只有T/R模組，所以重量較輕，故障率較低，即使幾個T/R模組損壞了，也不會影響到整臺機器的使用，而無源相控陣雷達就不具有這種優勢，只要發射機和接收機任意一個發生故障，雷達將無法正常工作。通常這類無源相控陣雷達的發射機均采用磁控管、調速管、行波管和向前波管等，這是性能上的差別。實際上，一個T/R組件就是一部雷達的發射/接收的小雷達。有的T/R組件還包括本振信號輸入和中頻、視頻輸出。

三、有源相控陣雷達的工作過程

有源相控陣雷達的核心是T/R組件，該組件由功率放大器、驅動放大器、移相器、限幅器、低噪聲放大器組成。T/R組件的工作原理是：在發射周期，激勵信號被送入T/R組件的發射通道，經T/R開關和移相器到驅動放大器和功率放大器，信號放大后經輸出開關反饋到天線，輻射到天空中去；在接收期間，從陣列天線接收到的微弱信號通過限幅器，送往高頻高增益低噪聲接收機進行放大以及與本真信號進行下變頻處理、檢波等處理變為零中頻信號。然后經A/D變換成數字信號，最后將數字信號送到波束形成器，在波束控制下產生滿足要求的接收波束。數字波束（DBF）形成實質上是數字式空間濾波處理，最后通過信處運算板和時控機解算，將目標信息送往顯示終端。

顯然，發射機的任務是雷達射頻信號的功率放大，而接收機完成接收信號的放大，提高雷達接收機前端靈敏度。移相器的作用是陣列天線實現電掃面。限幅器對低噪聲放大器起保護作用，同時又對功率放大器提供良好的匹配終端。波控激勵器受控于雷達計算機，可以實現按預先制定的工作方式進行波束指向和波束形狀的相位控制。功率放大器和低噪聲放大器分別擔負發射和接收通道的射頻信號放大，它們將直接決定T/R組件的性能。對功率放大器的要求是頻帶寬、增益與效率高、信號質量好、穩定可靠、散熱好。對低噪聲放大器的要求是頻帶寬、噪聲系數小、增益高且平坦、動態范圍大。

四、有源相控陣雷達的優點

（1）波束指向靈活，能實現無慣性快速掃描，數據率高；

（2）一個雷達可同時形成多個獨立波束，分別實現搜索、識別、

（3）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。

結語：

隨著有源相控陣雷達的不斷發展，大量采用單片集成電路器件，雷達陣面的T/R組件成百上千的增加，使雷達的陣面更大，作用距離更遠。通過控制計算機更好的控制T/R組件，同時可實現對幾百個目標的跟蹤。改善了陣面結構設計，降低了雷達的成本，有利于提高雷達的可靠性，并有效的提高了雷達系統的響應速度。未來戰爭進攻手段的特點是快速，精準及隱蔽；為充分而有效地發揮雷達原有的性能，必須增強抗干擾的能力。同時應配備強大的電磁干擾，從而使敵方的各種探測手段失效，無法實施有效的防御。

參考文獻：

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[2]向敬成，張明友 雷達系統（第一版）北京：北京電子工業出版社，2001

[3]左群聲 徐國良 嘛林 雷達系統導論（第三版）電子工業出版社

作者簡介：張建強（1986.09.29）男，民族：漢，學歷：大專，職稱：高級工，研究方向：無線電。