什么是相控阵雷达？
雷达及其分类
雷达(无线电探测和测距)是指无线电搜索和测距。它是一种使用各种无线电定位方法来探测和识别各种目标并确定目标坐标和其他信息的设备。在现代军事和生产中，雷达的作用越来越重要，尤其是二战中英国空军与纳粹德国空军的“不列颠”空战，使得雷达的重要性非常明显。雷达由天线系统、发射机、接收机、抗干扰设备、显示器、信号处理器、电源等组成。其中，天线是雷达实现大空域、多功能、多目标的关键技术之一；信号处理器是多功能雷达的核心部件。雷达有很多种，可以有很多种分类方式:(1)按照定位方式，可以分为有源雷达、半有源雷达和无源雷达。(2)按安装位置可分为:地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。(3)根据辐射类型，可分为脉冲雷达和连续波雷达。(4)按工作可分为长波波段:米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其他波段。(5)可分为:目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行支援雷达、气象雷达、导航雷达等。相控阵雷达是一种采用有源电扫描阵列的新型多功能雷达。它不仅具有传统雷达的功能，还具有其他射频功能。有源电扫描阵列最重要的特点是可以直接向空中辐射和接收射频能量。与机械扫描天线系统相比，它有许多显著的优点。例如，相控阵省略了整个天线驱动系统，当单个部件出现故障时，仍保持高可靠性，平均无故障时间为65438+百万小时，而机械扫描雷达天线的平均无故障时间小于1000小时。下面主要介绍先进的相控阵雷达。
相控阵雷达概况
相控阵技术早在20世纪30年代末就出现了。1937年，美国首先开始了这项研究工作。但直到20世纪50年代中期，才研制出两种实用的舰载相控阵雷达。20世纪60年代，美国和前苏联先后研制装备了几种相控阵雷达，多用于弹道导弹防御系统，如美国的AN/FPS-46、AN/FPS-85、MAR和MSR，前苏联的“鸡舍”和“狗窝”。这些都是固定式大型相控阵雷达，它们的相似之处是:采用固定式平面阵列天线，尺寸大，辐射功率高，作用距离远。其中以美国的AN/FPS-85和前苏联的“狗窝”最为典型。20世纪70年代，相控阵雷达迅速发展。除了美国和苏联，还有许多国家研制并装备了相控阵雷达，如英国、法国、日本、意大利、德国和瑞典。最典型的有: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，意大利和德国的RAT-31s。这一时期的相控阵雷达具有机动性高、天线小型化、天线扫描系统多样化、应用范围广等特点。80年代，相控阵雷达因其许多独特的优点而得到进一步应用。多功能相控阵雷达广泛应用于已经装备和正在研制的新一代中远程防空导弹武器系统，成为第三代中远程防空导弹武器系统的重要标志。从而大大提高了防空导弹武器系统的作战性能。21世纪，随着科学技术的不断发展和现代战争武器的特点，相控阵雷达的制造和研究将更上一层楼。
相控阵原理
相控阵是由排列成阵列的许多辐射单元组成的定向天线，单元间的辐射能量和相位闭合可以控制。典型的相控阵是用计算机控制移相器改变天线口径上的相位分布来实现空间的波束扫描，即电子扫描，简称电扫描。相位控制可采用相位法、实时法、频率法和电子馈电开关法。在一个维度上排列几个辐射单元是线性阵列，在两个维度上排列几个辐射单元是平面阵列。辐射元件也可以布置在曲线或曲面上。这种天线叫做* * *阵列天线。* * *阵列天线可以克服线阵和面阵扫描角度小的缺点，可以用一根天线实现全空域电扫描。常见的* * *形阵列天线有圆形阵列、圆形阵列、圆锥形阵列、圆柱形阵列、半球形阵列等。综上所述，相控阵雷达因其天线为相控阵而得名。
分类
相控阵雷达大致可以分为两类，即全电子扫描相控阵和有限电子扫描相控阵。全电扫描相控阵也可以叫固定相控阵，即方位和仰角都采用电扫描，天线阵是固定的。有限电扫描相控阵是一种混合设计的天线，即结合两种以上的天线技术来获得所需的效果。它首先将相位扫描技术和反射面天线技术结合起来，电扫描角度小，只需要很少的辐射单元，因此可以大大降低设备成本和复杂度。
根据扫描情况，天线阵列可分为相位扫描、频率扫描、相位/相位扫描、相位/频率扫描、机/相扫描、机/频扫描、有限扫描等系统。相位扫描系列利用移相器改变相位关系实现束流电扫描。频率扫描是通过改变工作频率来实现波束扫描。相位/相位扫描是利用移相器控制平面阵列的两个角坐标来实现波束电扫描。相频扫描利用移相器控制面阵的一个坐标，利用变频控制实现波束电扫描。机器/相位扫描在方位角上使用机器扫描，在仰角上使用相位扫描。机/频扫描采用方位机扫和俯仰频扫。
相控阵雷达的特点
相控阵雷达具有强大的生命力，因为它优于一般的机械扫描雷达。它具有以下特点:
(1)可以对付多个目标。相控阵雷达利用电子扫描的灵活性和快速性，利用时分或多波束原理，可以同时搜索和跟踪。与计算机配合，可同时搜索、探测和跟踪不同方向、不同高度的多个目标，可引导多枚导弹同时攻击多个空中目标。因此适用于多目标、多方向、多层次空袭的作战环境。
(2)多功能灵活。相控阵雷达可以同时形成多个独立控制的波束，用于执行搜索、探测、识别、跟踪、照射目标、跟踪和制导导弹等多种功能。一部相控阵雷达可以扮演几部特种雷达的角色。比如爱国者的一部多功能相控阵雷达，就可以完成相当于鹰式和Nike-2的9部雷达的功能，而且远远多于它们同时可以对付的目标。因此，可以大大减少武器系统的装备，从而提高系统的机动性。
(3)反应时间短，数据率高。相控阵雷达不需要天线驱动系统，波束指向灵活，可以实现无惯性快速扫描，从而缩短目标信号探测、记录和信息传输所需的时间，数据率高。相控阵天线通常采用数字化工作方式，将雷达和数字计算机结合起来，可以大大提高自动化程度，简化雷达操作，缩短目标搜索、跟踪和发射控制的准备时间，便于快速准确地实施捕获程序和数据处理。因此可以提高对空中高速机动目标的跟踪能力。
(4)抗干扰能力强。相控阵雷达利用分布在天线口径上的多个辐射单元，可以合成很高的功率，并且可以合理管理能量和控制主瓣增益，可以根据需要在不同方向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雷达反射面小的目标(如隐身飞机)，也可以提高反辐射导弹的能力。
(5)可靠性高。相控阵雷达有很多阵列组，并行使用。即使少数部件出现故障，仍能正常工作，突然全面故障的可能性最小。另外，随着固态器件的发展，栅格阵列雷达的固态器件越来越多，甚至已经产生了全固态的儿童阵列雷达，比如美国。爱国者雷达天线平均无故障时间高达150000小时，即使10%单元损坏，也不会影响雷达的正常工作。
当然，相控阵雷达并不完美，也有其缺点。主要原因是贵。典型的相控阵雷达的成本要比一般的雷达高出好几倍。另外，相控阵雷达对近程弹道导弹的攻击可以说是无能为力，这也是美国和台湾省担心大陆在福建沿海部署东风导弹的原因。1991海湾战争期间，伊拉克用飞毛腿导弹攻击以色列时，其爱国者导弹根本无法有效打击。