科普向：相控阵雷达先进在哪？

对于很多人来说，相控阵雷达非常耳熟，但它的原理又是什么呢？

传统雷达与相控阵雷达之区别

要说相控阵雷达的原理，就不得不提一下传统雷达的工作方式。影视中，如果非要出现雷达画面的话，传统雷达就是最好的道具，因为传统雷达动感十足，快速旋转的天线便于营造紧迫感。

传统机械式雷达通过不停转动来扫描目标

雷达探测目标距离的原理：雷达波从发射到从目标返回的总时间，乘上光速，等于目标距离的两倍。

传统雷达依靠360度旋转来扫描目标，而相控阵雷达与它的区别是，绝大多数相控阵雷达都是不动的，既然不动，那它又是如何扫描不同方向的呢？

答案是，相控阵雷达不是"一个雷达"，本质上，它是很多个"传统雷达"的共同体。

相控阵雷达的天线

很容易就能发现，相控阵雷达的天线由无数个小单元天线组成，这些小单元天线叫做"阵元"，对于有源相控阵雷达来说，每一个阵元都是独立控制的，它们既能独立发射雷达波，也能接收雷达波的回波信号。

相控阵雷达不但不动，而且天线阵列也是平面的，那奇怪了，它到底是如何调整扫描方向的？顾名思义，"相控阵"就是控制每个阵元产生电磁波的相位与幅度，以此强化电磁波在指定方向上的强度，并压抑其他方向的强度，从而实现让电磁波束的方向发生改变。

相控阵雷达扫描不同方向动画示意图

这就是相控阵雷达的基本工作原理，人们常把传统机械式扫描雷达比喻为"个体户"，而把相控阵雷达说成是"合作社"。人们还把它说成是21世纪的雷达，是否装配相控阵雷达也是第四代战斗机一个非常重要的标准。而很多第三代机，把老式雷达改装成相控阵雷达后，战斗力迅速提高。

F-16装上相控阵雷达后，火鸡变凤凰

下面，我们就来看看，相控阵雷达有哪些先进之处。

没有机械运动

相控阵雷达因为省去了整个天线的机械驱动系统，所以它的可靠性非常高，平均无故障时间远远高于传统雷达。另外，相控阵雷达的思想有点儿类似于互联网，某些节点坏了不影响整体功能的使用，数百个或上千个阵元中，就算有百分之十的阵元损坏，相控阵雷达依然可以使用。

分身有术

相控阵雷达是否强大，跟"阵元"是否先进和阵元数量的多少有很大的关系。阵元的数量可以是几百个，也可以是上万个，像美国的"铺路爪"陆基相控阵预警雷达，就有15360个能发射电磁波的阵元和2000个不发射电磁波的阵元。15360个阵元分成96组，与其他不发射电磁波的辐射器搭配起来，本质上相当于96部雷达的组合体。

美国的"铺路爪"长程预警雷达，主要用于监视弹道导弹，它可以探测导弹的弹道、发射点，计算出弹著点的位置。同时，它还可以用于监视和探测太空中的卫星。

正是因为有非常多的阵元，所以，军舰面对敌方导弹的饱和攻击时，可以把所有阵元分成若干组，每一组分别跟踪和对付一个目标。我们经常听到某种战机或者军舰能同时对付多少个多少个目标，其实，这其中的大部分功劳主要是属于战机或者军舰上的相控阵雷达。

F-35战机配备的AN / APG-81相控阵雷达，既可以跟踪空中的目标，还能监视地面上坦克和车辆，以及海面上的船只。

快速切换

蜻蜓的复眼

蜻蜓的眼睛又大又鼓，占据着头部的绝大部分，它是世界上眼睛最多的昆虫之一，由上万只"小眼"组成，蜻蜓的视力很棒，还能向上、向下、向前、向后看而不必转头。

相控阵雷达跟蜻蜓的复眼有相似之处，每一个阵元相当于蜻蜓的每一只小眼。在很多人的眼里，雷达就是会发射和接收电磁波的铁家伙，但是其实，人类的眼睛又何尝不是这样？人的眼睛依靠接收可见光这种电磁波从而看见东西，而雷达，本质上就是"人着眼"，它是战机、军舰和卫星的眼睛，没有雷达，拳头再硬也无用武之地。

传统雷达像人类的眼睛，估计还是独眼龙那种，想看到左边，就得把头扭向左边；而相控阵雷达，相当于蜻蜓的复眼，看左边和右边都不用扭头。这样的好处是，相控阵雷达探测和跟踪目标的速度极快，如果要调整100度的方向，普通雷达因为要转动，大约需要1秒，而相控阵雷达所需时间不到1毫秒。

它是雷达界的全能冠军

在过去，军舰上安装有不同种类的雷达，体积庞大、重不说，另一个麻烦是干扰，常常是，一种雷达工作时，另一种雷达就会受到干扰，严重的甚至不能同时工作。

由于相控阵雷达由电脑控制，所以它的方位指向和波段切换速度极快，能够同时完成对空、对地、对海不同目标的探测，如此的话，它可以把原来需要多种不同种类雷达才能完成的任务一下子接