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早期的雷達系統采用由獨立輻射器組合而成的陣列天線。這種天線的出現的年代可追溯到 20 世紀初期。輻射器的幾何位置及其激勵的幅度和相位決定天線的性能。

隨著雷達發展到采用更短的波長，陣列就由較為簡單的天線所代替，如拋物反射面天線（如下圖所示）。對于現代雷達的應用，電控移相器、開關和收發組件的出現再次把人們的注意力吸引到陣列天線上。

拋物反射面雷達（圖源自網絡）

現在可以通過控制獨立單元的相位來調制孔徑激勵，以實現波束的電掃描。相對于反射面天線，電掃描相控陣天線的顯著優勢是掃描波束所需的時間，以及掃描的靈活性。先前的雷達掃描波束到一個新位置需要幾秒，而相控陣僅需要幾微秒。此外，這一新位置可以是任意位置。

相控陣天線的主要技術特點

• 天線波束快速掃描能力

用電子控制方式實現相控陣天線波束指向快速轉換，使天線波束具有快速掃描能力是相控陣天線的一個主要技術特點，是相控陣雷達應運而生、高速發展的基本原因。

通過電子掃描克服了機械掃描天線波束指向轉換的慣性及由此帶來的對雷達性能的限制。這種天線波束指向的快速變換能力或快速掃描能力，在硬件上取決于開關器件及其控制信號的計算、傳輸與轉換時間。

• 天線波束形狀的捷變能力

相控陣天線波束形狀的捷變能力是指相控陣天線波束指向可以在空間不同的方向進行快速變化。相控陣雷達波束形成原理圖如下圖所示。

波束形成原理圖（圖源自網絡）

描述天線波束形狀的主要指標除了天線波束寬度（如半功率點寬度）、天線副瓣電平、用于單脈沖測角的差波束零值深度等外，還有天線波束零點位置、零值深度、天線波束形狀的非對稱性、天線波束副瓣在主平面與非主平面的分布、天線背瓣電平等。

提高雷達抗干擾能力和抑制雜波能力，合理使用和分配雷達信號能量，合理安排搜索與跟蹤方式等需求都對天線波束形狀的捷變能力提出了要求。相控陣雷達可以根據工作環境、電磁環境變化而自適應地改變工作狀態來改變波束形狀。

隨著數字技術的發展，數字式接收波束、數字式接收多波束形成的實現，使相控陣接收天線波束形狀的捷變能力更易于實現。

由于天線方向圖函數是天線口徑照射函數的傅立葉變換，因此，陣列天線可以通過改變陣列中各個單元通道內的信號幅度與相位來改變天線方向圖函數，亦即改變天線波束形狀。

• 空間功率合成能力

相控陣天線的另一個重要技術特點是相控陣天線的空間功率合成能力。陣列天線可以在每一單元通道或每一個子天線陣設置發射信號功率放大器，依靠移相器的相位變換，使發射天線波束定向發射，即將各單元通道或各子通道中的發射信號聚焦于某一空間方向。

這一特點為相控陣雷達的系統設計特別是發射系統設計帶來了極大的方便，也增加了雷達工作的靈活性；它為遠程雷達及探測隱身目標與小目標的雷達提供了獲得特大功率雷達發射信號的可能。

• 多波束形成能力

相控陣天線易于形成多個天線波束。多波束形成可以在陣元級別上實現，也可在子陣級別上實現。多波束形成方法也很多，波束指向與形狀的控制也比較靈活。依靠轉換波束控制信號可以很方便地在一個雷達信號重復周期內形成多個指向不同的發射波束和接收波束，它們在時間上可快速指向不同方向。

• 空域濾波與空間定向能力

由于相控陣天線是由多個空間上分散布置的天線單元構成的，各單元通道中信號傳輸時間、相位與幅度在計算機控制下均可快速變化。因此，相控陣天線具有快速變化的空域濾波能力。這是一般機械掃描天線所不具備的。

在相控陣接收天線陣中，各天線單元接收到的來自同一方向的輻射源信號或目標反射的回波信號存在時間差或相位差。因此，通過測量各天線單元或子天線陣接收信號的相位差，可以確定目標的來波方向（DOA）。這一特點也是普通面天線所不具備的。

相控陣雷達的主要工作特點

• 能對付多目標

相控陣雷達利用電子掃描的靈活性、快速性和按時分割原理或多波束，可實現邊搜索邊跟蹤工作方式，與電子計算機相配合，能同時搜索、探測和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標，并能同時制導多枚導彈攻擊多個空中目標。因此，適用于多目標、多方向、多層次空襲的作戰環境。如下圖所示，相控陣雷達能同時探測、跟蹤多個目標。

圖源自網絡

• 多功能，機動性強

相控陣雷達能夠同時形成多個獨立控制的波束，分別用以執行搜索、探測、識別、跟蹤、照射目標和跟蹤、制導等多種功能，一部相控陣雷達能起到多部雷達的作用，而且還遠比它們能夠同時處理的目標多。因此，可大大減少武器系統的設備，從而提高系統的機動能力。

• 反應時間短，數據率高

相控陣雷達可不需要天線驅動系統，波束指向靈活，能實現無慣性快速掃描，從而縮短了對目標信號檢測、錄取、信息傳遞等所需的時間，具有較高的數據率。

相控陣天線通常采用數字化工作方式，使雷達與數字計算機結合起來，能大大提高自動化程度，簡化了雷達操作，縮短了目標搜索、跟蹤和發射控制的準備時間，便于快速、準確地實施雷達程序和數據處理。因而可提高跟蹤空中高速機動目標的能力。

• 抗干擾能力強

相控陣雷達可以利用分布在天線孔徑上的多個輻射單元綜合成非常高的功率，并能合理地管理能量和控制主瓣增益，可以根據不同方向上的需要分配不同的發射能量，易于實現自適應旁瓣抑制和自適應抗各種干擾，有利于發現遠距離目標和散射截面積小的目標（如隱形飛機）。

• 可靠性高

相控陣雷達的陣列組件較多，且并聯使用，即使有少量組件失效，仍能正常工作，突然完全失效的可能性很小。此外，隨著固態器件的發展，現代相控陣雷達幾乎都采用固態器件，甚至全固態的相控陣雷達，如下圖所示美國的“愛國者”雷達，其天線的平均故障間隔時間高達萬小時，即使有的單元損壞，也不會影響雷達的正常工作。

雷神公司“愛國者”雷達原型機（圖源自網絡）

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