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有源和无源相控阵雷达

2025-06-14 11:40:00
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有源和无源相控阵雷达

控阵雷达的原理主要基于相位控制和电子扫描,其关键组成部分和工作原理可以用以下几点来概述:

天线阵列:相控阵雷达的天线由大量相同的辐射单元(即阵元)组成,这些辐射单元通常排列成一个面阵。每一个辐射单元都能独立地受波控和移相器的控制,以得到精 确可预测的辐射方向图和波束指向。

相位控制:通过控制每个阵元发射电磁波的相位和幅度,相控阵雷达能够强化电磁波在指定方向上的强度,并压抑其他方向的强度。这样,雷达波束的方向就可以被精 确地控制和调整,而无需像传统雷达那样通过天线的物理转动来扫描目标。

波束形成:当所有阵元以相同的相位和幅度发射电磁波时,它们会在空间中形成一个合成的波束。通过改变不同阵元的相位,这个合成波束的方向可以被改变,从而实现对不同方向的扫描。

快速扫描:由于相控阵雷达无需转动天线,因此它具有非常快的扫描速度。它可以在极短的时间内完成对整个空域的扫描,大大提高了雷达的反应速度和数据更新率。

多种应用:相控阵雷达广泛应用于军事领域,包括舰载雷达、机载雷达以及地面防空系统等。它们能够提供高精度的目标检测和跟踪能力,是现代防空和反导系统的重要组成部分。

相控阵雷达具有许多优点,如扫描速度快、波束灵活可控、抗干扰能力强、可靠性高等。它的应用领域非常广泛,包括通信、雷达和测距、医疗以及激光雷达等领域。然而,相控阵雷达也存在一些缺点,如扫描角度有限、旁瓣问题、加工难度高以及接收面大、信噪比差等。

无源相控阵雷达Passive Electronically Scanned Array Radar,简称PESA雷达)

发射信号的产生依赖于天线后方的集中式发射机机,经信号放大器,再利用电磁波导(波导管)或空间馈电方式传送到阵列单元上面,接收时则反向而行。阵列单元只有改变“信号相位”的能力,不会产生并发射信号。

源相控阵雷达被称作“被动相控阵”或无源相控阵。尽管其不直接产生讯号,但通过计算机控制改变相移,可以改变波束的指向角度,从而在期望的方向上形成波束,实现波束指向的控制,而不需要通过机械运动来实现。



典型的无源相控阵雷达系统包括:
AN/FPQ-16 PARCS:该系统是Cavalier空军基地使用的一种雷达系统
PARCS雷达系统主要用于对潜射弹道导弹和洲际弹道导弹进行告警和攻击评估。它能够在远距离(如3200千米)识别非常小的目标,例如足球大小的物体。此外,该雷达还能用于跟踪空间碎片,以防止太空垃圾对卫星和航天器等造成破坏



有源相控阵雷达Active Electronically Scanned Array Radar,简称AESA雷达)

其核心特点在于,其每个辐射器(天线单元)都配装有一个发射/接收(T/R)组件,这使得每个组件都能独立地产生和接收电磁波。这种设计使得有源相控阵雷达在频宽、信号处理和冗度设计上相较于无源相控阵雷达具有显著优势。

由于其高性能、高可靠性和高适应性等特点,有源相控阵雷达正逐渐替代机械扫描雷达和无源相控阵雷达,成为雷达技术的主流发展方向。


有源相控阵雷达(Active Electronically C,简称AESA雷达)具有一系列显著的优点和一些潜在的缺点。



  • 主要优点:


1. 扫描速度快,波束灵活可控:有源相控阵雷达利用电子扫描无惯性的特点,与电子计算机相配合,形成多个独立波束,能分时或同时实现多功能,完成对不同方向、不同高度的多批目标的搜索、探测和跟踪。
2. 探测距离远:由于T/R单元紧靠天线,有源相控阵雷达收、发支路的损耗要比机械扫描雷达的小,同时相扫天线能充分利用机上空间使天线增益相对变大,使得探测距离大大提高。
3. 抗干扰能力强:有源相控阵雷达的抗干扰性能出色,能在不同环境下正常进行工作,这对于现代战争环境来说非常重要。
4. 可靠性高:全固态相控阵雷达的可靠性高,即使少量组件失效仍能正常工作。
5. 大数据率、低RCS(雷达散射截面):由于可以形成多个独立波束,并具备高数据率,有源相控阵雷达在处理复杂目标和环境时具有优势。同时,其低RCS也使其更难被敌方雷达探测到。



  • 主要缺点:


1. 造价高:有源相控阵雷达的每个天线单元都配装有发射/接收(T/R)组件,这导致制造成本相对较高。
2. 设备复杂:由于采用了大量的T/R组件和复杂的电子系统,有源相控阵雷达的设备复杂度较高,维护和升级也可能更加困难。
3. 波束扫描范围有限:虽然有源相控阵雷达的波束指向灵活,但其扫描范围受到天线孔径和阵列设计的限制,最 大扫描角度通常在90°到120°之间。
无源相控阵雷达和有源相控阵雷达之间存在显著的区别,主要体现在以下几个方面:
1. 结构组成:
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。
有源相控阵雷达:每个天线单元(或称为辐射器)都配有一个发射/接收(T/R)组件。这意味着每个T/R组件都能独立地发射和接收电磁波,从而提高了雷达的灵活性和性能。
2. 工作原理:
 无源相控阵雷达:通过控制各个天线单元发射信号的相位,以合成不同相位波束。但所有天线单元共享一个发射机和接收机。
 有源相控阵雷达:每个T/R组件都能独立产生和接收电磁波,因此能够同时形成多个独立波束,并实现多功能操作。这使得有源相控阵雷达在扫描速度、波束灵活性和多目标处理能力方面远优于无源相控阵雷达。
3. 性能特点:
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。但它在功能上优于普通机械扫描雷达,可以作为一种较好的折中方案。
有源相控阵雷达:扫描速度快,波束灵活可控,能对付多目标。此外,由于T/R单元紧靠天线,其收发支路的损耗较小,探测距离也较远。同时,有源相控阵雷达在可靠性、一致性和可维护性方面也表现优异。
4. 应用场景:
无源相控阵雷达:在研制出实用的有源相控阵雷达之前,可以作为过渡产品使用。即使在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,仍具有一定的实用价值。


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