相控阵雷达原理详解

相控阵，即相位控制阵列，通过控制阵列各个单元的馈电相位来改变波束指向。

相控阵雷达的原理可以清晰地归纳为以下几点：

1. 基本构成：

   - 相控阵雷达，即相位控制电子扫描阵列雷达（Phased Array Radar, PAR），由大量相同的辐射单元（天线单元）组成的雷达面阵构成。

   - 每个辐射单元在相位和幅度上独立受波控和移相器控制，能够实现精确可预测的辐射方向图和波束指向。

2. 工作原理：

   - 不同于传统雷达的机械扫描方式（靠雷达天线的转动实现波束扫描），相控阵雷达采用电子扫描，即用电的方式控制雷达波束的指向变化进行扫描。

   - 通过控制各天线元件发射的时间差，能够合成不同相位（指向）的主波束，同时在两个轴向上均可进行相位变化。

   - 相控阵雷达利用“移相器”来实现雷达波束转动，每个天线单元都由各自独立的开关进行控制。

3. 优势与特点：

   - 快速扫描：相控阵雷达能在1分钟内完成全空域的扫描，远快于传统雷达。

   - 多目标追踪：能同时搜索、探测和跟踪不同方向和不同高度的多批目标，特别适用于多目标、多方向、多层次空袭的作战环境。

   - 高机动性：由于采用电子扫描，相控阵雷达不需要机械转动，因此具有更高的机动性。

   - 功能多样：除了基本的探测功能外，相控阵雷达还可以用于导航、目标识别、通信等多种用途。

4. 分类：

   - 相控阵雷达可以分为“被动无源式”（PESA）和“主动有源式”（AESA）两种。

     - PESA技术门槛较低，在上世纪80年代已有较成熟的系统部署于舰艇及中/小型飞机上。

     - AESA性能更优异、发展前景更好但技术门槛较高，到了90年代末期才开始有实用的战机与舰载系统开始服役。

5. 应用：

   - 相控阵雷达因其高性能而多用于军事用途，如美国伯克级驱逐舰的AN/SPY-1无源相控阵雷达、中国052D型驱逐舰的364A型有源相控阵雷达等。

相控阵雷达的移相器是实现雷达波束转动的重要组成部分。其实现雷达波束转动的原理主要依赖于对辐射器发射电磁波的相位进行精确控制。以下是具体的实现方式：

辐射器与移相器的配置：在相控阵雷达直径为几十米的圆形天线阵上，排列着上万个能发射电磁波的辐射器。每个辐射器都配有一个“移相器”，这些移相器都由电子计算机控制。

移相器的工作原理：移相器的主要功能是改变电磁波的相位。当电子计算机控制移相器时，它会改变每个辐射器向空中发射电磁波的“相位”。通过调整不同辐射器上移相器的相位，可以使电磁瓣（即雷达波束）像转动的天线一样，一个相位一个相位地偏转。

实现雷达波束转动：通过对不同辐射器上移相器的控制，电子计算机可以实现波束在空间中的快速扫描和转动。具体的，当需要波束指向某个方向时，电子计算机会根据波束指向计算出每个辐射器上移相器应调整的相位值，并通过移相器实现对波束方向的精确控制。

电扫描的特点：使用移相器进行波束控制的方式被称为电扫描，与传统的机械扫描相比，电扫描具有更高的灵活性和速度。通过电扫描，相控阵雷达可以快速地对不同方向的目标进行搜索和跟踪，实现全空域的覆盖。

通过以上归纳，可以看出相控阵雷达通过其独特的构成和工作原理，实现了在雷达技术领域的显著优势，并在军事和其他领域得到广泛应用。