电子扫描阵列雷达
 |
电子扫描阵列雷达（英语：electronically scanned array，简称：ESA radar），是指一类借由改变天线表面阵列所发出波束（wave beam）的合成方式，来改变波束扫描方向的雷达。这种设计有别于机械扫描的雷达天线，可以减少或完全避免使用机械马达驱动雷达天线便可达到涵盖较大侦测范围的目的。当然，这不是说电子扫描雷达就不能采用机械转动的方式来增大扫描范围，事实上采用机械转动电子扫描雷达基座的方式可以进一步增大雷达波所能覆盖的范围，比如英国45型等防空驱逐舰装备双面或单面电子扫描阵列雷达（而不是如美国神盾舰上的四面阵），这就使它们不得不采用旋转阵面的方式来覆盖360度圆周，是“电子扫描”+“机械转动”结合的典型实例。
目前使用的电子扫描方式包括改变频率或者是改变相位的方式，将合成的波束发射的方向加以变化。电子扫描的优点包含扫描速率高，改变波束方向的速率快，对于目标讯号测量的精确度高于机械扫描雷达，同时免去机械扫描雷达天线驱动装置可能发生的故障。由于可以在极短的时间内迅速改变波束指向，电子扫描雷达比使用纯机械扫描的传统雷达有更强的多目标接战能力，边扫描边跟踪能力，以及空对空-空对地多模式同时工作的能力等等。
电子扫描天线使用的阵列包含“一维线性阵列”与“二维阵列”两种，两种阵列代表波束可以控制方向上的差异。
天线型态
[编辑]频率扫描
[编辑]军事上很少有电子扫描雷达采用扫频的方式来控制波瓣指向，因此通常所说的“电扫”都是指“相位扫描”的相控阵雷达。但是早期的相控阵雷达上也有混合了扫频机制的例子，比如美国核动力导弹巡洋舰“长滩号”以及核动力航空母舰“企业号”上的SCANFAR雷达系统，其目标追踪子系统AN/SPS-33雷达就是对目标高度扫描采用频率扫描，而对目标方位角扫描采用相位扫描的机制工作的。
被动相控阵/无源相控阵
[编辑]
被动相位阵列雷达（英语：Passive Phased Array Radar，PPAR radar），是PESA radar即被动电子扫描阵列雷达的一种。英文Passive翻译为“被动”，意思是指天线表面的阵列单元只有改变“讯号相位”的能力而没有发射信号的能力，讯号的产生还是依靠天线后方的讯号产生器，经讯号放大器，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。由于每个阵列单元自身不能作为讯号源主动发射电磁波，所以被称作被动相位阵列。
现在的被动相位阵列雷达多是以行波管产生讯号，这和最新的脉冲多普勒雷达产生讯号的方式一样，区别主要在天线上。
主动相控阵/有源相控阵
[编辑]主动相位阵列雷达（英语：Active Phased Array Radar，APAR radar），是AESA radar即主动电子扫描阵列雷达的一种。英文Active翻译为“主动”或“有源”，意思是指天线表面的每一个阵列单元都完整地包含讯号产生、发射与接收的能力，也就是将讯号产生器、放大器等等全部缩小放在每一个阵列单元以内，天线不需要依靠讯号产生器以及导波管馈送讯号。由于每个阵列单元都可以单独作为讯号源主动发射电磁波，所以被称作主动相控阵或有源相控阵。这是目前相位阵列天线发展的主流趋势。
主动相位阵列的的每个单元只扫描一小块固定区域。各个模组的讯号的相对相位经过适当调整，最后会强化讯号在指定方向的强度，并且压抑其他方向的强度。在同样的涵盖范围以内，不需要移动雷达天线也可以满足扫描的需求。此雷达的电子零件需要“快速移相器”，而控制相位阵列也需要极高的计算能力。此雷达理论在二次大战时提出，最早使用是用于地面的大型弹道飞弹预警雷达上面。空用系统最早是出现在美国空军一架RC-135 Rivet Amber飞机上面进行试验，这架飞机稍后发生意外坠毁。能够使用在船舰上或者是军用飞机上的小型化主动阵列技术要到1980年代才逐渐成熟，成本降低到可以接受的程度。
主动相位阵列的好处除了与被动相位阵列类似之外，由于取消导波管的配置，电磁波能量在传送过程中的散失得以降低，能量输出得以集中在波束上。此外，波束讯号的产生是在阵列单元上面，免除传送的线路也就降低噪讯的影响。主动阵列天线在频率的变换与多模式的同时运作方面比被动阵列更有效，当天线表面的阵列有部分受损或者是故障的情况下，雷达的性能会稍微降低，但是不会无法工作。主动阵列的天线在执行多工模式时，可以将雷达分为几个区块，各自发出波束同时执行不同的任务。而被动阵列则是以快速波束跳跃的方式在近乎同时的情形下执行多工扫描。由于主动阵列相比于被动阵列省略导波管造成的能量耗损，因此探测距离得以大幅延长，而被动相位阵列雷达的探测距离却由于耗损而稍逊于同功率的传统机械雷达。
使用型态
[编辑]陆基系统
[编辑]美国率先将大型电子扫描阵列雷达用作弹道飞弹预警雷达，如铺路爪长程预警雷达，安装于美国本土、英国、格陵兰及台湾。美国与前苏联、法国、英国、中国等太空大国都有部署类似的系统担任警戒和监视太空的工作。这些大型预警雷达也被用于监控近地轨道航天器的运行情况，例如美国太空站“天空实验室”报废并再入大气层的时候，就联络了全球几乎所有可用的大型预警雷达全程监控坠落情况。
现代化的陆基区域防空导弹系统通常也使用相控阵雷达作为系统中最主要的预警和跟踪雷达，如美国的MIM-104“爱国者”系列防空导弹系统，前苏联的S-300系列防空导弹系统，台湾的天弓系列防空飞弹系统，中国大陆的FT-2000防空导弹系统等。
空基系统
[编辑]
空基相控阵雷达最早出现在美国以C-135改装的电子作战飞机上面。机载相控阵雷达中使用无源相控阵的较多，使用主动阵列的只有Rivet Amber一架。除了电子战飞机以外，某些预警机或战场监视飞机也装备或计划装备相控阵雷达，而不是如同美国E-2或前苏联A-50那样的机械扫描雷达的圆盘状天线。
相控阵雷达也可以安装在直接作战的军用飞机——战斗机、轰炸机上，苏联为MiG-31设计的SBI-16 Zaslon雷达是世界第一款使用在中小型军用机种上面的相位阵列雷达，美国第一款装置在非支援型军用飞机上的相位阵列雷达是B-1B上的AN/APQ-164雷达。这两款都是被动相位阵列。
第一种能够安装在中小型军用机上的实用型主动相位阵列雷达是装置在日本F-2战斗机上的J/APG-1，第二种则是美军F-22猛禽战斗机上的AN/APG-77。现在，多种战斗机或攻击机皆装备相控阵雷达。
海基系统
[编辑]长滩号核动力导弹巡洋舰是第一艘装备相位阵列雷达的军舰，装有四组固定式SPS-32/33型雷达。AN/SPY-1 3D相位阵列雷达是一种多功能雷达系统，拥有四面固定的无源相控阵天线，是神盾战斗系统的中枢。由于相列雷达的优点，一艘战舰可以只用一个雷达系统充当海面侦搜雷达（找船只）、空中侦搜雷达（找飞机与导弹）以及多目标射控系统。第三项是战舰使用相列雷达的最重要理由。在引进相列雷达以前，导引一或两枚防空飞弹就需要一个射控雷达全力关注。一艘船因此只能与少数目标接战。相列雷达能快速重新定向雷达波，快到足以模拟许多个射控雷达，导引许多防空飞弹。这是神盾系统接战能力很强的原因之一。
类似的还有前苏联由陆基S-300衍生而来的S-300F海基防空导弹系统，其跟踪雷达也直接由陆基系统的相位阵列雷达改造而来，是旋转基座的单面被动相位阵列雷达，3P41型雷达装备于基洛夫级巡洋舰一二三号舰前后两台，光荣级巡洋舰和基洛夫级巡洋舰四号舰后部装备一台。“空中哨兵”四面固定阵列被动相控阵雷达装备于和戈尔什科夫苏联海军元帅号航空母舰和库兹涅佐夫海军元帅号航空母舰。俄罗斯S-300FM和30N6E1型单面旋转被动相位阵列雷达装备于基洛夫级巡洋舰四号舰前部和051C型驱逐舰。“5P-20K”四面固定阵列X波段有源相位阵列雷达，装备在戈尔什科夫海军元帅级巡防舰和改装后的基洛夫级巡洋舰三号舰上。
中国人民解放军海军的四面固定式主动相位阵列346型雷达，在中华神盾系统中扮演核心角色。
法国泰雷兹集团武仙座电子扫描阵列雷达装备于阿基坦级巡防舰和可畏级巡防舰。泰雷兹荷兰公司的APAR四面固定阵列相控阵雷达装备于七省级巡防舰、萨克森级巡防舰、伊万·休特菲尔德级巡防舰。
义大利Aelena主导研发的EMPAR（欧洲多功能相控阵雷达）单面旋转被动相位列阵雷达装备于地平线级驱逐舰和加富尔号航空母舰。
