兩種相控陣雷達到底啥區別？淺談有源陣和無源陣

淺談有源陣和無源陣

關心軍事的朋友經常能在相關新聞、論壇帖子里看到諸如某型戰機裝備的新型有源相控陣雷達，某型軍艦的無源相控陣雷達多麼先進云云。相控陣雷達，雖然最早在上個世紀中旬就提出來，但是現在才逐步完善，成為許許多多的明星戰機戰艦的「鷹眼」，因而也被廣大軍迷津津樂道。

所謂相控陣雷達，是指採用了相控陣體制的雷達。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動，就能實現波束掃描。傳統的雷達，要想使雷達波束掃描起來，得給天線加一個伺服器，用機械的方式讓天線轉動起來。相比這種固定波束的雷達，相控陣雷達掃描周期更短，能實現波束捷變，能從容應對多目標，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。很多朋友談論的「有源（AESA）」、「無源（PESA）」相控陣，又是怎麼一回事呢？這裡筆者簡單做做介紹並簡要對比下性能。

相控陣雷達最早採用的是無源相控陣（PESA）體制。簡單來講，就是說每一個陣列天線，後面接一個移相器後，都接至一個發射機/接收機或者幾個發射機/接收機。就是發射機/接收機共用的意思，如圖1-1所示。比如典型的無源相控陣雷達如：蘇35s使用的雪豹E，宙斯盾系統里的SPY1。

圖1-1 無源相控陣雷達框圖

相對而言的有源相控陣（AESA），是一種更為先進與複雜的體制。與無源陣的主要區別是，天線陣列不再共用一個或少數幾個發射機，而是每一個陣元後面，都有功率放大器件（T/R組件）。簡單來說相當於每一個陣元都有單獨的發射機與之對應。這裡的「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有F22的機載APG77，052C導彈驅逐艦的艦載346型雷達。

圖1-2 有源相控陣框圖

有源陣多採用固態功率放大器件，無源陣則多採用電真空器件的發射機。固態器件相比電真空器件，重量輕，體積小，可靠性和可維護性高，但是電真空器件目前在較高頻率上，能實現更大的功率。除此之外，在性能上還有以下區別：

1、有源陣易於獲得較大的平均功率。這得益於AESA中每個天線單元都有自己的功率源，可以實現功率合成。

2、有源陣效率較高。因為多採用固態器件，消除了饋線系統的損耗，大大提高了發射機功率的有效性。一個典型的大功率發射機饋電系統的損耗大約為5dB，既只有三分之一的功率輻射到空間。而採用了固態AESA後，發射機效率大大提高。

3、有源陣可靠性更高。因為雷達系統中，大功率器件容易損毀，是個薄弱環節。現在通過功率合成技術，可將大功率發射機分割成上千個較小功率的固態器件，故障率大大降低。

4、有源陣移相更方便。由於AESA的相移在發射機上的低電平進行，而且饋線和移相器的損耗對性能沒有影響。可以使用成本更低且更精確的低功率移相器。

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。未來AESA還可能採用光纖饋電等方式，優勢將更為明顯。

6、有源陣更容易實現實現數字波束賦形。容易實現真正的多目標跟蹤和自適應處理陣列，抗干擾性能更強。

有源陣相比無源陣，優勢非常突出，所以也成為了主流發展趨勢。各軍事強國也紛紛積極研發自己的機載、艦載、陸基有源相控陣雷達。

實際上，有源陣與無源陣相比，結構更複雜，更加昂貴，對技術的難度要求也更高。比如有源陣每個天線後面都有的T/R組件，多採用GaAs微波集成電路的形式生產製造，對材料和工藝的要求較高。整體而言，有源陣的性能高於無源陣。但這並不意味著無源陣性能一定更差。任何武器裝備的設計，都是工程項目，都應當綜合考慮到各方面進而折衷處理問題，是選擇有源陣還是無源陣，還得看具體情況。

這裡順帶提及一個認知誤區，很多網友在區分相控陣雷達和機械掃描雷達時，愛說「ESA相比PD雷達性能如何」。這裡ESA指電子掃描雷達，但是PD雷達指的是脈衝多普勒雷達（Pulse Dopler），而非機械掃描雷達（MSA）。況且，脈衝多普勒雷達和相控陣雷達並非是一個矛盾體，正相反，它倆往往是一個共同體。脈衝多普勒雷達是指在信號形式上採用脈衝多普勒技術的雷達，相控陣雷達是在天線體制上定義的雷達。兩者定義的範圍不重合，不純在誰比誰好的說法。現代雷達系統往往採取多體制結合，比如既採用脈衝多普勒體制，又採用相控陣體制，還可以同時採用脈衝壓縮、合成孔徑等體制。