搜索兩種相控陣?yán)走_(dá)到底啥區(qū)別？淺談有源陣和無源陣
2017-06-18 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
關(guān)心軍事的朋友經(jīng)常能在相關(guān)新聞、論壇帖子里看到諸如某型戰(zhàn)機(jī)裝備的新型有源相控陣?yán)走_(dá),某型軍艦的無源相控陣?yán)走_(dá)多么先進(jìn)云云。相控陣?yán)走_(dá),雖然最早在上個世紀(jì)中旬就提出來,但是現(xiàn)在才逐步完善,成為許許多多的明星戰(zhàn)機(jī)戰(zhàn)艦的“鷹眼”,因而也被廣大軍迷津津樂道。
所謂相控陣?yán)走_(dá),是指采用了相控陣體制的雷達(dá)。通過改變陣列天線中每一個天線的饋電相位,從而使天線陣列無需轉(zhuǎn)動,就能實現(xiàn)波束掃描。傳統(tǒng)的雷達(dá),要想使雷達(dá)波束掃描起來,得給天線加一個伺服器,用機(jī)械的方式讓天線轉(zhuǎn)動起來。相比這種固定波束的雷達(dá),相控陣?yán)走_(dá)掃描周期更短,能實現(xiàn)波束捷變,能從容應(yīng)對多目標(biāo),可靠性也更高。這種天線不動,波束掃描的方式稱為電子掃描。值得一提的是,實現(xiàn)電掃描的方式除了控制相位,還有頻率掃描、時間延遲法。很多朋友談?wù)摰摹坝性?AESA)”、“無源(PESA)”相控陣,又是怎么一回事呢?這里筆者簡單做做介紹并簡要對比下性能。
相控陣?yán)走_(dá)最早采用的是無源相控陣(PESA)體制。簡單來講,就是說每一個陣列天線,后面接一個移相器后,都接至一個發(fā)射機(jī)/接收機(jī)或者幾個發(fā)射機(jī)/接收機(jī)。就是發(fā)射機(jī)/接收機(jī)共用的意思,如圖1-1所示。比如典型的無源相控陣?yán)走_(dá)如:蘇35s使用的雪豹E,宙斯盾系統(tǒng)里的SPY1。
圖1-1 無源相控陣?yán)走_(dá)框圖
相對而言的有源相控陣(AESA),是一種更為先進(jìn)與復(fù)雜的體制。與無源陣的主要區(qū)別是,天線陣列不再共用一個或少數(shù)幾個發(fā)射機(jī),而是每一個陣元后面,都有功率放大器件(T/R組件)。簡單來說相當(dāng)于每一個陣元都有單獨(dú)的發(fā)射機(jī)與之對應(yīng)。這里的“有源”也即指功率放大器件,如圖1-2所示。典型的有源相控陣系統(tǒng)有F22的機(jī)載APG77,052C導(dǎo)彈驅(qū)逐艦的艦載346型雷達(dá)。
圖1-2 有源相控陣框圖
有源陣多采用固態(tài)功率放大器件,無源陣則多采用電真空器件的發(fā)射機(jī)。固態(tài)器件相比電真空器件,重量輕,體積小,可靠性和可維護(hù)性高,但是電真空器件目前在較高頻率上,能實現(xiàn)更大的功率。除此之外,在性能上還有以下區(qū)別:
1、有源陣易于獲得較大的平均功率。這得益于AESA中每個天線單元都有自己的功率源,可以實現(xiàn)功率合成。
2、有源陣效率較高。因為多采用固態(tài)器件,消除了饋線系統(tǒng)的損耗,大大提高了發(fā)射機(jī)功率的有效性。一個典型的大功率發(fā)射機(jī)饋電系統(tǒng)的損耗大約為5dB,既只有三分之一的功率輻射到空間。而采用了固態(tài)AESA后,發(fā)射機(jī)效率大大提高。
3、有源陣可靠性更高。因為雷達(dá)系統(tǒng)中,大功率器件容易損毀,是個薄弱環(huán)節(jié)。現(xiàn)在通過功率合成技術(shù),可將大功率發(fā)射機(jī)分割成上千個較小功率的固態(tài)器件,故障率大大降低。
4、有源陣移相更方便。由于AESA的相移在發(fā)射機(jī)上的低電平進(jìn)行,而且饋線和移相器的損耗對性能沒有影響?？梢允褂贸杀靖颓腋_的低功率移相器。
5、有源陣的饋電能更輕更便宜。因為AESA的功率分配是在低電平進(jìn)行,所以饋線輸入端電壓往往只有幾十伏,功率也只有幾十瓦。在工程上,這很容易實現(xiàn)。未來AESA還可能采用光纖饋電等方式,優(yōu)勢將更為明顯。
6、有源陣更容易實現(xiàn)實現(xiàn)數(shù)字波束賦形。容易實現(xiàn)真正的多目標(biāo)跟蹤和自適應(yīng)處理陣列,抗干擾性能更強(qiáng)。
有源陣相比無源陣,優(yōu)勢非常突出,所以也成為了主流發(fā)展趨勢。各軍事強(qiáng)國也紛紛積極研發(fā)自己的機(jī)載、艦載、陸基有源相控陣?yán)走_(dá)。
實際上,有源陣與無源陣相比,結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,更加昂貴,對技術(shù)的難度要求也更高。比如有源陣每個天線后面都有的T/R組件,多采用GaAs微波集成電路的形式生產(chǎn)制造,對材料和工藝的要求較高。整體而言,有源陣的性能高于無源陣。但這并不意味著無源陣性能一定更差。任何武器裝備的設(shè)計,都是工程項目,都應(yīng)當(dāng)綜合考慮到各方面進(jìn)而折衷處理問題,是選擇有源陣還是無源陣,還得看具體情況。
這里順帶提及一個認(rèn)知誤區(qū),很多網(wǎng)友在區(qū)分相控陣?yán)走_(dá)和機(jī)械掃描雷達(dá)時,愛說“ESA相比PD雷達(dá)性能如何”。這里ESA指電子掃描雷達(dá),但是PD雷達(dá)指的是脈沖多普勒雷達(dá)(Pulse Dopler),而非機(jī)械掃描雷達(dá)(MSA)。況且,脈沖多普勒雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)并非是一個矛盾體,正相反,它倆往往是一個共同體。脈沖多普勒雷達(dá)是指在信號形式上采用脈沖多普勒技術(shù)的雷達(dá),相控陣?yán)走_(dá)是在天線體制上定義的雷達(dá)。兩者定義的范圍不重合,不純在誰比誰好的說法。現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)往往采取多體制結(jié)合,比如既采用脈沖多普勒體制,又采用相控陣體制,還可以同時采用脈沖壓縮、合成孔徑等體制。
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