電子掃描陣列雷達

電子掃描陣列雷達是指雷達天線利用改變天線表面的陣列發出的波束的合成，以達到改變波束掃描方向或者是角度的設計。這種設計有別於機械掃描的雷達天線，可以減少或者是刪除驅動雷達天線以達到涵蓋較大偵測範圍的目的。

基本介紹

• 中文名：電子掃描陣列雷達
• 外文名：Electronically Scanned Array radar, ESA radar
• 原理：改變天線表面的陣列發出的波束
• 作用：改變波束掃描方向或是角度的設計
• 領域：測繪科學與技術
• 掃描：電子掃描

簡介

電子掃描陣列雷達（Electronically Scanned Array radar, ESA radar），是指一類通過改變天線表面陣列所發出波束的合成方式，來改變波束掃描方向的雷達。這種設計有別於機械掃描的雷達天線，可以減少或完全避免使用機械馬達驅動雷達天線便可達到涵蓋較大偵測範圍的目的。當然，這並非表示相控陣雷達就不可以採用機械轉動的方式來增大掃描範圍，事實上採用機械轉動相控陣雷達基座的方式可以進一步增大雷達波所能覆蓋的範圍，比如俄國現代級、英國45型等防空驅逐艦都裝備或將裝備雙面相控陣雷達（而不是如美國神盾艦上的四面陣），這就使它們不得不採用旋轉陣面的方式來覆蓋360度圓周，這是相控陣+機械轉動結合的典型實例。電子掃描天線使用的陣列包含一維線性陣列與二維陣列兩種。這兩種陣列代表波束可以控制方向上的差異。

雷達

相控陣天線採用電子掃描、全固態分散式發射機,大大提高了可靠性,可以實現全自動、無人值守、長期不間斷工作,在氣象雷達中有很好的套用前景。

天線型態

頻率掃描

軍事上很少有電子掃描雷達採用掃頻的方式來控制波瓣指向，因此通常所說的“電掃”都是指“相位掃描”的相控陣雷達。但是早期的相控陣雷達上也有混合了掃頻機制的例子，比如美國核動力飛彈巡洋艦“長灘號”以及核動力航空母艦“企業號”上的SCANFAR雷達系統，其目標追蹤子系統AN/SPS-33雷達就是對目標高度掃描採用頻率掃描，而對目標方位角掃描採用相位掃描的機制工作的。

相位掃描：被動相控陣/無源相控陣

Passive Phased Array Radar, PPAR radar，無源相控陣雷達，是 PESA radar 即無源電子掃描陣列雷達的一種。英文Passive翻譯為“被動”或“無源”，意思是指天線表面的陣列單元只有改變訊號相位的能力而沒有發射信號的能力，訊號的產生還是依靠天線後方的訊號產生器，然後利用波導管將產生的訊號送到訊號放大器上，再傳送到陣列單元上面，接收時則反向而行。由於每個陣列單元自身不能作為訊號源主動發射電磁波，所以被稱作被動相控陣或無源相控陣。

F220巡防艦上的相控陣雷達

現在的無源相控陣雷達多是以行波管產生訊號，這和最新的脈衝都卜勒雷達產生訊號的方式一樣，區別主要在天線上。

相位掃描：主動相控陣/有源相控陣

Active Phased Array Radar, APAR radar，有源相控陣雷達，是 AESA radar 即有源電子掃描陣列雷達的一種。英文Active翻譯為“主動”或“有源”，意思是指天線表面的每一個陣列單元都完整地包含訊號產生、發射與接收的能力，也就是將訊號產生器、放大器等等全部縮小放在每一個陣列單元以內，天線不需要依靠訊號產生器以及波導管饋送訊號。由於每個陣列單元都可以單獨作為訊號源主動發射電磁波，所以被稱作主動相控陣或有源相控陣。這是目前相控陣天線發展的主流趨勢。

有源相控陣的的每個單元只掃描一小塊固定區域。各個模組的訊號的相對相位經過適當調整，最後會強化訊號在指定方向的強度，並且壓抑其他方向的強度。在同樣的涵蓋範圍以內，不需要移動雷達天線也可以滿足掃描的需求。此雷達的電子零件需要“快速移相器”，而控制相控陣也需要極高的計算能力。此雷達理論在二次大戰時提出，最早使用是用於地面的大型彈道飛彈預警雷達上面。空用系統最早是出現在美國空軍一架RC-135 Rivet Amber飛機上面進行試驗，這架飛機稍後發生意外墜毀。能夠使用在船艦上或者是軍用飛機上的小型化有源陣列技術要到1980年代才逐漸成熟，成本降低到可以接受的程度。

提康德羅加級飛彈巡洋艦之類神盾

有源相控陣的好處除了與無源相控陣類似之外，由於取消波導管的配置，電磁波能量在傳送過程中的散失得以降低，能量輸出得以集中在波束上。此外，波束訊號的產生是在陣列單元上面，免除傳送的線路也就降低噪訊的影響。有源陣列天線在頻率的變換與多模式的同時運作方面比無源陣列更有效，當天線表面的陣列有部分受損或者是故障的情況下，雷達的性能會稍微降低，但是不會無法工作。有源陣列的天線在執行多工模式時，可以將雷達分為幾個區塊，各自發出波束同時執行不同的任務。而無源陣列則是以快速波束跳躍的方式在近乎同時的情形下執行多工掃描。由於有源陣列相比於無源陣列省略波導管造成的能量耗損，因此探測距離得以大幅延長，而無源相控陣雷達的探測距離卻由於耗損而稍遜於同功率的傳統機械。隨著相控陣技術的日趨成熟，採用相控陣技術的天氣雷達可以更好地探測和跟蹤快速變化的中小尺度天氣系統，提高對災害性天氣的預警能力，服務於氣象防災減災。

使用形態

陸用系統

大型彈道飛彈預警天線使用有源或者是無源陣列的設計由美國首先引進，美國與蘇聯都有部署類似的系統擔任警戒的工作。

空用系統

空用系統最早是出現在美國以C-135改裝的電子作戰飛機上面，其中以使用無源相控陣的較多，使用有源陣列的只有Rivet Amber一架，當意外發生之後，美國空軍並未另外改裝一架C-135補充損失。

可以安裝在戰鬥機或者是轟炸機的相控陣雷達系統當中，蘇聯為MiG-31設計的SBI-16 Zaslon雷達是世界第一款使用在中小型軍用機種上面的相控陣雷達，美國第一款裝置在中小型軍用飛機上的相控陣雷達是B-1B上的APQ-164雷達。這兩款都是無源相控陣。

第一種能夠安裝在中小型軍用機上的實用型有源相控陣雷達是裝置在日本F-2戰鬥機上的J/APG-1，第二種則是美軍F/A-22猛禽戰鬥機上的AN/APG-77。

海用系統

海上的相列雷達可以AN/SPY-1為例。AN/SPY-1是一種多功能雷達系統，也是神盾戰鬥系統的中樞。由於相列雷達的優點，一艘戰艦可以只用一個雷達系統充當海面偵蒐雷達（找船隻）、空中偵蒐雷達（找飛機與飛彈）以及多目標火炮控制系統。第三項是戰艦使用相列雷達的最重要理由。在引進相列雷達以前，導引一個防空飛彈就需要一個火控雷達全力關注。一艘船因此只能與少數目標接戰。相列雷達能快速重新定向雷達波，快到足以模擬許多個火控雷達，導引許多防空飛彈。這是神盾系統接戰能力很強的原因之一。