機(jī)載X波段AESA雷達(dá)

有源電子掃描陣列（AESA）因其卓越的性能、多功能能力以及降低的功耗和雷達(dá)散射特征使得空中作戰(zhàn)飛機(jī)的性能發(fā)生了革命性的變化，而且可靠性更高、生命周期內(nèi)的成本費(fèi)用更低。

隨著器件和封裝技術(shù)的發(fā)展，諸如氮化鎵（GaN）單片微波集成電路（MMIC）、共形陣列、數(shù)字陣列雷達(dá)、MIMO體系結(jié)構(gòu)和集成射頻系統(tǒng)等領(lǐng)域是未來發(fā)展的趨勢(shì)。

作戰(zhàn)飛機(jī)上的火控雷達(dá)采用了AESA多功能系統(tǒng)，典型工作頻段為X波段。這些雷達(dá)也正在改裝到F-15E、F-16和F/A-18等現(xiàn)役戰(zhàn)機(jī)上，以提升其作戰(zhàn)能力。

美國的第一批AESA產(chǎn)品是西屋公司研制的1500單元陣列雷達(dá)，也就是現(xiàn)在諾斯羅普·格魯曼公司為F-22A猛禽戰(zhàn)機(jī)研制的APG-77雷達(dá)前身。與西屋公司同時(shí)開展研發(fā)的是由1100個(gè)單元構(gòu)成的雷神APG-79雷達(dá)，最初的目的是為了升級(jí)替換F/A-18E/F超級(jí)大黃蜂裝備的APG-73雷達(dá)。

為APG-79開發(fā)的T/R模塊技術(shù)被用于后來F-15C的APG63（V）3和F-15E的APG-82（V）1雷達(dá)升級(jí)，此外，該技術(shù)也促進(jìn)了B-2幽靈隱形轟炸機(jī)雷達(dá)APQ-181的進(jìn)一步升級(jí)，APQ-181使用了一對(duì)2000個(gè)X波段天線單元。

諾斯羅普·格魯曼公司開發(fā)了1000個(gè)陣元的APG-80作為F-16戰(zhàn)機(jī)的升級(jí)產(chǎn)品，后來APG-80演變?yōu)榭缮?jí)的捷變波束雷達(dá)（SABR）設(shè)計(jì)，以SABR為模板，格魯曼公司研制了裝備F-16的APG-83、裝備B-1轟炸機(jī)的SABR-GS APQ-164 AESA雷達(dá)。

AESA的T/R模塊將多個(gè)MMIC組合在一起實(shí)現(xiàn)獨(dú)立通道控制的接收機(jī)、發(fā)射機(jī)和波束控制器。早期的AESA采用四通道設(shè)計(jì)技術(shù)，而目前都是基于單通道T/R模塊的設(shè)計(jì)。與四通道或多通道的設(shè)計(jì)相比，單通道設(shè)計(jì)能夠顯著提高生產(chǎn)效率；AESA天線與數(shù)百甚至上千個(gè)收發(fā)模塊集成組裝在一起實(shí)現(xiàn)電磁波的接收、發(fā)射。

由于AESA雷達(dá)使用了數(shù)百到數(shù)千個(gè)獨(dú)立的T/R模塊，因此即使部分T/R模塊出現(xiàn)故障也只會(huì)稍微降低天線性能。災(zāi)難性的AESA故障僅僅在共享子系統(tǒng)（如電源或波束控制器BSC）發(fā)生故障時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。

AESA具有比PESA或MSA更大的帶寬，有助于低截獲概率（LPI）模式，并有效對(duì)抗針對(duì)頻帶內(nèi)信號(hào)的電子干擾。這種能力允許使用AESA雷達(dá)作為威脅告警子系統(tǒng)的高增益天線，或者具有千兆比特/秒的帶寬傳輸能力，或者具有LPI隱蔽能力的數(shù)據(jù)鏈路。

AESA接收機(jī)通常比PESA/MSA接收機(jī)具有6dB或更好的噪聲系數(shù)。因?yàn)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/1722/" target="_blank">網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)或系統(tǒng)噪聲系數(shù)主要是由天線輻射單元與第一級(jí)接收機(jī)之間的損耗決定的。

更高功率孔徑的AESA陣列也具有作為定向能武器的巨大潛力，從而在電子目標(biāo)密集的環(huán)境中產(chǎn)生破壞性或電氣損傷效應(yīng)。AESA將成為使用GaN元件的下一代EA-18G咆哮者干擾機(jī)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)。

AN/ZPY-2多平臺(tái)雷達(dá)技術(shù)嵌入計(jì)劃（MP-RTIP）已經(jīng)啟動(dòng)，專門用于提供監(jiān)視成像和地面動(dòng)目標(biāo)指示（GMTI）能力，面向的裝備平臺(tái)為E-8“JSTARS”和RQ/MQ-4全球鷹。

實(shí)現(xiàn)高分辨率的寬幅合成孔徑雷達(dá)（SAR）圖像是一種全新的技術(shù)挑戰(zhàn)，需要應(yīng)用新的設(shè)計(jì)概念和系統(tǒng)架構(gòu)。

基于多通道的SAR系統(tǒng)允許通過使用數(shù)字波束形成（DBF）或MIMO技術(shù)來克服分辨率與覆蓋范圍的矛盾。SAR圖像的產(chǎn)生是通過相參方式實(shí)現(xiàn)的，從而導(dǎo)致散斑噪聲，但也意味著能夠提取出更多的附加信息。目前已經(jīng)有多種技術(shù)可用于檢測(cè)兩幅SAR圖像之間的精細(xì)地表擾動(dòng)，例如應(yīng)用于地面車輛軌跡的相干變化檢測(cè)（CCD）技術(shù)。

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（MTD）雷達(dá)通過使用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移，可以消除雜波后檢測(cè)到期望的目標(biāo)信號(hào)。MTD要求射頻元器件具有高線性度和寬動(dòng)態(tài)范圍，并實(shí)現(xiàn)天線旁瓣電平控制?？諘r(shí)自適應(yīng)處理（STAP）能夠通過空間和多普勒譜特性區(qū)分目標(biāo)和雜波，從而將雜波區(qū)檢測(cè)的虛警率降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

下一代AESA天線將在同一個(gè)射頻前端組合產(chǎn)生不同工作模式，包括雷達(dá)、通信（數(shù)據(jù)鏈）和電子戰(zhàn)（干擾），這將導(dǎo)致更高的MMIC需求。目前用于AESA的T/R模塊射頻部分通常是基于砷化鎵（GaAs）技術(shù)，在過去的10年中，半導(dǎo)體刻蝕技術(shù)取得了很大的進(jìn)展，特別是GaN和硅鍺（SiGe）雙極晶體管（BiCMOS）材料有可能挑戰(zhàn)甚至取代砷化鎵技術(shù)。由于GaN的高功率性能和低成本費(fèi)用，領(lǐng)先的制造商都在積極推動(dòng)GaN取代GaAs。

在相同的芯片面積上，GaN的功率輸出能達(dá)到GaAs的5倍以上，由于芯片的價(jià)格取決于芯片面積，因此從成本效益上來說也得到了很大的提升。例如，如果制成的GaN晶片（包括制作材料）成本是GaAs的兩倍，但GaN MMIC是GaAs MMIC尺寸的1/3-1/4，那么GaN解決方案的花費(fèi)僅僅是GaAs方案的50-66%。

基于GaN的系統(tǒng)還通過減少總的T/R模塊數(shù)量降低成本費(fèi)用，同時(shí)更高的工作電壓提高了DC到RF的轉(zhuǎn)換效率，降低了功率消耗和生命

來源：雷達(dá)通信電子戰(zhàn)

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