軍事裝備中,有源相控陣和無源相控陣雷達有何區別?

趣聞視圖


最近幾年,隨著我國軍事實力的大幅度提高,各種各樣的先進雷達也進入了人們的視野。其中又以相控陣雷達出境最多。再加上因為反隱身戰機需要而曝光率明顯增加的各類米波雷達,不禁讓人疑惑,有源相控陣和無源相控陣雷達有什麼區別?而米波雷達和普通的相控陣雷達又有著怎樣的差異?



簡單來說,有源相控陣雷達是由數百到上千個不等的發射/接收單元組成的,簡稱其為T/R模塊。這些TR模塊都可以獨立發射、接收雷達波信號,並在相關算法的加持下進行協同工作。有源相控陣雷達採用平板式雷達陣面,雷達波的損耗量較小。並且在部分T/R組建損壞時,其仍舊能照常工作。但是其T/R組件採用的原料較為稀缺,且報廢率高,因此有源相控陣雷達的造價和使用費用是十分高昂的。


而無源相控陣雷達則是通過組成系統,接收外部發射機的反射信號。沒有數量眾多的發射組建意味著其造價將會大大降低。製造工藝的簡單化使得在戰時可以進行快速補充。同時,其可以使用不同波段的發射機進行工作,工作方式相比於有源相控陣來講靈活了不少。但是其本身又較為嬌貴,一旦一部發射機損壞就會導致整部雷達癱瘓。

而米波雷達,則是採用了不同波段雷達波的雷達。世界上目前主流的雷達絕大部分都是工作在毫米波段,這就讓各國五代機在無法做到全頻段隱身時不約而同的選擇了毫米波段隱身。正因為如此,各國在開發反隱身雷達時都選擇了米波。米波雷達的衰減較小,有著較遠的探測距離。但是其探測精度較低,通常情況下只能探測到隱身戰機的大體方位。



總的來說,沒有一款雷達是完美的,真正的防空作戰都是多種雷達結合,互相補充、形成一個完善的作戰網絡,只有一種武器是無法保衛天空的。敘利亞近幾日被炸燬的反隱身雷達就說明了,只能用米波雷達發現隱身戰機的方位並不足以擊落敵機,需要其他雷達、導彈的配合,才能完成作戰。


利刃軍事


無源相控陣雷達,與傳統雷達一樣,只有一個發射接收核心設備。而所謂的相控陣面,有一個個單元組成,每個單元不過是用於具體控制分配給自己的那一部分雷達波能量,自身並不能產生雷達波。

有源相控陣雷達,則是由大量能夠自行產生雷達波的單元組成的,又稱T/R單元。因此,它把傳統上唯一的發射接收核心設備,改為無數個發射接收設備的組合。這一體制的雷達可以更為有效的控制雷達工作狀況,滿足同時搜索探測大量目標的更高要求,可靠性更好,性能比無源相控陣雷達更進一步。

中國已經有了多種極為出色的有源相控陣雷達,例如空警系列預警機,率先使用了有源技術,使其比美軍E-3等預警機在雷達體制上遙遙領先。

中國除了研製各種有源相控陣雷達之外,已經世界首創性的在機載有源相控陣火控雷達上,運用了風冷散熱技術。

給戰機裝備相控陣雷達,有很大的吸引力 —— 它取消了複雜沉重不可靠的天線機械轉動機構,波束指向快速靈活,數據更新速率快,方便與數字式信號處理系統整合,工作模式切換快,可靠性高,抗干擾能力強。

例如美軍F-15戰鬥機最重要的升級設備之一:APG-63(V)3雷達,它是傳統的APG-63雷達逐步升級而成的有源相控陣雷達。

但這一嶄新的雷達技術,一直存在冷卻上的難題 —— 當然,各個軍事大國在全新設計的現代戰鬥機有源相控陣雷達,已經有力的解決了冷卻問題。

可是如果需要用有源相控陣技術,改進升級現有戰鬥機的現役雷達,難度就大多了。

法國陣風戰鬥機的RBE2AA有源相控陣雷達,全新設計,冷卻問題已經解決

在改進、升級現役雷達時,為了節省成本和加快升級過程,常常保留現役傳統脈動多普勒火控雷達主體部分,僅將傳統天線等發射接受部分改為使用有源相控陣技術,這時解決散熱問題的技術難度很大 —— 傳統雷達並沒有考慮有源相控陣的巨大發熱量,而現役戰鬥機、現有雷達的結構、供能都無法大改。

在外國的一些戰機、導彈有源相控陣雷達中,採用了非風冷方式,例如日本AAM-4B空空導彈的雷達,它的散熱設計能耗較高,因此設計上增加了攜帶的燃料,以滿足供能需求。

在這一前提下,風冷方式有著簡單、耗能少、成本低等特點,但是風冷傳統上效率較低,因此在現役戰鬥機各種限制下,長期存在無法滿足戰機有源相控陣雷達冷卻的需求。而中國軍工行業的這一突破,化解了相關難題。

AAM-4B空空導彈使用相控陣雷達,因此沒有轉動天線的機械部分

散熱冷卻問題,被公認為相控陣雷達的研製難關,而戰機、導彈上的相關雷達難上加難。戰機航空電子設備有大約一半來自於高溫問題,雷達也不例外。特別是在限制特別多的戰鬥機、導彈導引頭上,因為天線陣中負責收發信號的T/R組件密度大,全部集中在一個平面上,間隔只能是波長一半左右(在X波段間隔必須只有15mm左右,而且這是兩個組件中心算起的間隔,組件邊緣間距要更小)。


按目前技術水平,假如相關效率為25%,一個常見的導引頭相控陣雷達天線產生好幾百瓦的熱量,戰機機載有源相控陣雷達熱量只會更大。可以想像在狹小空間內要傳走幾百瓦熱量,對風冷技術要求極高。

導彈上的雷達空間有多小?左邊是俄羅斯R-27R/ER導彈使用的9B-1101K單脈衝半主動雷達,中間為R-77主動雷達空空導彈的9B-1348E雷達,右邊是R-27AE上的9B-1103K主動雷達。它們都必須安裝在少於200毫米的狹小空間內。

這也是為什麼世界上還沒有幾個風冷的同類雷達。甚至在許多專業著作中,明確指出這一級別的有源相控陣雷達,“不宜採用自然散熱或風冷”方式,而應使用熱管等其它方式。具體手段包括把天線整體浸入液冷系統中,或使用固態散熱、循環液體導熱技術,但這些方法都不太適合於改造現有傳統雷達。

解決風冷技術問題,還對增大有源相控陣雷達探測距離有著決定性的意義 —— 按照目前的技術水平,有源相控陣雷達雖然有著巨大的優勢,但即便它的總功率增加10倍,使用集中波束探測時,有效距離卻只能增加0.87倍。也就是說,想要增加探測距離,總功率就要大幅度增加,但隨之而來的散熱問題更為困難。中國軍工人解決了風冷方式技術問題後,使得增加探測距離的難度顯著降低。

如前所述,有源相控陣雷達的好處遠不止探測距離遠,散熱冷卻問題的緩解將令中國軍工行業能在更多的戰機、導彈上發揮這一探測手段的優秀性能,全面提高戰鬥力。

中國航空工業雷達所在有源相控陣雷達風冷問題上的突破,也使得中國軍工更為解決徹底解決“共形有源相控陣雷達”的技術難題。


共形有源相控陣雷達的優點在於,它的天線不再限制為機頭安裝的單一天線陣列,可以在機身各個位置,包括側向機身表面、寬度極大的機翼前緣正面安排有源相控陣T/R收發組件,這對於改善整體雷達探測能力有著突破性的意義 —— 僅僅能夠將多個雷達天線安排到更大的距離上這一點,就能令整體探測能力顯著提高,特別是在針對隱身戰鬥機的無線電信號被動定位等領域,會獲得前所未有的出色能力。

據稱蘇-35戰鬥機機翼前緣裝有有源相控陣雷達天線

不過,在各種非傳統的機身位置上安裝有源相控陣雷達T/R組件,散熱難度要比在機頭安裝雷達更大 —— 這時候中國最新風冷技術的優勢就凸顯出來了,它比熱管等方式更為易於安排,非常有希望解決狹窄位置,例如機翼前緣的T/R組件散熱問題。

此外,戰鬥機、導彈需要高速飛行,特別是在空空導彈上,氣動加熱對雷達相關位置的影響,也必須考慮進去。有了風冷技術的突破,戰機、導彈也不再需要為了頭部巨大的雷達天線而犧牲氣動、隱身性能,可以更為靈活的選擇最佳的氣動設計。

下圖中的殲-8II戰鬥機,雖然已經相當老舊,但如果能改為使用具備有源相控陣技術的改進型雷達,仍有一定價值。


綜上所述,中國航空工業雷達所的最新風冷機載有源相控陣雷達技術,顯然意義不侷限於改進現役戰鬥機,還對未來探測能力更為強大的空空導彈與機載共形雷達發展,有著決定性的作用。


加特林


相控陣雷達有源無源在供電方式上的區別:

相控陣雷達天線的最小組成單元是T/R組件,即一個組發射與接收單元。每個相控陣雷達陣面上有少則幾百,多則上千的T/R組件。

如果把一個T/R組件看成一個LED燈泡。

假如雷達陣面上的每個“LED燈泡”的電源都是獨立供電的,那就是有源。反之,如果雷達陣面上的所有“LED燈泡”都沒有獨立的供電設備,需要是統一供電設備進行供電,那麼就是無源的。

相控陣雷達有源無源在功能上的區別:

有源相控陣雷達,因為每一個T/R組件供電都是獨立的,因此,其多任務功能就會非常強大,雷達陣面可以根據功能需要劃分成不同的區域,每個區域根據任務不同,其發射功率也可以不同,每個區域的T/R電磁波束髮射方向與接收方向也可以不同。甚至可以讓某幾個T/R組件專門負責進行通訊,組網傳輸信息。某些T/R組件用於電子壓制或者電子干擾。

總之,有源相控制雷達可以做到每一個T/R組件的發射功率在同一時刻完全不一樣。而無源想控制雷達根本不能這樣做,所以的T/R組件的發射功率在同一時刻只能完全相同。

有源相控陣由於每個T/R組件的供電完全是獨立的,因此,每個T/R組件供電系統功率可以做的不是很大,總功率卻非常高。

無源相控陣雷達由於只能進行集中供電,當總功率到達一個瓶頸就很難提高。

所以,理論上,無源相控陣的雷達陣面上能夠集成的T/R組件數量由供電系統的總功率所限制,而有源相控陣雷達陣面上能夠集成的T/R組件數量有雷達陣面的大小決定。


理智悍虎


(粗識)有源相控陣雷達是採用蜂窩式射出不一雷達波束,經過交差測算出數據。類似數學算式等待目標答案道理一樣。無源相控陣雷達是採用相同構式,不同是可等距內範圍搜索控制,就是雷達波射出相同波束,象手電光感物一樣比較穩定。類似數學答案等待目標不同數學算式一樣。……


青松66249


源和無源相控陣雷達的天線陣相同,二者的主要區別在於發射/接收元素的多少。無源,是指:

1、TR無電磁波發射源,TR只能被動的轉發中央發射機發射的電磁波。一旦中央發射機故障,所有TR就都不能發射電磁波

2、TR無信號接受源 ,TR只能被動的把信號源轉發給中央電磁信號接受機。一旦中央信號接受機機故障,所有TR都不能接受反射回來的電磁信號。

這叫無源,是無源相控陣雷達的詞意,也叫被動相控陣雷達。

有源:是指

1、TR有電磁波發射源,TR自己能主動、獨立發射電磁波,不需要中央發射機發射電磁波。即使部分TR壞了,其他TR也能有效發射 電磁。

2、TR有信號接受源 ,TR自己能主動、獨立接受信號源,不需要中央信號接受機。即使部分TR壞了,其餘TR也能接受反射回來的信號。

這叫有源,是有源相控陣雷達的詞意,也叫主動相控陣雷達

可見,不能把無源相控陣雷達的無源一詞誤解成自己雷達不開機就能接受敵人目標信息。也不能把有源相控陣雷達的有源一詞誤解成必須自己雷達開機才能接受敵人目標信息。否則,就是望文生義的誤解。

至於無源探測雷達,那是另一種雷達,其無源一詞的詞意,與無源相控陣中的無源一詞意根本無關。此無源非彼無源。切忌望文生義的誤解。 不過,有源相控陣雷達中倒確實有一種探測功能,可以進行無源探測。但是,無源相控陣雷達沒有這種功能。


復興觀察


源和無源相控陣雷達的天線陣相同,二者的主要區別在於發射/接收元素的多少。無源,是指:

1、TR無電磁波發射源,TR只能被動的轉發中央發射機發射的電磁波。一旦中央發射機故障,所有TR就都不能發射電磁波

2、TR無信號接受源 ,TR只能被動的把信號源轉發給中央電磁信號接受機。一旦中央信號接受機機故障,所有TR都不能接受反射回來的電磁信號。

這叫無源,是無源相控陣雷達的詞意,也叫被動相控陣雷達。


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