惊曝中国中华盾核心机密：346有源相控阵雷达大揭秘

http://junshi.xilu.com/2010/0827/news_44_104314.html
     七年前，黄浦江畔张袂成帷，人们的目光都聚焦在船坞上的一艘崭新的战舰上，随着汽笛的响起，战舰缓缓的进入了黄浦江中，这一刻被历史所铭记：它标志着我国真正意义上的第三代驱逐舰正式下水，我海军舰艇编队即将告别由海红旗7和红旗61组成的海上防空体系，距离我海军真正具备区域防空能力的日子已经不远。时隔七年，当年如火的激情多少有所降温，而零零碎碎的讨论、争论也在七年的时间里经过各种碰撞，淘汰和融合中，较真实完整的概括了052C技战术性能的林林总总。052C防空核心由我国自主研发的第一代舰载有源相控阵雷达系统和远程主动舰空导弹 海红旗九组成，关于052C上相控阵雷达有源还是无源的疑问，时至今日已经基本烟消云散了。让我们不妨再进一步解开她的衣纱，一窥该雷达硬件方面的冰山一角。水平有限，各位批判着看，抛砖引玉。
　　早期的有源相控阵采用真空元件作为辐射单元，如于20世纪60年代 美国研制的世界第一台有源相控阵雷达 AN/FPS 85，其发射天线阵由5184个真空四级管组成，平均功率超过400KW。真空管虽然具有低成本和输出功率高的优点，但是缺点也显而易见，如由于高峰值功率的要求，对馈线也提出了很高的要求，还有诸如工作带宽窄，耗电和发热量高，可靠性低等，特别是体积问题成为了一些特定载台工程运用上的致命伤。

　　21世纪，水面舰艇面对来自空中的威胁日益增大，由于反舰导弹射程有较大幅度的提升，水面舰艇主要拦截的目标已经从敌发射平台转为各类反舰导弹。大多数舰载相控阵雷达不但要对多批高空远距离目标进行监视判别，为舰队提供预警，还要具备对低空迫近的小型目标快速截获和稳定跟踪的能力以引导舰空导弹执行拦截任务，这就要求雷达不但要有较远的探测距离还要有良好的角分辨率。我们知道在同一天线口径尺寸下，波长与角分辨率成反比，与探测距离成正比，所以相控阵雷达设计时要根据不同的任务选择合适的工作频率。对搭载于大型防空舰的相控阵雷达，探测距离和精度的要求都不低，所以工作频率选择在2。0GHz-4。0GHz较为合适，如SPY-1，桑普森和未来搭载于DDG1000的VSR都工作在S波段，052C上的相控阵雷达显然也不会脱离这个范畴。

　　对于有源阵，除了选择合适的工作波长外并且在保持低旁瓣的前提下，还要求进一步提高雷达的平均功率，最简单的方法就是增加辐射单元数，可是特定载台由于空间的严格限制，此方法存在极大的局限性。于是只能寄望于有源阵的功率密度能够更上一层楼，既阵面的单位面积上输出发射信号的平均功率的提高。同时为了提高测量精度，识别目标兼具有良好的抗干扰能力，还要求雷达有大的工作带宽和信号带宽。另外MTBF（无故障平均时间）也是有源阵的一个重要的技战术指标。综上所述，不难发现舰载有源阵阵面材料既要有良好的高频率工作能力，大的工作带宽还要有高的功率密度，小体积和高可靠性，同时兼顾成本。电真空器件显然难以满足，这就促使了微波晶体管的应用。

　　以现在的晶体加工技术以及战术有源相控阵雷达的需要，操作频率在S波段以上的有源阵，微波晶体管选用砷化镓（GaAs）和硅双级晶体管为宜。而在两者之间择取的话，若成本在可接纳范围和技术条件允许，又以GaAs为优。

　　因为GaAs工作频率可以比硅双极管高得多，这对雷达的瞬时带宽能提供很大的设计裕度，而瞬时带宽能不能做得高将直接影响雷达的分辨率，同时还关系着电战能力，所以如果技术条件支持，GaAs是较好的选择。不过选择GaAs也会带来两个问题，1。成本。以以前的加工水平，GaAs的成本是硅双极管的2，30倍，而且良品率低，即便是以94，95年当时的加工技术为背景，GaAs成本亦在硅双极管的数倍。2。GaAs脉冲功率电平比硅双极管低得多，功率难以做大而且还对功分时的精度把握提出了很高的要求，如果把握得不好可能导致直接击穿。这两个条件也为我在下文中的推测给出了前提。

　　地球的另一端，有一款舰载有源相控阵雷达与346较为相似，它就是代表欧洲最高水平的Type 45驱逐舰的核心“桑普森”雷达，桑普森工作波段亦是S波段，雷达单阵面由2600个砷化镓，以每四个封装成一个T/R模组共650个T/R模组组成，最大探测距离在450公里以上，在320公里这个距离能同时跟踪4000个目标并能同时对其中168个目标建立起稳定的航迹。桑普森能同时引导32枚紫菀（Aster 15/30）拦截16个目标。可以说桑普森与紫菀门当户对，各自将对方的性能发挥得淋漓尽致，毫不保留。http://junshi.xilu.com/2010/0827/news_44_104314.html
     七年前，黄浦江畔张袂成帷，人们的目光都聚焦在船坞上的一艘崭新的战舰上，随着汽笛的响起，战舰缓缓的进入了黄浦江中，这一刻被历史所铭记：它标志着我国真正意义上的第三代驱逐舰正式下水，我海军舰艇编队即将告别由海红旗7和红旗61组成的海上防空体系，距离我海军真正具备区域防空能力的日子已经不远。时隔七年，当年如火的激情多少有所降温，而零零碎碎的讨论、争论也在七年的时间里经过各种碰撞，淘汰和融合中，较真实完整的概括了052C技战术性能的林林总总。052C防空核心由我国自主研发的第一代舰载有源相控阵雷达系统和远程主动舰空导弹 海红旗九组成，关于052C上相控阵雷达有源还是无源的疑问，时至今日已经基本烟消云散了。让我们不妨再进一步解开她的衣纱，一窥该雷达硬件方面的冰山一角。水平有限，各位批判着看，抛砖引玉。
　　早期的有源相控阵采用真空元件作为辐射单元，如于20世纪60年代 美国研制的世界第一台有源相控阵雷达 AN/FPS 85，其发射天线阵由5184个真空四级管组成，平均功率超过400KW。真空管虽然具有低成本和输出功率高的优点，但是缺点也显而易见，如由于高峰值功率的要求，对馈线也提出了很高的要求，还有诸如工作带宽窄，耗电和发热量高，可靠性低等，特别是体积问题成为了一些特定载台工程运用上的致命伤。

　　21世纪，水面舰艇面对来自空中的威胁日益增大，由于反舰导弹射程有较大幅度的提升，水面舰艇主要拦截的目标已经从敌发射平台转为各类反舰导弹。大多数舰载相控阵雷达不但要对多批高空远距离目标进行监视判别，为舰队提供预警，还要具备对低空迫近的小型目标快速截获和稳定跟踪的能力以引导舰空导弹执行拦截任务，这就要求雷达不但要有较远的探测距离还要有良好的角分辨率。我们知道在同一天线口径尺寸下，波长与角分辨率成反比，与探测距离成正比，所以相控阵雷达设计时要根据不同的任务选择合适的工作频率。对搭载于大型防空舰的相控阵雷达，探测距离和精度的要求都不低，所以工作频率选择在2。0GHz-4。0GHz较为合适，如SPY-1，桑普森和未来搭载于DDG1000的VSR都工作在S波段，052C上的相控阵雷达显然也不会脱离这个范畴。

　　对于有源阵，除了选择合适的工作波长外并且在保持低旁瓣的前提下，还要求进一步提高雷达的平均功率，最简单的方法就是增加辐射单元数，可是特定载台由于空间的严格限制，此方法存在极大的局限性。于是只能寄望于有源阵的功率密度能够更上一层楼，既阵面的单位面积上输出发射信号的平均功率的提高。同时为了提高测量精度，识别目标兼具有良好的抗干扰能力，还要求雷达有大的工作带宽和信号带宽。另外MTBF（无故障平均时间）也是有源阵的一个重要的技战术指标。综上所述，不难发现舰载有源阵阵面材料既要有良好的高频率工作能力，大的工作带宽还要有高的功率密度，小体积和高可靠性，同时兼顾成本。电真空器件显然难以满足，这就促使了微波晶体管的应用。

　　以现在的晶体加工技术以及战术有源相控阵雷达的需要，操作频率在S波段以上的有源阵，微波晶体管选用砷化镓（GaAs）和硅双级晶体管为宜。而在两者之间择取的话，若成本在可接纳范围和技术条件允许，又以GaAs为优。

　　因为GaAs工作频率可以比硅双极管高得多，这对雷达的瞬时带宽能提供很大的设计裕度，而瞬时带宽能不能做得高将直接影响雷达的分辨率，同时还关系着电战能力，所以如果技术条件支持，GaAs是较好的选择。不过选择GaAs也会带来两个问题，1。成本。以以前的加工水平，GaAs的成本是硅双极管的2，30倍，而且良品率低，即便是以94，95年当时的加工技术为背景，GaAs成本亦在硅双极管的数倍。2。GaAs脉冲功率电平比硅双极管低得多，功率难以做大而且还对功分时的精度把握提出了很高的要求，如果把握得不好可能导致直接击穿。这两个条件也为我在下文中的推测给出了前提。

　　地球的另一端，有一款舰载有源相控阵雷达与346较为相似，它就是代表欧洲最高水平的Type 45驱逐舰的核心“桑普森”雷达，桑普森工作波段亦是S波段，雷达单阵面由2600个砷化镓，以每四个封装成一个T/R模组共650个T/R模组组成，最大探测距离在450公里以上，在320公里这个距离能同时跟踪4000个目标并能同时对其中168个目标建立起稳定的航迹。桑普森能同时引导32枚紫菀（Aster 15/30）拦截16个目标。可以说桑普森与紫菀门当户对，各自将对方的性能发挥得淋漓尽致，毫不保留。