注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

小飞猪的博客

让心灵在天空中飞翔

 
 
 

日志

 
 

雄鹰之眼-浅析国产无源相控阵雷达  

2012-01-19 21:58:15|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |
雄鹰之眼-浅析国产无源相控阵雷达 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

我国机载无源相控阵天线及试验飞机 

   近日,网上出现了我国运-8机载雷达试验机和相控阵天线的照片,表明我国机载无源相控阵雷达揭开了面纱。

   从这张照片上面的相控阵天线还有馈源来看,应该是无源相控阵雷达,而有源相控阵采用的是T/R模块,显然不需要馈源来照射天线,而此前已经有人贴出图片,介绍说我国无源相控阵雷达具备电子扫描,可以同时跟踪10个目标,同时攻击4个目标的能力,显示我国的确研制过机载无源相控阵雷达。

   可能许多网友看到这张照片上的相控阵雷达感觉奇怪,这个雷达的馈源在天线的前方,而普通机载相控阵雷达就是一个平面,实际上这表示国产相控阵雷达的馈电式是空间馈电,所谓馈电系统是实现雷达发射能量按特定的需要分配至天线,将天线接收的信号按设计的合成要求传至接收机之间的电磁波传输设备,按照馈电方式分为强制馈电、空间馈电、视频馈电和光纤馈电等,其中后两种因为工作电平较低,所以多用于有源相控阵雷达,而前两者多用于无源相控阵,因此在有些时候,因此看到馈电可以推测出一个相控阵天线的性质。

雄鹰之眼-浅析国产无源相控阵雷达 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

米格-31配备S800无源相控阵雷达 

机载无源相控阵最初采用的是强制馈电,比如前苏联米格-31型截击机配备的S800型相控阵雷达、苏-30MKI使用的BARS无源相控阵等,这种雷达采用波导或者其他手段实现功率分配网张或者功率相加,以完成对发射信号的分配或者对接收信号的相加,它的优点是可以严格口径的幅度和相位分布,天线口径上没有阻挡,功率分配过程中没有泄露,因此天线可以做到高增益、低副瓣,并且在波束扫描范围内,天线的性能变化也比较平稳,不过它也有自己的缺点,首先就是结构复杂、成本高、质量大,S-800雷达的重量超过1吨,而BARS也超过600公斤,几乎是一般机载火控雷达的3-4倍,加上雷达位于机头,距离飞机重心较远,力矩较大,因此对于飞机的性能影响较大,还有就是由于电磁波需要通过环流器、功分网络、移相器等系统才有辐射出去,所以造成系统的损耗较大,所以就会造成雷达功率可能较大,但是辐射出去的功率并不高,这样就会影响雷达的探测性能,根据NIIP的官方的介绍,BARS的电子扫描角度只有40度,低于普通机载火控雷达的60度,笔者认为可能是平面相控阵天线随着扫描角度的增加,会造成有效孔径投影区的减少,降低天线增益,影响雷达的探测性能,加上系统本身的损耗所以BARS雷达在超过40度后,其探测性能无法保证,必须采用机械转动系统弥补,这更进一步增加了雷达的整体重量,所以BARS的整体重量超过600公斤。

雄鹰之眼-浅析国产无源相控阵雷达 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

采用透镜式空间馈电的法国RBE2无源相控阵 

针对强制馈电这个缺点,空间馈电就出现了,所谓空间馈电就是用馈源对天线阵面进行照射,由后者接收然后再辐射出去,它的优点就是省掉传输线等对加工要求严格的高频微波器件,同时有结构简单、重量轻、成本低的特点,非常适合对空间和重量要求较高的作战飞机使用,空间馈电方式有两种一种是透镜式,就是它的雷达天线有两部分组成,一个是接收阵、一个是辐射阵,馈源在天线的后方,它发射的电磁波被接收后,然后再通过辐射阵发射出去,它的优点就是旁瓣和后瓣小,因而方向图较好,另外没有馈源和支撑结构阻挡的问题,法国RAFAL战斗机配备的REB2雷达就是这种无源相控阵雷达,不过它的缺点就是结构还是比较复杂,另外结构安装的重心前移,在飞机安装有困难,还有一种就是国产无源相控阵采用的反射式,它的原理的抛物面天线相似,馈源用电磁波照射相控阵天线,天线阵元接收后,经过移相,再用短路器发射出动去,它的优点就是结构和重量低,对器件要求较低,并且结构安装重心靠后,适合作战飞机使用,但是缺点也很大,就是由于电磁波经过发射、接收、再反射,损耗还是低大,另外也存在馈源及支撑结构阻挡问题,解决这个问题只有用偏馈,但是由于受飞机空间小的限制,偏馈有限,所以偏馈带来的改善也比较有限,另外偏馈也会产生波束的灵敏度和精度,国外采用反射式偏馈的有俄罗斯的PERO无源相控阵天线。

雄鹰之眼-浅析国产无源相控阵雷达 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 俄罗斯PERO无源相控阵天线

我国很早就开始了机载相控阵雷达的研制,1964年,有关厂所开始研制机载无源相控阵雷达样机的研制,但是由于种种原因,相关型号的研制无疾而终,70年代开始为水轰-5研制698对海搜索雷达,其天线就采用了一维相控阵天线,这是我国第一型配备相控阵天线的搜索雷达,1978年完成样机的研制,虽然698型雷达相关技术问题以及载机任务的变化而停止研制,但却为我国研制机载相控阵雷达积累了经验,进入80年代,为了提高机载雷达的探测距离、多目标能力,我国开始机载相控阵转达的研制,从现在披露的雷达样机照片来看,我国早期的机载相控阵雷达采用了空馈,基本上可以确定它是无源相控阵雷达,考虑到当时国内经济技术实力、工业基础和空军装备现状,这种方式是现实的选择,首先空馈方式结构简单、重量轻,加避许多加工复杂的高频微波器件,适合当时国内的技术实力,另外也比较适合中轻型作战飞机配备,与当时空军装备水平相适合,但是考虑到馈源对于反射面的遮挡而产生的副瓣问题,所以我国此型无源相控阵天线采用了偏馈的设计,这样就可以在一定程度上减少遮挡,从而降低天线的副瓣。

雄鹰之眼-浅析国产无源相控阵雷达 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

国产无源相控阵天线的早期样机 

90年代以后,为了加快国产机载相控阵雷达的发展,我国与国外进行机载相控阵雷达领域的合作研究,其中引进了俄罗斯的PERO无源相控天线,PERO是俄罗斯仪器仪表研究院(NIIP)研制的,主要是为了改进苏-27系列作战飞机的NO01雷达,它也采用了空馈方式,结构也与;国产无源相控阵天线大同小异,不过一个支撑在上方,一下方而已,根据俄方给出的资料;PERO的直径是1050毫米,天线增益是34DB,副瓣是-34DB,重量是82公斤,NO01换装PERO天线、以及相关的信号/数据处理系统改变为NO01VEPF,探测距离可以增加到190公里,可以同时跟踪12个目标,同时导引4枚R-77E导弹打击4个威胁最大的目标,并且NO01VEPF重量只比NO01雷达增加大约20公斤,对于苏-27最大起飞重量近30吨的作战飞机来说,对其飞行性能几乎没有什么影响,也非常容易调整出来的,根据海外的消息,首部PERO于2001年交付我国进行测试,俄罗斯方面则将其配备在苏-30KN型作战飞机动进行飞行测试,并于2003年完成相关试验,2006年在珠海航展上面,俄方曾向我国空军提出一个基于NO01VEPF的航电升级方案,用于改进我国空军的苏-27SK/-30MKK系列歼击机,但是最终我国空军并没有采纳这个方案。另外俄罗斯自己也没有选择这个方案,在NIIP的官方主页,PERO这个产品已经拿下,显然是个被取消了方案。

雄鹰之眼-浅析国产无源相控阵雷达 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

正在测试的俄罗斯NO01VEPF雷达 

究其原因,笔者认为还是空馈因有的缺点,那就是馈源及其支撑对于天线的遮挡问题难以解决,从而对天线及雷达的性能造成较大的影响,我国、俄罗斯及法国不约而同的选择空馈的方式而不是更能发挥天线性能的强制馈电方式,主要还是回避加工难度高的高频微波器件,从而降低雷达的造价、重量和成本,特别是想提高机载雷达的探测距离,提高发射机功率是不二的选择,这样雷达天线馈线就要承受更高的功率,就必须采用而更高功率的波导、同轴线等传输线还要充高压气体以防止高压击穿,在当时电子技术有限的情况下,这些都成为强制馈电方式运用的主要障碍,随着电子技术的进步,这些曾经障碍已经被克服,同时新的器件的体积、重量都更低,而强制馈电对于天线性能影响小的优势显得更加突出,最明显的例子就是俄罗斯最新的IRBIS-E无源相控阵仍旧采用了强制馈电的方式,但是功率更大,如BARS的峰值K5KW,平均功率是1KW,而IRBIS-E的峰值是20KW,平均功率是4KW左右,因此不但电子扫描的角度加大到60度, 探测距离及其他性能也有较大的增加。

雄鹰之眼-浅析国产无源相控阵雷达 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 俄罗斯的IRBIS-E仍旧采用了强制馈电方式

从我国的相关情况来看,虽然机载有源相控阵火控雷达已经研制成功,但是从贲德院士的说法;由于现在的T/R模块的成本仍旧较高,所以国产机载有源相控阵火控雷达的价格仍旧较高,所以可能只配备在高档作战飞机上面,而无源相控阵雷达相对简单一些、成本也比较低,因此价格也比较便宜,所以可能空军一些低档作战飞机及出口型飞机仍旧配备机载无源相控阵雷达,另外国内的相关器件也在发展,如栅控行波管的功率已经得到较大的增加,电子元器件的水平也较大的提高,包括印刷板的研制、超大规模集成电路的运用等等都为国产无源相控阵雷达进一步发展打开了空间,因此笔者认为我国国产无源相控阵雷达可能会放弃空馈的方式,而继续采用强制馈电,14所在《机载无源相控阵雷达维修性设计》就曾经指出“典型的无源相控阵天线由“天线辐射单元、波控、馈电网络(行馈和列馈)等组成”,这里似乎已经指明我国机载无源相控阵天线采用强制馈电的方式。

雄鹰之眼-浅析国产无源相控阵雷达 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

国产无源相控阵可能用于早期的苏-27/歼-11的升级 

我国发展机载无源相控阵火控雷达还有一点比较重要,就是可能方便的对现有的平板缝阵机械扫描雷达进行升级,就是前面说过NO01VEPF升级用无源相控阵天线和信号/数据系统替代的系统即可,重量也增加不多,因此可能我国一些早期的三代作战飞机如歼-11A,未来的升级可能就会这样的套件进行升级,以便用较小的代价对作战飞机的性能有较大的升级,虽然性能可能不如采用新的机载有源相控阵雷达,但是对付国外改进后的三代作战飞机已经足够。

 本文专供网易军事,禁止商业性转载,非商业性转载请尊重网易首发权,发表十天以后方可转帖

注:

参考资料:

1、相控阵雷达技术

2、机载无源相控阵雷达维修性设计

3、本文图片来源于网络,权利归原作者所有

  评论这张
 
阅读(14250)| 评论(3)
推荐 转载

历史上的今天

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017