星载雷达有源相控阵天线轻量化技术

1 引言

进入二十一世纪，基于星载平台的雷达探测已成为军事侦察和战略预警的重要手段。随着应用需求的不断发展，更多新型星载雷达的研制已提上日程。这些不同类型的星载雷达在分辨率、工作模式以及部署轨道高度方面都有更高的要求，考虑到其基于卫星平台发射和在空间环境下应用的特性，如何控制雷达载荷重量，即实现雷达的轻量化成为研制过程中迫切需要解决的共性问题。

星载雷达的轻量化主要集中于对天线的轻量化。近年来，有源相控阵天线由于具有波束灵活可控以及高可靠性的优势，在星载雷达上的应用已日趋广泛，其重量也通常占到整个雷达载荷重量的80% 以上。未来星载雷达要有效完成高分辨率对地成像、快速动目标实时搜索跟踪等军事任务，需要具备更大口径和更强的电性能。在口径不断增大、电性能指标不断提高以至设备量越来越多的情况下，如采用传统相控阵设计方法，天线重量将呈现指数级的增长，必然造成载荷重量及体积过大，难以适应发射要求。此外，为满足空间多星组网应用需要，雷达的小型化、低成本也同样需要天线在保证性能的前提下解决轻量化的问题。

实现相控阵天线的轻量化，不仅可为整个雷达系统的重量控制做出更大贡献，同时由于天线在集成度方面的不断提高，客观上也将对雷达性能的提升产生较大地推动作用。轻量化天线技术作为未来星载相控阵天线技术发展的主流方向，涉及先进的设计思想、设计手段、材料、器件以及制造工艺，涵盖有源相控阵天线技术的几乎全部方面，已事实上成为当前该领域的研究重点。

2 技术趋势分析

星载有源相控阵天线现多用于星载合成孔径雷达，设计上均采用模块化设计，即将全阵划分为多个独立模块，模块内由沿距离向排列的辐射子阵（子阵内单元沿方位向排列）及配套设备构成：每个子阵接入独立的T/R组件，通过进行模块级别的分布式供电和控制，实现辐射子阵级别的幅度、相位独立控制，从而满足雷达提出的仅距离向一维波束扫描或准二维波束扫描要求。

从发展趋势来看，国外在星载雷达相控阵天线方面的发展已呈现出明显的轻量化态势。表1列出了若干近年来国外已发射或待发射的星载SAR相控阵天线的关键参数。从现有数据来看，较低频段（指L、C波段）天线由于单个组件输出功率较大，T/R组件数量相对较少，单位面积重量偏低，为40kg/m2左右；而对于X波段工作天线，组件输出功率低且数量大，天线则重得多。现已发射的TerraSAR-X平均重量在100kg/m2以上，预定在2010年发射的Discover-II，工作于X波段，天线口径为40m2，在组件数量达2800个的情况下，平均重量仅为37.5kg/m2，可见该天线的设计在集成化、轻量化方面将有较大的突破。

尽管不同技术指标要求（包括天线口径、功率密度、工作带宽、扫描能力、极化方式等）直接影响天线设备量，从而导致天线在重量上的差异，但不论是以单位面积重量或单位功率孔径积重量来衡量，表1均显示星载雷达有源相控阵天线的重量控制水平正在不断提高。

表1 国外星载雷达相控阵天线参数