03.03 国产反隐身雷达怎么那么大?

武器正能量


前段时间,央视的《对话》栏目“我是总师系列”推出了吴剑旗的专场。吴剑旗,是中国电科雷达领域首席科学家,是他让我国在反隐身雷达领域从追赶者,变为了领路人。是他,铸就了我国防空的“火眼金睛”。俗话说十年磨一剑,中国花了将近三十年时间才研制成功反隐身雷达,并成功处于国际领先地位。这节节目也让反隐身雷达成为了热门话题,那么,反隐身雷达到底靠的是什么来反隐身战机的?下面我们就一起来了解一下。


要了解反隐身雷达呢,我们应该先知道反隐身雷达要对付的东西——隐身飞机。所谓隐身飞机,就是指利用各种技术减弱飞机本身的雷达反射波、红外辐射特征等信息,从使敌方探测系统很难发现的飞机。目前主要有三个隐身方法:一是减小飞机的雷达反射面,主要是在飞机的外型上下功夫并在机身上采用吸波材料等;二是降低飞机红外辐射信号,主要是对飞机上容易产生红外辐射的部位如飞机发动机的尾喷口进行隔热、降温等措施;三是给飞机采用低可视度化涂装。不过这只能降低敌方飞行员肉眼可视度。而与此相对应的是,而反隐身雷达就是在这些方面找出隐身飞机的弱点。

例如,米波反隐身雷达发出米波探测波主要是针对的是隐形飞机外层的雷达吸波涂料,我们要知道米波是不能被雷达吸波涂料所干扰,所以隐身飞机无法吸收雷达波从而被发现。第二种方法就是采用多基阵无源时差定位的方案,这个名称听起来好像很高大上的样子,其实它的原理是很简单,我们知道,隐形飞机通过精心设计飞机的外形,把敌方雷达发出的雷达波反射到其他方向去,从使得敌方雷达将接收不到回波,发现不了东西。

而反隐身雷达就是在不同方位设置多个雷达信号接收站,接收被隐身飞机反射到各处的回波,并通过这些数据来推算出隐身飞机的位置,从而发现飞机。第三种方法就是采用被动探测法,即设备自身并不发射任何电磁信号,而是通过外部隐形飞机本身散发的信号源进行被动探测。而隐形飞机在执行任务时就是一个移动信号源,所以就会被发现。俗话说得好,道高一尺,魔高一丈。隐身和反隐身之间的较量将会一直持续下去,它们将会推出什么手段来制约对方呢?我们拭目以待。


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国产反隐身雷达怎么那么大?

这个问题其实挺有意思的,其实,不只是国产的反隐身雷达显得特别巨大,在国外,只要是和反隐身雷达这个概念沾边的雷达,也是统统看起来尺寸异常的巨大。那么,国内外反隐身雷达的体积都显得巨大这个问题究竟是什么原因导致的呢?


首先,我们必须提到的是当下这类主流的反隐身雷达的原理。我们知道对于反隐身雷达来讲,针对隐身目标的探测手段,主要是靠较长的工作波长来达到一定反隐身效果,典型代表为我国研发的JY-26、JY-27型以及俄罗斯的东方-E型这类工作在米波波长的反隐身雷达。而米波雷达的物理特性针对隐身机而言,这类雷达可以让其吸波隐身蒙皮的作用大打折扣。

因为按照一般情况,隐身战机上吸波蒙皮的厚度必须达到入射波长的四分之一才有吸波效果,而对于工作波长动辄一米甚至数米的米波反隐身雷达而言,如果隐身战机想要对这种雷达有着比较好的蒙皮吸波效果,那么它的机体表面吸波蒙皮的物理厚度则需要达到0.25米以上,这种级别的蒙皮处理,对于现在的隐身战斗机来讲是根本无法接受的。


而这些反隐身雷达之所以体积巨大的原因就是来自其较低的工作频率与动辄1米甚至上10米的工作波长。而对于米波雷达反隐身雷达来讲,受限于无线电的物理特性限制与对性能的追求这两个主要因素的影响,所以才形成了其体积异常巨大的结果。


第一点不得不讲的就是雷达的工作波长与其天线振子尺寸和天线振子之间的间隔距离的关系了。这是因为雷达的工作波长与其天线振子尺寸和天线振子之间的间隔距离这些都是成正比的关系,一般雷达所使用的天线振子都是1/2λ的波长或者1/4λ的波长,这样才能达到比较好的发射与接收的效率最大化。也就是说,一部工作波长在1米的米波雷达,它所使用的天线振子尺寸大致为0.5米或0.25米这个级别。


而对于天线振子之间的间隔,我们可以看下面这个八木天线的增益与排阵间距的关系表:从表中我们可以看出,以雷达工作波长λ为单位的天线间隔距离与天线增益是呈正比的。简单的讲就是,天线间距在一个范围内越大,这个天线阵列的增益或性能就越强。

而正是上述这些基础的无线电的物理特性,正是造成米波反隐身雷达天线尺寸巨大的主要原因。


此外,天线的孔径大小和增益都与雷达的工作波长有着十分密切的关系,这几个因素直接关系到雷达的性能水平。如下图的公式所示:这里面,G表示天线增益,Ae表示天线有效孔径。我们可以很明显的得出,在天线有效孔径大小相同的情况下,较短波长,可以获得较大的天线增益,成平方的反比关系;而要获得同样的天线增益值,天线有效孔径与波长的平方成正比关系,也就是波长越短,需要的天线有效孔径越小,所以想小型化需要利用更高的频率。


在举个比方,如下图所示,工作在不同波段的雷达,同样都想达到40dB的天线增益,X波段雷达需要的有效孔径不到1㎡,而表中UHF波段的雷达都需要数百平方米的天线孔径,工作波长比UHF波段更长的VHF波段也就是米波反隐身雷达所需的天线孔径就更不用说了。所以,主流的机载火控雷达通常工作在X波段,天线孔径并不大,而UHF与VHF米波反隐身雷达因为其天线孔径的要求,自然显得体积特别庞大。

所以结论就是,米波体制的反隐身雷达,其体积之所以这么庞大,还是受无线电的物理特性与雷达本身对性能的追求这两个主要因素双重影响的结果,无论是国内还是国外的相关型号,均是如此。


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