美日研发共形阵天线:战机机内雷达将被淘汰

共形阵天线可提高导弹攻击隐身机效果

共形阵天线是新世纪相控阵雷达发展的一个方向,它对于提高雷达的探测性能有较大的助益,特别是提高中距雷达制导空空导弹攻击隐身飞机方面效果较好,是各国研究的一个重点,中国也已经研制成功采用圆柱阵的相控阵雷达,用来探测各种炮弹,它可以算是一种比较典型的共形阵天线。是共形阵的基础和突破口。

我们知道传统的相控阵雷达天线一般采用线阵或者平面阵,它的优点就是结构比较简单,技术处理比较容易,各方面理论比较成熟,因此费用、成本等较低,是目前相控阵雷达广泛使用的天线形式。不过平面相控阵天线也有自己一些先天的不足之处,限制它进一步的发展。

图为日本研制的共形天线阵。

普通平面相控阵天线扫描角度受到限制

有源相控阵天线T/R模块效率仅30%

还有就是与载体兼容性不好,我们知道平面相控阵的面积较大,探测的时候,必须正面对着工作区域,这样就做一个结果那就是增加作战系统的阻力,特别是一些速度较高的系统,如作战飞机、导弹等。这样的话就需要把天线系统安装在整流罩里面,从而增加系统的长度,另外相控阵天线的发热量较大,根据相关资料,目前有源相控阵天线T/R模块的效率只有30%,也就是说大部分能源被转换成了热量,那么在狭窄的空间里面,如果散热和冷却显然是一件令人头疼的事情。

当然最根本还是天线孔径的尺寸问题,我们知道决定雷达探测距离两个关系参数:一个是天线孔径,一个是功率,但是在飞机、导弹这些武器系统里面,考虑到空气动力等因素,它的直径往往不能太大,这样就限制了天线孔径不能太大,从而限制了雷达的探测性能。

平面相控阵天线需要较多的天线才能实现全向覆盖。

有源相控阵雷达对隐身战机探测效果差

这种情况在隐身飞机出来之后,影响尤其突出,以预警机为例,现代预警机的典型目标的RCS=5平方米,而目前第四代作战飞机如F-22的前视RCS在常规雷达频率大约是0.05也就是降低了大约100倍,雷达探测距离与RCS四次方根呈现正比,这样雷达对于隐身战斗机的探测距离就要降低到原来的30%左右,也就是说原来可以在400公里处探测到目标,现在降低到130公里左右。

而F-22配备的AN/APG-77有源相控阵可以在300公里外探测到预警机这样的目标,利用AIM-120D空空导弹在可以在150公里左右就可以对预警机进行拦射,也就是说当预警机探测到目标的时候,F-22已经可以对其进行拦射了,所以新一代预警机对于典型目标的设定已经降低到1平方米左右,甚至更低。

空空导弹探测效率低很难捕捉隐身战机

另外一个限制是战机和主动雷达制导空空导弹,它们雷达的孔径和功率比预警机还要低,这样在探测、攻击隐身飞机的时候,受到的限制更大,象主动雷达制导空空导弹末制导雷达的探测距离本来就低,对于普通飞机大约在20-30公里左右,对于隐身飞机就会降低到不到10公里,如果加上电子干扰等措施,这个距离显然就更短,因此有人推测,四代隐身战斗机之间的空间可能重新回到近距格斗时代就是这个原因。

现代雷达制导空空导弹的末制导雷达限制较多,对付隐身目标能力较低。

现代主动雷达制导空空导弹的末制导雷达先天限制较多,对付隐身目标的能力较低。从前面的描述我们就可以知道,决定雷达探测距离两个参数:孔径和功率。想提高雷达的探测距离,就必须提高雷达的孔径,但是飞机上空间有限,难以找到较大的空间给平面阵。

共形阵将极大拓展探测范围扩大天线孔径

这样共形阵就出现了,共形阵最大的特点就是能够和载体表面共形,这样的话,就可以有效的扩展雷达天线的孔径,相应的也就提高雷达的探测距离,另外还可以实现对以前无法探测的区域,如作战飞机的后部,进行探测,扩展探测范围是共形阵另外一个优点,它可以将平面相控阵正负60长的扫描限制,扩展到半球乃至3/4球区域,并且在扫描过程中保证天线和雷达的性能不至有较大的下降。

安装共形阵的战机将不再需要机体内雷达

另外由安装于作战飞机的机体内不需要安装雷达,那么机内的空间可以用来安装其他设备、燃料,从而增加飞机的载荷,让机体内有限的空间得到充分的利用,另外共形天线也有助于提高设备的结构强度,减少体积和重量。

发布于 2024-11-27
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