相位阵列雷达概述

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1、相位阵列雷达概述──bycaptainPicard　传统雷达的限制在介绍相位阵列雷达之前，先简单地归纳出仰赖机械旋式旋转以及抛物面天线技术的传统式雷达的几个重大基本限制：1.波束角太宽、旁波瓣太大传统式的陆基与舰载雷达使用抛物面天线等未经任何相位合成的雷达天线，其波束角的大小（即雷达波束的集中程度）取决于天线的孔径（即直径）大小。波束角越小，意味着将雷达射频能量集中在更小的面积上，雷达的侦测距离与解析度也越好。又，如果以维持相同波束角为条件，则波长越长的雷达，就需要比短波长雷达孔径更大的天线。一般而言，雷达波强

2、度随距离的平方成反比。长距离舰基/陆基雷达为求增加搜索距离，都使用较大的波长以利于长距离传递；但天线的尺寸却不可能无限制地增大，导致传统式搜索雷达都有一个不小的波束角，加上波长越大解析度自然越低，解析度自然难以让人满意。例如舰艇在搜索第二代掠海反舰飞弹这类低RCS的目标时，传统长程搜索雷达即便在目标进入搜索范围后，第一次扫瞄到目标时，往往因为讯号强度不足或干扰而没有足够的「证据」，只好先将资料放入暂存区，等天线下一回转动到相同位置时，再比对暂存区中的目标是否依旧存在；故传统雷达必须连续在同一方位上多次（通常是三

3、次，例如美国的SPS-48E）侦测到同一讯号，才会将之列为追踪对象，浪费不少宝贵的反应时间。为了弥补这个弱点，这类长程搜索雷达只好将雷达旋转速度降低(往往需要十秒钟以上才能回转一圈)，让天线在同一个位置上停留更久，以接收更多的脉冲讯号，然而这样又会使目标更新速率恶化。除了精确度的问题外，传统雷达天线在辐射雷达波时，也会产生一系列周边的旁波瓣；对于雷达而言，旁波瓣是有害而无益的损耗（因为主波瓣才有侦测效益），不仅浪费射频能量，更因旁波瓣散射他处而大幅增加被敌方察觉与干扰的机率。由于一般雷达采用周期扫瞄方式进行搜索

4、，让方位角很窄的雷达主波束依序完成空域扫瞄，因此对电子支援系统等信号接收装备而言，雷达主波瓣经常是一闪即逝，而且每隔十数秒至数十秒才能收到一次，难以直接对其追踪与锁定；因此，这类雷达信号接收器主要是靠着持续而稳定、朝四面八方辐射的旁波瓣来锁定敌方雷达。所以一般而言，旁波瓣是最容易让雷达「露馅」的头号元凶。干扰方面，目前最主要的电子反制手法就是在对方雷达的旁波瓣中灌入强大信号，使雷达误以为这是目标回波，如果进入旁波瓣的干扰强度高于主波瓣，雷达便失去侦测目标的能力，所以旁波瓣又是让雷达被敌方干扰的最大罩门。2.机械

5、旋转机构的限制对于舰载或陆基雷达而言，传统式雷达天线靠着旋转来涵盖所有方位；而如果要持续追踪同一个目标的轨迹，就要等天线完成一个旋转周期回到原先位置后，才能作目标资料的更新。如同前述，长距离舰载/陆基搜索雷达由于天线尺寸重量较大，加上必须在同一方为累积足够的脉冲信号，因此转速都不可能太快；例如，美制SPS-49舰载对空搜索雷达的旋转周期是30秒/周，意味每分钟只能实施两次目标资料更新。又，如同前述，传统式雷达需要对同一目标扫瞄三次左右，才能获得足够的资讯，进一步使问题恶化。此等更新速率在面对高速突进的目标时，将

6、显得力不从心；对于舰艇而言，这样的更新速率很难有效应付各式新一代高速先进超音速反舰飞弹。至于用来描绘目标轨迹的舰载追踪雷达则拥有较快的天线转速(例如每秒转一周)以及较短的波长，尽量缩短目标更新时间，但也使得天线较难持续接收同一目标传回的讯号，侦测距离大幅缩短。因此，长距离侦测以及精确追踪对传统式雷达而言，是不可兼得的鱼与熊掌。战斗机上的射控雷达也有类似情况；传统式战机雷达天线也需要旋转机构来改变天线方位，以扫瞄各个空域。战机雷达往往也会提供自动锁定模式，在此模式下，天线靠着伺服机械的带动持续对准目标的方位。由于

7、机械运动的速率有限，导致目标更新速率过慢，致使战斗机雷达在进行多目标精确追踪等耗费较多资源的工作时，需将天线扫瞄范围限制在左右各40度、上下各10度的范围内，才能获得可接受的目标更新速率。这种限制意味着战机雷达专注于视距外多目标接战时，能处理的空域范围极为有限，也不可能同时兼顾空对空与空对地等不同需求。范围过窄的另一问题就是：敌机很容易藉由急遽的运动（侧转、改变高度）或将机群散开，进而逃出战机雷达的有效搜索范围。此外，许多天线具有自动锁定模式，藉由机械伺服机构将天线持续对准目标；不过由于伺服机构动作速度有限，目

8、标同样也能藉由大范围剧烈机动来摆脱雷达的锁定。以冷战时代美国长程拦截能力最优秀的F-14战机而言，虽然号称能同时以凤凰飞弹攻击6个目标，不过前提是这六个目标必须在天线纵轴左右各40度以内。欲以传统方式增加天线伺服机构的动作速度，例如使用低阻尼超高速雷达伺服马达，可改进的幅度也十分有限，终究不是治本之道。3.倚赖都卜勒虑波技术都卜勒技术是一种广泛被雷达采用的虑波技术；藉由测量雷达回波的都