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五代机的“标配”有源相控阵雷达,为何不惜成本也要搞?有源相控阵雷达的工作原理

作者:五金加工
文章来源:本站

  

五代机的“标配”有源相控阵雷达,为何不惜成本也要搞?有源相控阵雷达的工作原理

  

五代机的“标配”有源相控阵雷达,为何不惜成本也要搞?有源相控阵雷达的工作原理

  radr[雷达]是一种依靠发射无线電波并接收反射波发現目标的装置!

  世界第一部雷达是1936年英国人发明的“本土链”雷达系统、那时就能够探索发现250千米远的飞行目标……

  随着无线电通讯技术、计算机技术、突飞猛进雷达技术日新月异越来越先进、同时也是衡量一个国家无线电技术先进程度的装置。

  雷达从早期的机械式扫描发展到现在的无线电波发射扫描。

  有源(主动)相控阵雷达是当今世界最先进技术的雷达系统。

  APAR(ActivephascⅠArrayRadar)有源相控阵列式雷达其最大优势是每个阵列单元都是独立信号源、每个小单元都向外发射信号源、集中扫描一个区域、并且快速计算处理接收信号……

  (图中每一个小点都是一个独立系统)

  我國研发的KIj-7a“三面陣”有源相控阵雷达处于世界领先水平)

  有源相控陣雷达的核心、是T/R组件成本占一部雷达系统的60%~75%以上、由1000个~3000个T/R组件组成陣列、价格昂貴例如美國“大黄蜂”配置的APG-79美軍来釆购价300万美元。

  有源相控阵列雷达的每个发射器是由砷化镓和氮化镓晶体管制作、比普通电脑OPU硅单晶体管贵几十倍、而且是成品卒低、制作过程中废品率很高……

  有源(主动)相控阵列雷达结构紧凑、重量轻、探测距离远、抗干扰强、扫描计算速度快是现代机载/舰载、陆基雷达系统的标配。

  (我国科技工作者首创的世界第一种圆型有源相控阵雷达系统)

  我国雷达系统研发科技工作者积极向世界一流水平看齐、在有源相控阵雷达领域处于领先位置。

  我国新型号驱逐舰、航母、三/四代火控雷达系统就是有力的证明、现代高科技技术的武器装备像“下饺子般”装备部队、雷达……“千里眼顺风耳”功不可没!

  各国自然而然不惜代价研发和装备有源相控阵雷达。

  军事技术要与时俱进,机载雷达首当其冲。传统的机械脉冲多普勒雷达,为了获得更远的探测距离,只有越做越大,而机头空间是一定的,这就给先进性带来很大阻碍。相控阵雷达的出现,则成功解决了是一问题。

  把大量独立的移相控制的小型天线单元,集成在一个不大的阵面,即相控阵雷达,由于有功率大,发现远的技术优势,进入新的世纪以来,得到了迅速发展,并成为五代机的标配。

  美制F-22率先使用,编号为APG77,其T/R组件达到2200多个,功率达到了16.4千瓦,对三代战机的发现距离达到了240公里,对0.001平米的目标可达到35公里以上,最多可同步跟踪100多个目标。据说它有一个绝活,它的低探测率通过扩频分担来实现,其技术难点在于扩频波束形成与成形,但也留下了精度不足的技术痼疾。

  相对于APG77,美国用于第二款五代机F-35上的APG-81,体积上要小得多,只有1200个发射/接收模块,成本也要小很多,但在对地对海探测有绝招,有地图测绘和探测地面移动目标的能力。

  相对于美国,俄罗斯由于国力的原因,半导体技术处于相对弱势,其苏-57使用的N-036有源相控阵雷达,只有1000多个T/R组件,但因为在机头两侧和襟翼分别加装了X波段和L波段雷达,使苏-57具备了发现隐身目标的明显优势。自成一家,虽然说无可奈何,但也通过技术创新,赋予其极大的能量。

  我国机载相控阵雷达,起步相对美国较晚,但发展较快,如2022年在珠海亮相的KLJ-7,成为第一部机载三面阵雷达,因此有理由相信,用于五代机歼-20,要比公开亮相者进步许多。

  五代机的四大标准中有一项是超视距攻击。超视距攻击靠的是什么?是雷达,只有有高性能的雷达,才能探测更远,才能有更强的战场感知能力,从而做到先敌发现,先发制人,掌握战场的主动权。相控阵雷达是目前最先进的机载雷达,它的性能要远远超过普通雷达,可以赋予战斗机更为强大的战场感知能力。而且其他国家在挤破头研究自己不研究的话就落后了,所以现在几个主要的军事强国都在不计成本的研究相控阵雷达。

  相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达,它利用多个单独的小型天线单元排列在一起,形成一个发的天线阵列。每个小型天线单元都是一个辐射器,可以发射雷达波束也可以接收雷达波束,且每个天线单元都有独立的相位开关控制器。计算机控制每个天线单元的相位开关,就可以让天线单元合成不同相位的波,改变波束的方向,从而实现对一定范围的电扫描。

  这种电扫描和传统利用机电设备摇摆单一发射天线的机械扫描的雷达相比,有着相当明显的优势。

  第一,波束指向更为灵活,可以实现快速扫描,数据刷新率非常高。

  第二,一个雷达天线可以形成多个独立波束,可以同时对多个目标进行搜索,识别,跟踪,制导,在经过计算机的信息处理,飞行员可以根据计算机反馈的信息选择最具威胁的目标进行打击,战斗机的战斗力和灵活性大大提升。

  第三,相控阵的天线单元非常多,可以形成大量独立波束,目标容量巨大,在其扫描范围内可以跟踪几十上百个目标。这对具备隐身性能,超视距攻击的第五代战斗机来说简直不要太爽,可以毫不费力的实现多个目标锁定,将自己的优势最大化。利用自身的相控阵雷达和预警机相控阵雷达的数据共享,在几百公里外对多个敌方威胁目标进行跟踪锁定,一次性清空单舱里的所有中远程空空导弹,然后掉头返航回基地补充燃油准备第二次出动作战。

  第四,相控阵雷达抗干扰能力出色,在复杂环境下依然可以正常工作。

  第五,战场生存能力出色。机械扫描式雷达天线是一个整体,如果被敌方击中,一个地方坏了那就全坏了。而相控阵雷达是一个一个独立天线单元组合起来的,这样一来,就算是在战场上被敌方打掉一部分,剩下的天线单元依然可以继续工作,只不过性能会受到一定影响而已。

  相控阵雷达也有缺点,设备复杂,造价及其昂贵就不说了,说两个技术上的缺陷。

  第一,散热!相控阵雷达产热非常恐怖,所以散热是一个非常重要的问题。一般机载相控阵雷达的天线都会针对产热设计风冷和液冷装置。好在战斗机飞行速度较快,可以利用气流轻松冷却机头的天线。不过内部的芯片和其他设备就需要专业的冷却装置了。

  其相控阵雷达天线转动了,清晰可见

  第二,波束扫描范围有限,最大扫描角为90°-120°。所以为了扩大扫描范围,战斗机机头装备的相控阵雷达大多都不是全电扫描的,而是将天线装在一个机械设备上,让天线可以转动,从而达到增大扫描范围的目的。相控阵雷达实现360°战场环视的话,一面固定的天线是做不到的,需要多个天线相互配合。比如军舰,就使用4面天线实现360°环视战场。但欧洲人不这么玩儿,他们更倾向于让相控阵雷达天线转起来,所以欧洲军舰头顶会定个球,这个球就是他们的相控阵雷达天线。

  相控阵雷达性能优势非常明显,但是成本高昂,但总得来说瑕不掩瑜,相控阵雷达已经成为各国的主流机载雷达。而且,随着有源相控阵雷达技术的进一步成熟,现代的五代机大多装备有性能出色的有源相控阵雷达(AESA)系统,战场感知能力早已经不是装备传统雷达的战斗机可以想象的了。贵虽然贵,但是军工发展成本从来都不是最主要的阻碍,目前几个研究五代机国家都是世界强国,研究几套相控阵雷达的资金还是拿得出来的。

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  因为相控阵雷达可以先敌发现,然后再引导导弹等武器先敌开火!现在海陆空作战,甚至未来的太空战,谁先发现对方和谁先开火,往往决定着一场战斗的胜利!

  而现代作战,雷达就是“眼睛”,所以靠的就是谁的雷达性能先进!而相控阵雷达就是目前机载雷达当中最先进的一种雷达,它的特点除了前面提到的探测距离远,还有它的探测精度高,探测和锁定的目标数量多,同时可以跟踪和锁定几十个空中目标,并且可以引导武器进行攻击!

  打个比方,如果空中两架战斗机由远到近进行空中作战,这两架战斗机除了雷达之外,其它的性能相同,一架装备了有源相控阵雷达战斗机A,探测距离350公里,一架装备了传统的脉冲多普勒雷达战斗机B,探测距离150公里。

  战斗机A在距离战斗机B350公里的公里处,机载相控阵雷达就发现了战斗机B,这时A战斗机就具有了战场的主动权,开始计划如何攻击B,也许发射完导弹打下战斗机B,B还不知道A在哪里。而B发现战斗机A,需要进入到150公里以内。

  所以就是在200公里的探测距离差,让A获胜的概率远远超过B,并且战斗机A不仅仅可以对付一架战斗机B,可以同时对付多架战斗机B,在200公里的探测距离差内,战斗机A可以同时对多个目标发起攻击。

  所以有源相控阵雷达让战斗机如虎添翼,装备有源相控阵成为了胜利的保障!不过有源相控阵雷达技术难度太高,全球没有几个国家能够独立研制,即使能够研制的国家,也必须要投入巨额的资金研制,不过对于这些国家来说,这是非常值得的!

  谢谢邀请!兔哥哥回答:首先相控阵雷达技术是目前最先进的雷达技术,也是一个适用于战斗机作战的雷达技术,并不是只有隐身战斗机才安装它,而是现代的新式战斗机都需要它,甚至是导弹也开始接受相控阵雷达技术,只不过是想要未必就能得到。

  相控阵雷达技术;相控阵雷达技术的特点有别于传统雷达,传统雷达采用的是机械结构,雷达不停的旋转,每旋转一次接收一次雷达波束反射回来的信号,转的越快定位越准。所以传统雷达中的火控雷达转速都高,而侦察警戒雷达转速都难慢并且个头大。相控阵雷达有两个模式,一个是有源相控阵,一个是无源相控阵。区别在于发射接收控制器的多少,表面上看没什么区别,无源相控阵雷达有一个中央发射机和接收机,有源相控阵雷达每一个阵元都是独立的发射机和接收机,有源相控阵雷达比无源相控阵雷达好,坏几个阵元照样能用,性能也高出许多。有源相控阵雷达采用了发射、接受单元(阵元)阵面,每一个单元(阵面)就相当于是一个小型雷达。相控阵雷达采用了多个阵元,而且是阵面越大阵元越多,多则几万,少则几百,这些阵元有规则地排列在平面上,构成平面阵列天线。通过计算机控制移相器就可以改变电磁波束的扫描方向。相控阵雷达性能优劣和阵元的多少有关系,而安装多少个阵元又和战斗机的机头空间大小有关系。如果是一个小脑瓜的战斗机即便是相控阵雷达,也不能和阵面大,阵元多的相控阵雷达战斗机比。??战斗机用相控阵雷达

  相控阵雷达的优势成为战斗机的首选雷达;相控阵雷达的天线阵面是不动的,而传统机械雷达是需要不停的转动方向的,这样就减少了战斗机上面的设备,重量也减轻了。战斗机上的传统雷达虽然可以转动,但受机头部位的限制并不能转动很大,而相控阵雷达则通过移相器控制雷达上下左右探测。例如,美国的F-35隐身战斗机的相控阵雷达就能同时探测空中、水面目标。另外就是目标探测和引导弹药攻击能力,能明显增加探测数量和制导数量。还有就是距离,相控阵雷达的探测距离和精度明显好于传统雷达。正是因为相控阵雷达特有的适装性能和优秀的使用性能,才使它成为战斗机的首选。??F-35战斗机相控阵雷达探测范围图解

  好马配好鞍,隐身战斗机是目前最先进的战斗机,自然要拥有一个明亮的眼里了,先进战斗机加+先进雷达才能发挥出最大的战斗力。隐身战斗机目前可是神一般的存在,也是战斗机领域最先进的机型,先进性能中就有相控阵雷达的一份功劳,也可以理解为隐身战斗机就是需要安装相控阵雷达。隐身战斗并不是谁想造就能造出来,相控阵雷达也是如此,强强联手,优优组合才能把隐身战斗机的性能发挥到最大,正所谓好马配好鞍,隐身战斗机自然要拥有一款看得远,看得准,瞄得上,打得准的好雷达。??下图是机械雷达,也是传统雷达。

  相控阵雷达技术先进,价格自然要高,隐身战斗机同样是高科技产品,同样也是高价值武器装备,好东西相互搭配才能不花冤枉钱。隐身战斗机是根据传统战斗机容易被雷达探测到,而研制的一款反雷达探测战斗机。隐身战斗机并不是真隐身,而是通过折射、吸收、遮蔽雷达电磁波束的方法达到隐身目的。和传统战斗机比,隐身战斗机能够突破对方雷达防御纵深地带进行战斗,空战中也能利用隐身性能占据有利位置。相控阵雷达探测距离和精度,区域要优于传统雷达,是隐身战斗机的眼睛,和传统雷达比,相控阵雷达就好比是苍蝇的复眼,而传统雷达则是独眼龙,需要不停的摇头晃脑才能发展目标,这样战斗机就容易摆脱被锁定。而相控阵雷达不需要摇头晃脑,通过移相器就能对90~120度范围进行跟踪锁定,被抓住的战斗机很难脱离锁定。可以说是相控阵雷达使隐身战斗机的性能得到了提升,也就成为隐身战斗机的标配雷达,对于一款先进的战斗机,多花点钱值,要知道这些可都是有钱未必就能买到的,能买到的都先进不了哪里去。

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