上世纪80年代 相控阵雷达发展历程：20世纪70年代~21世纪

相控阵雷达发展历程：20世纪70年代~21世纪  

20世纪70年代和80年代发展起来的雷达系统通常是无源阵列，射频功率由一个集中式发射机，通过波导传输，并采用发射波束形成网络将功率分配至每个单元，每个天线单元通过移相器来实现波束扫描。 这样的发射机和辐射单元之间的功率损耗通常很大，造成了发射功率和系统效率的降低。在接收端，利用移相器和接收波束形成网络将接收到的信号在波束扫描方向进行合成，形成单脉冲和差通道，并将这些信号发送给集中式接收机。 对于海军雷达应用所需的高功率发射和低副瓣接收阵列来说，无源相控阵发射和接收损耗太高，限制了整个系统的灵敏度（通常用来衡量雷达在噪声中探测小信号能力）。 宙斯盾相控阵就是一个无源相控阵的例子。宙斯盾设计的一个进步是在发射波束形成网络中使用了子阵，将数十个中等功率发射机组合在一起以提高可靠性，并防止在任何一个位置出现很大的功率。 雷达系统发展历程的下一步是在阵列的每个单元应用固态晶体管功率放大器，这种阵列被称为AESA，使用有源电子扫描阵列的雷达通常被称为固态雷达。 有源相控阵在每个阵元后接T/R组件，典型的雷达T/R组件（图8）完成发射射频功率放大、接收信号低噪声放大、接收保护的限幅器、用于波束扫描和校准的移相器以及用于接收增益控制的可变衰减器。 相对于无源阵列，有源相控阵减小了发射和接收损耗，大大提高了系统灵敏度。有源相控阵架构的其他雷达系统优势包括能够在更高的占空比下工作、提高杂波中目标检测的系统稳定性、提高电子防护的天线方向图灵活性、支持更宽工作带宽的通用能力以及提高了系统的可靠性。 采用以T/R组件的形式分布在阵列中的射频功率放大器，也消除了对大型集中式发射机的需求。 图8 典型的雷达T/R组件和框图。Amp，功放；LNA，低噪放；VGA，可变增益放大器。（转载自参考文献9） 有源相控阵的实现得益于单片微波集成电路(MMIC)技术的发展。由于制造过程中使用批量处理技术，所需的微波电路能够以芯片级密度实现，并进行经济性大规模生产。 砷化镓单片微波集成电路技术出现在20世纪80年代后期，并在国防部和商业投资的大力支持下，在整个90年代持续发展成熟。美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)通过CEC计划率先将有源相控阵技术引入水面海军系统。 1989年， 为了实现重量轻和低功耗CEC机载终端的研制，有源相控阵和T/R组件技术的发展成为当务之急，APL继而发展了机载有源相控阵的概念和相关T/R组件需求。 在APL的技术指导下，ITT开发和制造了560个T/R组件，这些T/R组件具有当时最高水平的功率增加效率性能。这些T/R组件被用在一个机载CEC有源相控阵中，并在1994年成功通过了飞行试验。 从这一成功可以明显看出，将无源CEC舰载阵列升级为有源相控阵技术将带来显著的成本、尺寸、重量和可靠性优势。随后，APL为雷锡恩公司在20世纪90年代后期开发和部署的舰载CEC有源相控阵提供了技术指导。 这些尝试证明了舰载有源相控阵技术的有效性和可靠性，为该技术在舰载雷达系统中的应用铺平了道路。随着MMIC技术的不断成熟和商品化，有源相控阵架构成为21世纪前十年先进雷达发展的标准方法。