雷达工作原理及相控阵雷达工作原理

提高自动化程度，简化了雷达操作，缩短了目标搜索、跟踪和发控准备时间，便于快速、准确地实施畦达程序和数据处理。因而可提高跟踪空中高速机动目标的能力。

（4）抗干扰能力强。相控阵雷达可以利用分布在天线孔径上的多个辐射单元综合成非常高的功率，并能合理地管理能量和控制主瓣增益，可以根据不同方向上的需要分配不同的发射能量，易于实现自适应旁瓣抑制和自适应抗各种干扰，有利于发现远离目标和小雷达反射面目标（如隐形飞机），还可提高抗反辐射导弹的能力。

（5）可靠性高。相控阵雷达的阵列组较多，且并联使用，即使有少量组件失效，仍能正常工作，突然完全失效的可能性最小。此外，随着固态器件的发展，格控阵雷达的固态器件越来越多，甚至已生产出全固态儿控阵雷达，如美国的。“爱国者”雷达，其天线的平均故障间隔时间高达15万小时，即使有10％单元损坏也不会影响雷达的正常工作。

当然，相控阵雷达不是十全十美的，也有其缺点。主要是造价贵，典型的相控阵雷达比一般雷达的造价要高出若干倍。此外，相控阵雷达对于短程弹道导弹的袭击可以说是无能为力，这也是美国及台湾为什么担心大陆方面在福建沿海部署东风导弹的原因。而1991年，海湾战争期间，伊拉克用“飞毛腿”导弹袭击以色列的时候，其“爱国者”导弹根本无法有效将其击落，何况短短的台湾海峡呢？

有关相控阵雷达的进一步说明

相控阵雷达又称作相位阵列雷达，是一种以改变雷达波相位来改变波束方向的雷达，因为是以电子方式控制波束而非传统的机械转动天线面方式，故又称电子扫描雷达。相控阵雷达有相当密集的天线阵列，在传统雷达天线面的面积上目前可安装一千多到两千多个相控阵天线 (F-22约有2000个)，任何一个天线都可收发雷达波，而相邻的数个天线即具有一个雷达的功能。扫描时，选定其中一个区块(数个天线单元)或数个区块对单一目标或区域进行扫描，因此整个雷达可同时对许多目标或区域进行扫描或追踪，具有多个雷达的功能。由於一个雷达可同时针对不同方向进行扫描，再加之扫描方式为电子控制而不必由机械转动，因此资料更新率大大提高，机械扫描雷达因受限於机械转动频率因而资料更新周期为秒或十秒级，电子扫描雷达则为毫秒或微秒级。因而它更适於对付高机动目标。此外由於可发射窄波束，因而也可充当电战天线使用，如电磁干扰甚至是构想中发射反相位雷达波来抵消探测电波等。

相控阵雷达对於飞机的匿踪性能也相当重要，传统的机械雷达之机械结构会造成相当大的回波，使用无机械结构的相控阵雷达就能使这一影响更小。而侦查时发射的窄波束也减低了被发现的机会，并使得敌方的电战系统难以发挥功能。

相控阵雷达何以有此功效呢？在做进一步认识之前，笔者先简单介绍雷达原理及其演进。雷达是高科技产物，但其基本原理是很简单的。

雷达是一种发射电磁波，藉由解算回波之种种数据来达到探测目的的一种装置。随著年代的演进而增加新的功能，但都不脱离两个基本步骤：发射雷达波以及解算回波。

电磁波的发射，是利用正负电荷之往返震荡而发出的，在雷达上是在天线上产生正负电荷并使之震荡如图一。发出电磁波之强度分布如图二，为一＂横躺＂在x轴上的＂8＂字绕y轴转动後所产生的立体形状，类似红血球一般，天线指向y轴而以横躺的8字中心为中心。

设由原点向任一方向画直线与此＂红血球形＂交於p点，则原点到p点的长度代表该方向电磁波强度。也就是说在垂直於y轴之平面上电磁波最强，随著与此平面之夹角增加电磁波随之减弱，在天线方向上则没有电磁波。以上所提对相控阵雷达原理之理解并不是那么重要，不过将有助於我们观察雷达天线的阵列情形。

当然，单一天线发射的雷达波依然是以球面扩散的，强度与距离平方成反比，所以当然不可能只用一个天线就能做成雷达啦，一定要有其他方法的，除了增强功率外，就是让雷达波尽量平行发射啦。为了达到此目的，目前主要有抛物面雷达以及平面阵列雷达，两者都是机械扫描雷达，但後者之原理与相控阵雷达有些相近。

抛物面雷达在抛物面焦点处安装发射天线，经抛物面反射成近乎平行波束，目前直升机雷达以及陆基防空雷达、机场雷达等多使用这种雷达。这种雷达现在渐渐被取代，因为抛物面相当难做，一般都是用球面或椭球面来近似，不论如何进似，终究不是真正抛物面，因此就容易出现误差。此外，这种雷达只由一个天线作收发工作，因而对单一天线性能要求就相当高，而天线故障整个雷达也就挂了。

这种雷达不是没有好处的，他能接收单一天线感测不到的强度的回波：天线有其能感测的最低电磁波强度(单位面积的功率)，若强度小於这个值，就无法感测或被当杂波滤除。抛物面天线可将回波反射回位於焦点的天线，故此时天线接收到的强度就是抛物面接收到之雷达波强度之加成。(副图：雷达波的＂加成＂示意)

平面阵列雷达则是在一个平面上布上许多天线，藉由波的干涉原理来制造近平行波束，基本发射原理与相控阵雷达相近故留待稍後解释之。西方标准的第三代战机以及俄国第四代战机 (除了MiG-31)多用这种雷达，中国自行研发的歼雷十也是平面阵列雷达。

此类雷达还仰赖＂合成孔径＂技术，雷达的性能除了探测距离、资料更新率等等外，还有个很重要的，解析度。解析度不高的雷达无法精确知道敌人的位置，只能知道敌人来袭却无法反制，因此要提高解析度，雷达的解析度与波束发散角(最外侧行进方向与中央线的夹角)有关，发散角越小解析度越高，而要降低发散角，就要加大天线。再某些时候这是不好做的，因而有人想到能否利用相间的小天线(天线阵列)来达成相同效果，实验证明是可行的，藉由对阵列上每个天线接收到的数据的合成处理，可以达到涵盖这些阵列的抛物面雷达的解析度。也就是说，当两天线相距d距离时，其解析度同等於以d为直径的抛物面雷达，不过接收功率仅为2个天线之接收功率和。也因为没有抛物面将回波＂加成＂，因此对於强度小於单一天线能感测强度之最小值之回波，此种雷达是无法感应的。

不论是抛物面或平面阵列式雷达，皆属於机械扫描雷达，*机械转动天线面来改变波束方向，因此其资料更新率与机械转动周期有关，这受到机械结构等问题影响而不会太快，一般更新周期以秒计。

抛物面雷达於平面阵列雷达之比较

口径相同时，两者的解析度相同，不过抛物面雷达接收到的功率是整个面接收到的能量的加成，故能接收强度较小的回波。而平面阵列雷达接收到的功率是每个天线的加成，其平面不可能全部都是天线，因此总功率低於抛物面雷达，且无法接收强度低於天线感测下限的回波。因为制造工艺的因素，加上相同的解析度，因此战机上抛物面雷达渐渐被取代。就好

像如果可能的话，所有的天文学家都会希望有一个直径跟地球一样大的望远镜，但那是不可能的，因此只能藉由整合分开的小望远镜来达到要求的解析度。

关於雷达天线的指向

从观察雷达天线的方向(就是电偶极/electric dipole的方向)，可以大概知道雷达的功能。仔细 观察时，会发现目前飞机上的平面阵列雷达，其天线都是水平放置的，而像俄罗斯 X-35/Kh-35＂天王星＂反舰导弹上的平面阵列雷达之天线，就是垂直放置的。详细情形我目前也不太清楚，我猜想这是因为这些飞机雷达需要兼顾对地性能(平面阵列雷达出现後的飞机一般都已具备对地能力)，而掠海飞行的反舰飞弹不需要下视，只要要求视野宽广即可。

前面提到电磁波的发射，以及电偶极方向与电磁波强度之关系。从那里我们可以看出水平放置以及垂直放置的天线发出电波的能量分布，并从中得到放置方式与功能的关系。在前者，电磁波在俯仰方向上是最强的，往两侧渐渐减弱；在後者，水平方向是最强的，而往上下两侧渐渐减弱。所以说当天线水平放置时，可以在俯仰方向维持高强度雷达波。故推测可能是为了兼顾对地处理能力而做这种布置。