什么是有源相控阵雷达?有什么用呢?

我参与设计过相控阵雷达,所以比较了解,但是如果只依靠专业的知识来解释,恐怕很多人还是很难听懂,所以我这就里就通过做一个通俗常见物品的比喻,来向大家解释一下相控阵雷达的工作原理,以及什么又是有源和无源相控阵雷达。

什么是相控阵雷达

普通雷达

有源相控阵技术是近年来发展起来的一种新型雷达技术。这将是提高雷达在不利的电磁条件下对抗快速,移动和隐蔽目标的效能的关键技术之一。经过40多年的发展,这项技术终于成功地应用于各种雷达。积极的光栅相位控制方法可以显着扩展雷达的功能并提高其生产率,增加并丰富战斗效率和战斗模式。

首先我们要知道什么是相控阵雷达

相控阵体制控制波束扫描的原理

有源相控阵雷达的最大缺点,就是一个字:贵。因为每个T/R只有几W的发射功率,需要使用很多T/R模块才能实现满足要求的功率。T/R所在的MMIC,都是一个复杂的电路板,上面除了射频器件外,还要有高精度的A/D,D/A器件,数字处理器或者FPGA,要能够处理非常复杂的波形数据。一个战斗机的有源相控阵雷达就要有上千个T/R组成,比如F-22的AN/APG-77,有1957个;而像052C、052D上面搭载的大型有源相控阵雷达达到了4X4m,单个阵面上的T/R超过4000个,价格真不是一般贵。当年我们的052C,光那个346雷达采购价格就超过了5亿元。如今055已经服役,使用的有源相控阵雷达恐怕要比这个更贵了。

相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元组成,单元数目和雷达的功能有关,可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上,构成阵列天线。利用电磁波相干原理,通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位,就可以改变波束的方向进行扫描,故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机,完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外,还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流,从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多,则波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线,\”相控阵\”由此得名。相位控制可采用相位法、实时法、频率法和电子馈电开关法。在一维上排列若干辐射单元即为线阵,在两维上排列若干辐射单元称为平面阵。辐射单元也可以排列在曲线上或曲面上.这种天线称为共形阵天线。共形阵天线可以克服线阵和平面阵扫描角小的缺点,能以一部天线实现全空域电扫。通常的共形阵天线有环形阵、圆面阵、圆锥面阵、圆柱面阵、半球面阵等。

现在大家都应该知道相控阵雷达原理了,它有许多的优势,比如多目标,角度广,探测距离远等。另外加上集成电路的发展,相控阵雷达相比原始的雷达,体积变小了,重量变轻了,能够按安装在小型的作战平台,比如说战斗时上面。

有源相控阵的优点

(2)功能多,机动性强。

有源相控阵雷达由于抗干扰性能好,就算是某些单元件损坏,依然能继续工作,而且其扫描范围大,目标多,还能分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能,被广泛应用于很多领域。

毫不夸张地说,现代相控阵雷达是军用雷达中的皇冠,也是代表着一个国家在设计和制造领域的尖端科技。它让所有的战机,战舰都不再是近视眼。

什么是有源相控阵雷达

二者的主要区别在于发射/接收元素的多少。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机,发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器,目标反射信号经接收机统一放大(这一点与普通雷达区别不大)。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此,也使得有源相控阵雷达的造价昂贵,工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能上有独特优点,大有取代无源相控阵雷达的趋势。

其次,很多时候抛物面天线在扫描一个飞行物时,搞不好转一圈下来,飞行物都飞走了,它还没转回来,这就让人尴尬了。

而相控阵雷达是用电的方式控制雷达波束的指向变化进行扫描的,这种方式被称为电扫描。相控阵雷达虽然不能像其他雷达那样依靠旋转天线来使雷达波束转动,但它自有自己的“绝招”,那就是使用“移相器”来实现雷达波束转动。相控阵雷达天线是由大量的辐射器(小天线)组成的阵列(正方形、三角形等),辐射器少则几百,多则数千,甚至上万,每个辐射器的后面都接有一个可控移相器,每个移相器都由电子计算机控制。当相控阵雷达搜索远距离目标时,虽然看不到天线转动,但上万个辐射器通过电子计算机控制集中向一个方向发射、偏转,即使是上万千米外的洲际导弹和几万千米远的卫星,也逃不过它的“眼睛”。如果是对付较近的目标,这些辐射器又可以分工负责,产生多个波束,有的搜索、有的跟踪、有的引导。正是由于这种雷达摒弃了一般雷达天线的工作原理,人们给它起了个与众不同的名字———相控阵雷达,表示“相位可以控制的天线阵”的含义。

这些“手电筒”或者探测单元,既可以同时照射一个方向、又可以分散照射;可以照射一个目标,也可以照射几十上百个目标了。

首先做个比喻,原始的雷达就是一个非常大的探照灯,只能照射到一个固定的方向,如果想要照射到其它方向,就必须通过转动来实现。比如想要实现360度的照射,这就需要探照灯不停的围绕中心旋转。如果想要探测上下目标,就需要上下旋转。所以非常麻烦,探测的角度有限,需要做机械运动。就是我们经常在电视上看到的那种雷达,天线不断的在旋转。

其实雷达的原理很简单:一部标准的雷达包含了这个几个部分——发射机、发射天线、接收机、接收天线,处理部分以及显示器。

一个氮化镓的T/R模块

无源相控阵和有源相控阵的链路损耗对比

多波束和可靠能力

为了解决这个问题,“倒置卡塞格伦”双面反射面天线,应运而生,这玩意长这样。

相控阵雷达就能很好地解决这个问题:他把无数个“手电筒”或者叫探测单元集成到一起,同时这些探测单元也是独立可以旋转的。这样就形成了一个阵列了。

有源相控阵间雷达相对于无源就是属于加强版与升级版了。

在未来,还可以应用于智能家居,智能医疗,智能安防等领域,这就要求雷达模块能更小,更轻便,更低廉等优点。

首先,我觉得这是一个非常好的问题,也是很多小白用户困惑之处,下面我将根据自己的经验认真回答这个问题。

高增益,插入损耗小

值得一提的是:继美苏后,我国成为世界上第三个掌握相控阵雷达技术的国家,而我国华睿1号自协芯片的研发,让我国国防电子工业告别被“卡脖子”,同时也使得我国的有源相控阵雷达在处理数据,运算能力上与其它国家缩短了差距,不久的将来,国产机全面配备有源相控阵雷达,指日可待。

有源相控阵雷达的作用

带宽范围更宽

美国国防科学委员会主席就曾说过,在21世纪,美国的战斗机雷达、预警与监视飞机的雷达,都应该使用有源相控阵雷达。而有源相控阵雷达在大角度扫描,超宽带,特别是结合5G在的应用,依然有很多难题需要解决,所以,还有很大的发展空间。

如果说雷达是人类技术发展的缩影,而有源相控阵雷达无疑是人类技术发展里闪烁最亮的一颗星之一。

有源相控阵雷达每个探测器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波。往往数十个组件组成一个阵面,每个阵面可独立搜索目标,这使得有源相控阵雷达在多目标搜索和可靠性上存在绝对优势。

二战期间,雷达就开始大量地应用起来了,基本上各个交战大国都有这个东东,主要还是为了防空袭用的。

这款雷达可为驱逐舰等7种美海军舰艇提供先进的综合防空反导,还可完成对来袭导弹的远程预警探测、跟踪识别、拦截引导与毁伤评估全流程作战,还能执行反舰、反潜、远程对陆攻击等多种作战任务。

当然了,你说把很多这种雷达放在一起使用,其实也行,不过目标就会很大、成本就会很高了。

为什么把探照灯比喻传统雷达呢?因为探照灯和手电发出的光,也是一种电磁波,所以把它们比喻成雷达,也是可以的。这个时候人与探照灯或者手电,就形成了一部完整的雷达系统,灯的光源就是雷达的信号源,发射的光源照射到物品发生反射,被眼睛接收,经过处理成像在我们的大脑中。这就和雷达的工作原理一样:发射雷达波、遇到物体反射、反射信号被接收机接收、处理器处理然后成像。

美国目前已经在舰艇上装备了一款AMDR有源相控阵雷达。

F-22的AESA雷达,有1957个T/R

一是,照射范围可能存在死角的问题,毕竟旋转起来不可能没有死角;

哥们我就是学的理工专业、哥们我就是搞技术的,所以这个问题我准备用最简单、最直白的话语跟大家解释一下。一定要保证大部分人一看就能基本上都懂。

一战时期的雷达

雷达出现的历史已经有100多年了,最早运用于军事方面是在一战的时候。当时英国人为了探测德军的飞行器,于是开始第一次把“雷达”运用到了军事领域。

不得不说,相控阵雷达系统是现代雷达领域的主流产品,世界上的大国、强国基本都用的这种雷达。

那么有源相控阵雷达又先进在哪里呢?有什么用处呢?

另外相控阵还有一个特点,那就是可靠性,因为相控阵每个雷达模块都独立工作,所以坏了几个几十个,基本不影响雷达整体的效果。而且现实的相控阵雷达有成千上万的小雷达模块组成的,坏一小部分没事。

有源与无源的区别

现代的相控阵雷达一般分为有源相控阵雷达和无源相控阵雷达。

往往发生战争的时候,就严重不实用了——机动性会很差,由于体积问题也不适合装上舰艇、装在战斗机上面了。

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(5)可靠性高。相控阵雷达的阵列组较多,且并联使用,即使有少量组件失效,仍能正常工作,突然完全失效的可能性最小。

目前世界上先进的战舰,战斗机都配备的有源相控阵雷达,像我国的歼-20、歼-16等等。

但是,这玩意也有缺陷,可能你也看出来了,搞不好就会“侧漏”。

在军用领域:

相控阵雷达简单的理解就是,通过电子设备,并设置相关算法,来确定移相器要移动的相位,配合阵列的元数,提高天线的增益。

首先,雷达要求探测的距离越远越好,一般来说,我们要想看得更远,往往会把眼睛眯起来,雷达也一样,需要收窄探测角度,来提高精准度,但是抛物面天线雷达与手电筒里的反光镜面的原理差不多,结构简单,成本也不高,这样的话,要想精度越高,天线的整体高度就要做高,整体面积也要做大,然而做高了,体积就越大,无论是战斗机还是战舰都需要预留更多的空间来安装和做扫描工作。

有源相控阵雷达是指天线表面的每一个阵列单元都完整包含信号产生、发射和接收的能力,既是将信号产生器、放大器等全部缩小到每一个阵列单元中,而天线不需要依靠信号发生器和波导管反馈信号。其中每个阵列单元均能单独作为信号源主动发射电磁波。有源相控阵雷达相比于机械扫描雷达而言,具有应对多目标的能力、功能多和机动性较强、反应时间短、抗干扰能力强、可靠性高等特点。

相控阵雷达结合了传统抛物面雷达和倒置卡塞格伦天线的优点。阵列单元数就相当于,扩大了接受和放大波长的面积,而前放的模块,其实和倒置卡塞格伦天线的栅格原理相同,后面才是用来接收和发射的模块。

二是,延迟性的问题,既然旋转探测,必然会出现旋转时间了,也就会出现了“漏网之鱼”或者叫暂时性的盲区了。

目前世界上,相控阵雷达技术最先进的国家,要属美国了。就比如它在军舰上首次使用了宙斯盾系统,主要就是依靠相控阵来实现功能的。还有就是前几年闹得比较厉害的部署在韩国的某型防御系统,用的也是相控阵雷达,所以这个防御系统的探测距离就比较远,探测精度也非常高。

有源相控阵,阵列上的所有小单元都自带接收和发射器,能自己接收信号,也能自己用自己的放大器来把信号放大到不同的程度,每个小天线都能承担着不同的功能,做不同的工作。可以同时对一个目标进行扫描,也能同时对多个目标进行扫描,还能同时进行电子干扰,远程通讯,所以它的功率损耗相对要低得多。

有源相控阵雷达的功率,不受中央发射机功率的约束,只采用简单叠加T/R数量就可以将功率叠上去,因此它的应用范围非常广,从战斗机到火控雷达,到军舰的搜索雷达,再到弹道导弹防御系统的大型早期预警雷达,都可以采用有源相控阵体制,只需要改变T/R数量就可以实现。

唯一相同的是,无源相控和有源相控的每个小天线都能发射和接收信号,也能改变相位,只不过,无源在放大信号上只能集中一个放大器来处理,而有源可以自主处理大小。

相控阵雷达就像是蜻蜓复眼,所以,相控阵雷达实际上是电扫描雷达的一种,但是真正的被广泛的应用,还是在计算机技术,光电子技术,材料,工艺技术发展之后,才得到实质性的进展和广泛的普及。

有源相控阵雷达原理

功率大,应用范围广

这样一来就有一个问题了:万一这个统一的大脑出现了故障、出现了问题的话,往往这部雷达也就基本没啥用了。

除此之外,由于无源相控阵只有一个中央发射机,T/R上的能量是中央发射机分配来的,因此不论移相器如何工作,它在同一时间只能产生一个波束,而有源相控阵每个T/R都是有源器件,因此可以采用分组的方式将阵面上的T/R分成数个分组,通过相位控制来实现多波束扫描;同样由于T/R器件是有源的,单个器件损坏对雷达整体的性能不构成致命影响。用我国预警机总设计师王小谟院士的话说,有源相控阵在50% T/R损坏的情况下依然可以正常工作。而无源相控阵只要中央发射机损坏,就无法工作了。

有源相控阵雷达最大的难点在于发射/接收组件的制造上,相对来说,无源相控阵雷达的技术难度要小得多。无源相控阵雷达在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控阵雷达,但是在功能上却明显优于普通机械扫描雷达,不失为一种较好的折中方案。因此在研制出实用的有源相控阵雷达之前,完全可以采用无源相控阵雷达作为过渡产品。而且,即使有源相控阵雷达研制成功以后,无源相控阵雷达作为相控阵雷达家族的一种低端产品,仍具有很大的实用价值。

以上便是我的一些见解和回答,可能不能如您所愿,但我真心希望能够对您有所帮助!不清楚的地方您还可以关注我的头条号“每日精彩科技”我将竭尽所知帮助您!

美国的大型预警雷达,每个阵面T/R超过1万个

有源相控阵雷达如今可以对洪水进行监测,调查土壤湿度、对海洋进行监测、森林防火,进行气象探测,甚至应用于汽车雷达领域。

随着有源相控阵雷达的发展,其在民用领域具有很大的潜力。2021年5月,纳睿雷达自主研发的多功能有源相控阵雷达产品就曾亮相于深圳会展中心,获得社会人士和专家的一致肯定。

写在最后:

随着计算机技术的飞速发展,具有多种模式的混合集成电路技术和微波相移技术的发展,有源相位器阵列技术具有多用途,远程,高可靠性和高适应性,与电子通信的雷达,定位导航等领域的优势。

再简单点来说的话,手电筒其实也属于雷达的一部分,你把手电照向空中照射物体,手电筒就是发射装置、光就是照射波,你自己的眼睛就是接受装置,大脑就是处理系统了。

该雷达站基于相控阵(称为相控阵)运行。相位控制可以使用相位,有功,频率和电子电源开关进行。同时,天线阵列可以机械旋转,不仅克服了空相观测领域中平面相阵列的局限性,而且大大提高了雷达数据的速度,提高了跟踪目标的质量。当前国内外正在开发的雷达,机载雷达,导弹防御雷达和机载雷达都使用相控阵有源雷达天线。

有源相控阵雷达的优点

相控阵雷达又分为有源和无源两类

它的工作原理,就是在传统抛物面天线的基础上,把主反射面变成一个可以扭转的面,然后安装了一个栅格式的副反射面,效率变高了不说,体积也变小了。

不过和手电不一样的就是,真正的相控阵雷达,里面全部的部件全都是固定的,尤其是相控阵雷达的天线是固定的,它是通过改变馈电的相位,来实现雷达波束的偏移,通过模拟电子的方式代替了传统机械式的旋转(这里比较专业,大家也不需要理解的)。

这样的例子有很多,例如:宙斯盾系统、前段时间搞得比较热闹的“萨德”系统等等。

不过说句良心话,我国在这方面也不落后,例如:055大驱就装备了我们自己研发的346A海之星有源相控阵雷达了。不知道我的解释大家有没有听懂呢?希望大家发表自己的看法。

带有数据连接和多传感器的有源相控阵雷达,还可以多设备,多战机,战舰之间进行通讯,星载成像等功能。

有源相控阵的缺点

而有源的,每一个雷达模块,都有自己的雷达波发射源,它们是可以独自的进行发射与接收信号(T/R组件)。

相控阵雷达又分为有源(主动)和无源(被动)两类。其实,有源和无源相控阵雷达的天线阵相同,二者的主要区别在于发射/接收元素的多少。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机,发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器,目标反射信号经接收机统一放大(这一点与普通雷达区别不大)。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此,也使得有源相控阵雷达的造价昂贵,工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能上有独特优点,大有取代无源相控阵雷达的趋势。

无源相控阵的内部电路比较复杂,比有源相控阵多了移向器,2级反馈,波导管和中央发射机保护装置,因此插入损耗比有源相控阵大得多,因此相同的总发射功率下,AESA的损耗更小,可以探测更远的目标;

所以,有源相控阵雷达无论从功能上,还是技术上,都要比无源相控阵雷达先进且适用得多。

为了让大家能清楚了解有源相控阵雷达,我从普通雷达开始概括介绍一下:

简而言之,就相当于把很多小雷达集中在一面上,并且每个雷达可以控制调节。

相控阵雷达-这是一种具有新型有源电扫描阵列的多功能雷达。它不仅具有传统的雷达站,还具有其他射频功能。一般雷达的波束扫描是通过旋转雷达天线进行的,称为机械扫描。在对相位光栅雷达进行电子控制以改变雷达光束方向以扫描可检测目标的同时,此方法称为电扫掠。在相控阵天线阵列上,有数千个电磁波发射器,每个发射器都配备有“相位器”,每个“相位器”都由计算机控制。当雷达工作时,电子计算机会改变每个发射器向空中发射的电磁波的“相位”,以便电磁瓣可以像旋转天线一样同相偏斜,从而在太空中执行搜索任务。通过移相器的不同振动器可以放置在电流的不同相位中,以在空间中发射光束的不同方向。天线元件越多,波束在空间中的可能方位角越大。当借助计算机控制在一个方向上搜索远程目标时,将进行电磁波的集中发射,这可以显着增加总天线功率,从而在更远的距离处检测目标。这些t / r模块允许根据执行的任务进行多路径搜索,确认,跟踪和识别虚假目标。

有源相控阵雷达作用

中国jy-26远程有源相控阵雷达

纸上的宣仔,为您解答。

(4)抗干扰能力强。

而有源相控阵雷达就像一群老师傅在干工程,大家都能独立完成工作。即使其中一个老师傅罢工并不会很大程度上影响整个工程的进展。

那么有源相控阵雷达主要应用在哪些方面呢?

那相控阵是个什么样子的探照灯呢?它是成千上万个小手电排列在一起,形成一个大阵列的探照灯(有点类似我们生活中LED光源),这里的每个手电就是一部小雷达,每个手电都可以自己独立工作并且转动(当然实际的雷达天线不转动,是通过相位控制雷达波束的指向,但也就相当于手电的转动)。

有源相控阵雷达是相控阵雷达的一种。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此,也使得有源相控阵雷达的造价昂贵,工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能上有独特优点,有可能取代无源相控阵雷达。

前面分析过了:无源相控阵雷达的原理和优势了。可是无源相控阵雷达通常仅有一个主发射机和一个接收机。

举个例子:无源相控阵雷达就像一个老师傅带着一群徒弟干工程,每一个任务都要经过老师傅派发和验收,一旦老师傅罢工,徒弟就只能放假;

说完了相控阵的原理,理解有源相控阵雷达就简单得多了。

这种相控阵雷达有两个巨大的好处:

民用领域:

有源相控阵雷达由于是多个T/R的波束合成,因此可以将增益做的很高,T/R数越多,中央方向的增益也越高,同时旁瓣抑制能力好,减小在其他方向上被敌方发现的几率,提高雷达的低可探测能力;

简单理解的话,相控阵雷达就是把近1000个小型传统雷达缩小100倍,再组装在一个平面上,而有源相控阵雷达就是让这1000个迷你雷达都能独立的工作,但是重点就在于怎么个工作法。

相控阵雷达的诞生

接下来就和大家说一说相控阵雷达的有源(主动)和无源(被动)区别。区别就在:无源相控阵,整个雷达系统只有一个雷达信号源,产生信号后,被分到各个雷达模块。

不知道我这么说大家明白没有,如果您有更好的介绍,欢迎评论。

由于相控阵的每个单元仅扫描其中的一块固定区域。因此每个模块的信号相对相位经过调整,最后会强化信号在特定方向的强度,而且还会压制其他方向的强度。在相同的覆盖范围内,不需要移动雷达天线就能满足扫描所需。与此同时,相控阵雷达需要极高的计算能力。早在第二次世界大战时,便有人提出有源相控阵雷达理论,并开始在地面的大型弹道导弹预警雷达上做试验。

目前整体上来讲,无源的被动相控阵雷达已经被军事强国慢慢的淘汰了。有源相控阵雷达才是未来的方向。我又要实话实说了,目前在有源相控阵雷达运用和研究方面,美国人还是处在领先地位的。

AMDR有源相控阵雷达示意图

我们还是拿手电筒来做比喻,传统的雷达就是相当于一个固定的手电筒了,往往只能照射到一个方向。当然了,雷达照射出去的是电磁波,并不是光源。那么就会出现一个非常严重的问题——往往只能照射到一个方向了。

搞懂了雷达的基本原理以后,我们来分析两个问题:一是,什么叫做相控阵雷达呢?二是,什么又叫做有源相控阵雷达,到底优势在哪里,又有什么用途呢?

相控阵雷达解决了探索范围和稳定性、机动性的问题

不过,目前最强的还是战舰上的360度有源相控阵雷达,区别是三面相控技术,实现防空、反导一体、反舰、反潜、对陆等多功能,雷达有高度共用的能力,也是未来的趋势。

有源相控阵雷达的应用越来越广,结合上面的特点,其在军事领域的应用大幅提高,让我们的雷达抗干扰能力,对目标的捕捉探测能力,对多目标的跟踪能力、战场生存能力和对威胁的预警时间都有很大的提高。

平面阵就是阵元中的每个小阵元都有独立的移相器,每个小阵元都是可以单独控制的混合设计天线,可以上下移动,因为电把角度小,也被称为有限电扫相控阵。

那么传统的雷达要是想探测到更多的方向,也就必须要旋转起来了,这样才能保证各个角度都可以照射到。但是这样就有两个问题存在:

有源相控阵雷达,是由多个可发射雷达波的独立的T/R元器件构成的天线阵列从名字可以看出这个雷达的两个特点,第一个是有源,即阵列上每个发射元器件都是有源器件,可以独立向外发射电磁波信号;第二个是相控阵体制。雷达波束的偏转靠的是天线阵面上各个发射器件对电磁波的相位调节,通过波的干涉原理,在预期的方向上得到最大的雷达波束增益,从而实现对波束的偏转控制。在发射某个形状和方向的波束前,通过计算机解算出发各个器件的相位偏移,并将电信号传送给每个T/R器件来实现精确控制。在T/R模块内部,相位的改变是通过选择不同的延时电路实现。这样的好处是,省去了传统机械扫描雷达的机械回转机构,仅使用电信号控制就能精确控制雷达波束的方向。

(3)反应时间短、数据率高。

机械扫描雷达,需要回转机构

有源相控阵雷达可对射程10000km和4500km,不同高度,不同方向的弹道导弹进行监测,探测,还可以引导多枚导弹制导,导弹防御,形成精准打击。

说白了就是:向天空发射一种电磁波,照射到物体上以后,然后进行回收、处理,这样就能发现其高度、速度、方位等等。

美国空军的一架RC-135飞机上首次进行了空中有源相控阵雷达测试。1980年才逐渐将该技术应用在舰船或者飞机上。有源相控阵由于取消了波导管,电磁波能量在传输中的散失就会降低,能量输出则集中在波束上。波束信号则产生在阵列单元上,这也会降低栓送线路上的噪音影响。有源阵列天线在频率的转换和多模式的同时运作比无源阵列更加有效,当天线表面的阵列有部分受损或故障的情况下,雷达性能也会削弱。

国产jy-11b高机动低空三坐标无源相控阵雷达系统

俄罗斯米格35的甲虫雷达T/R模块,上面用的还是Altera的FPGA

有有源,就有无源,区别就是:

就比如一百个小手电,按照边长为十个排列成一个矩形方阵,所有的小手电,既可以同时照射同一个固定的方向,相当于照射一个目标。也可以分成不同的组别,例如相邻的十个为一组,这样就分成了十组,每组都能照射一个方向,那就是同时照射十个方向,也等于可以至少照射十个目标。这样在不转动雷达本身的情况下,就可以在一定的角度内实现全部方向的覆盖。如果部署三部不同朝向的相控阵雷达或者更多,就能够实现360的覆盖,大家可参考军舰上面的相控阵雷达分布。

有源相控阵雷达拥有比无源相控阵雷达更宽的带宽,因此可以通过频率捷变来减少被敌人发现的概率,是实现低截获概率雷达(Low Proportion Inception)的前提。除此之外,由于带宽更宽,敌方想要干扰阻塞难度也就更大,因此有源相控阵雷达的战场表现比其他雷达要好得多。

很高兴能够看到和回答这个问题,作为一个科技爱好者,我每天都在关注科技发展方面的消息,每天收获也蛮多的。

自1935年世界上第一台实用雷达发明以后,雷达作为国防的千里眼,一直以来最直观的“进化”过程都是天线的变化。冷战结束后,战斗机的机载雷达主要采用的是抛物面天线,随着战斗机的发展,抛物面天线具有明显的缺陷。

(1)能对付多目标。适用于多目标、多方向、多层次空袭的作战环境。

相比较无源的,有源的难度更大一些,成本也更高,但是性能却更加先进,所以目前主流的相控阵,都是有源主动的,无源被动的慢慢被淘汰了,当然无源的在某些领域,还是可以继续发挥功能的。

为了解决“侧漏”的弊端,就有了相参雷达,相参雷达就是通过电子设备,改变不同的信号的相位,并通过移相器,来控制波束指向,不需要能过天线机械运动来实现信号的接收和发射。这就是“相控”的意思。

052C的346 AESA雷达,每个阵面T/R数在4000个以上

普通雷达的波束扫描是靠雷达天线的转动而实现的,又称为机械扫描雷达。

无源相控阵,阵列上的所有小单元天线都是一样大,而且是固定的,它们没有独立的信号放大器,只能集中的由一阵面后的一个放大器来进行统一放大,放大后再分配给小天线,发射出去,所以无源相控阵的每一个小天线收发信号的强度都差不多大,而这个的集中处理方式,使得无源相控阵雷达的功率损耗也很大。

AESA 10个T/R,20个T/R,40个T/R波束合成的差别,T/R数越多,主瓣增益越高,旁瓣抑制能力越好

无源相控阵PESA和有源相控阵AESA的区别

同时,相控阵可以是线性阵,也可以是平面阵

另外,还可以进行机械扫描,识别以及评估。美国的RPS-42有源相控阵雷达,甚至可以进行可见光和夜视追踪,还可以专门用来探测无人机,遥控机枪开火。

这个时候,平面阵列天线也诞生了,一种由数百个,甚至上万个的小单元天线,按照一定的规则,间距,均匀地组合在一个面上的天线。这就有了所谓的“阵”。

线性阵是把多个阵元合成一路信号,也就是“并连最路”的形式,进行统一移相,但只能是单一方向的线性移动,也称作固定式相控阵。

一是,由于采用了多个探测单位的集合以及可以把多个相控阵雷达集合在一起使用。那么探测的区域往往就可以实现:360度全覆盖了,重量也比较轻,完全可以装在侦察机、预警机上面使用。

平面阵列天线的出现,很快就得到了全世界的普及,在经过一代一代的升级改造后,就形成了现在的主流雷达,相控阵雷达

相控阵雷达天线是有多个T/R模块组成

有源相控阵雷达的英文是Active Electronically Scanned Array,简称AESA,直接翻译成中文的话应该叫主动电扫阵列,所以有源相控阵雷达也叫主动电扫雷达,最早不仅指相位控制的电扫雷达,也指频率扫描的电扫雷达,不过频扫雷达具体应用不多,现在AESA基本专指有源相控阵雷达了。有源相控阵雷达AESA的概念与无源相控阵雷达Passive Electronically Scanned Array PESA(被动电扫阵列)相对。二者都是相位控制波束扫描,区别在于有源相控阵没有中央发射机,每个T/R都是有源器件,相位调节直接在T/R器件上实现,而无源相控阵雷达只有一个中央发射机是有源的,天线阵列上的T/R都是无源器件,相位的控制靠移相器来实现。

雷达特点

发射机产生的高频能量是自动分配给雷达的各个探测器的,目标反射信号经接收机统一放大,这一点与传统机扫雷达十分相似。说白了就是:无源相控阵雷达只有一个统一的大脑、统一的接受系统。

有源相控阵雷达在多工模式中,可以将雷达分为几个区块,能发出自身波束执行不同任务。这些诸多优点也让相控阵雷达成为未来主流发展趋势。

二是,由于每个单元都是独立的,所以稳定性就很强了——坏了一个单元别的单元还可以继续工作。

大家把有缘相控阵雷达的结构和工作原理都说的很清楚了,我这里就单独解释一下,相控阵雷达,是如何实现电子扫描,也就是如何用改变相位,实现雷达波束偏转的:这需要举两个例子,第一个是体育场观众席的人浪,从远处看是产生了一波波的波浪 但是如果只观察一个人或两个相邻的人,就会发现,他们只不过是按照某个时间节拍,不断站起来或坐下,把这每一个人比做有缘相控阵的每个TR单元,每个人站起来再坐下一个过程,就比做发射一次电磁波,如果仔细观察相邻的两个人A和B,就会发现他俩的高度,在不同时间,有时候是一样高,有时候是A高B低,有时候是A低B高,如果在一块长条木板中间,垂直绑上一个手电筒,手电光就是与板子反平面成垂直角度照射的,把这个板子两端 分别顶在AB两人头顶,在做人浪时,手电光就会不断摆动,有时候向左,有时候向右,有时候向上,这就是相邻两个电磁波发射单元,因为发射电磁波的时间产生差值造成的,这就是电子扫描的原理。但雷达波不是手电筒和木板,雷达波束是如何做到因为相位偏转的呢?举第二个例子,我们在平静的水面上扔一块石头,就会看到以石头落水的位置为圆心,产生圆周不断扩大的水波,电磁波的传播也是这个原理,如果我们同时在平静的水面扔两块石头,就会发现两个水波在相遇时,会产生一个不是圆周的干涉波,这个干涉波,因为两块石头先后不用的落水时间,而产生不同的夹角方向,同时落水,干涉波就与两块石头落点直接的两点直线的垂直方向运动,如果有先后,就会向后落水的石头方向偏转,先后落水时间越接近,干涉波就越接近于垂直,差距越大,就越偏。有源相控阵雷达的电子扫描改变雷达波束方向,就是这样做到的,不知道大家能看明白不[呲牙][呲牙][呲牙][呲牙]

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什么是有源相控阵雷达?有什么用呢?

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