大型有源相控阵雷达
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发布时间：2024-10-08 17:33
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时间：2024-11-20 22:35
在二战期间，雷达的需求推动了其技术的快速发展，并逐渐成熟。相控阵雷达作为多功能雷达系统，其天线阵列由多个天线单元组成，采用有源相控阵雷达天线的雷达称为有源相控阵雷达（APAR）。与无源相控阵雷达相比，有源相控阵雷达具有显著优势，因此成为现代相控阵雷达研究的重要方向，并被应用于多种战略和战术雷达系统中，如制导和战场炮位侦查等。随着计算机技术、数模混合集成电路技术以及微波移相技术的快速发展，有源相控阵技术展现出多目标、远距离、高可靠性和高适应性等优点，并开始应用于通信电子、定位导航等多个领域。
有源相控阵雷达的每个天线单元中都包含有源电路，发射/接收组件（T/R组件）是有源相控阵雷达的关键部件，其性能优劣很大程度上取决于T/R组件。收发合一的T/R组件包括发射支路、接收支路、射频转换开关和移相器。每个T/R组件包含发射高功率放大器（HPA）、滤波器、限幅器，以及低噪声放大器（LNA）、衰减器、移相器和波束控制电路等。因此，有源相控阵雷达设备量和成本相对较高。尽管如此，有源相控阵雷达是最早研制成功并投入应用的相控阵雷达，例如20世纪60年代末美国研制的大型相控阵雷达AN/FPS-85。该雷达作用距离数千公里，天线尺寸26.9×26.9平方米，发射产生1.4°×1.4°针状波束，接收产生0.8°×0.8°笔状波束，用于空间目标监视、跟踪和识别，也可用于导弹预警、测轨和卫星编目。采用收发阵面分离的二维相位扫描相控阵平面天线，其发射天线阵中含有五千多个天线单元，发射机采用四极管等电真空器件，每个发射机峰值功率高达6kW，平均功率约80W。通过有源相控阵天线模式，利用空间功率合成方式，实现发射机总输出峰值功率32MW、平均功率400kW的要求。
有源相控阵雷达大多采用三坐标雷达，即方位（水平方向）机械扫描、仰角（垂直方向）电扫描的一维相位扫描雷达，以此获取目标的距离、方向和高度信息。为了提高雷达性能，二维相位扫描的三坐标雷达采用了固态有源相控阵雷达天线。这类雷达在水平和垂直方向上均进行相位扫描，同时天线阵列还可进行机械转动，这样不仅克服了平面相控阵雷达天线观察空域有限（如限制在±60°范围内）的缺点，而且大幅提高了雷达数据率，改善了对多目标的跟踪性能。目前国内外研制的舰载雷达、机载雷达、弹道导弹防御雷达以及星载雷达均采用有源相控阵雷达天线。
有源相控阵雷达的原理及应用如 图1 和 图2 所示。 图1 展示了按行、列方式馈电的有源平面相控阵天线原理图，它是将平面相控阵天线分为多个列馈的典型例子。 图2 列出了一种有源子天线阵组合馈电接收系统框图。
有源相控阵雷达具有以下特点：
（1）由于天线阵元后面直接连接功率源，故雷达的性能不受馈源和移相器损耗的影响：T/R组件中的LNA由接收机的噪声系数所决定。
（2）降低馈线系统承受高功率的要求。降低相控阵天线中馈线网络即信号功率相加网络接收时的损耗。
（3）每个阵元通道上均有一个T/R组件，重复性、可靠性、一致性好，即使有少量的T/R组件损坏，也不会明显影响性能指标，而且很能方便地实现在线维修。
（4）易于实现共形相控阵天线。
（5）有利于采用MMIC和HMIC，可提高天线的宽带性能，实现频谱共享的多功能天线阵列，为综合化、标准化电子信息系统（包括雷达、通信和ESM等）的实现提供条件。
（6）有利于与微电子、光电子、光纤通信技术结合，实现高密度集成的光控相控阵天线及天线系统。
尽管有源相控阵天线优势众多，但在相控阵雷达使用中是否被采纳，要结合实际需求，首先要着重分析雷达任务，其次应分析采用有源相控阵天线的代价，考虑技术风险、雷达设计周期及生产成本的影响，这样才能做到最佳匹配。
