雷达发展历程和相控阵雷达未来发展趋势研究
发表时间：2017-11-30T08:37:41.610Z 来源：《电力设备》2017年第21期作者： 1徐国星 2欧海峰[导读] 摘要：雷达作为一种军民两用的电子传感器被广泛应用，其首要任务就是探测目标，要求能够在复杂的环境下，以一定的数据率
（陆军31635部队60分队广西桂林 541000）
摘要：雷达作为一种军民两用的电子传感器被广泛应用，其首要任务就是探测目标，要求能够在复杂的环境下，以一定的数据率，在一定的范围内及时发现、识别、稳定跟踪目标。但是随着环境复杂化、目标多样化、任务多元化，特别是一些隐身目标，低空低速高空高速目标的出现，促进了雷达技术的不断发展。本文就雷达发展的历程及相控阵雷达未来发展的趋势进行阐述，以供参考。
关键词：相控阵雷达；发展历程；发展趋势
1雷达发展历程概述
雷达诞生于上个世纪30年代，先后经历了二次世界大战、新军事革命、冷战军备竞赛等不同历史时期，随着时间的推移和各种因素的促进，雷达不论在理论、体制、方法，还是应用上都得到了很大的发展。总体来说，雷达发展的历程可分为四个阶段：第一阶段为上个世纪30年代至50年代，当时雷达典型的技术特点为电子管、非相参，探测目标以飞机为主；第二个阶段为上个世纪50年代至80年代，防空作战对雷达的精确引导技术提出了更高的要求，稳定性和可靠性较高的全相参微波雷达逐渐替代了非相参技术体制的微波雷达，其技术特征主要是半导体、全相参（见图1）；第三阶段为上个世纪80年代到上个世纪90年代，为满足现代空战对雷达高精度、高抗干扰能力、高可靠性、高分辨率、多目标跟踪能力等要求，开始发展大规模集成电路、全固态、相控阵技术，从而有效应对复杂电磁环境下低空高速目标的要求；第四个阶段开始于本世纪初期，雷达技术主要向多功能、自适应、目标识别等方面发展，以应对隐身目标、高空高速、低空低速目标的出现。
2相控阵雷达关键技术
2.1射频技术
射频技术是指其使用多种材料和T/R组件来提升雷达在不同射频波段的功率性能和抗噪声性能。在阵列天线上，砷化镓（GaAs）单片微波集成电路制成的T/R组件已普遍应用，技术十分成熟。随着宽禁带半导体技术的进展，在相控阵雷达上，碳化硅和氮化镓（GaN）单片微波集成电路制成的T/R组件已开始使用。GaN用于相控阵雷达比GaAs优越之处在于：高的能量禁带、高的击穿场强、在小芯片尺寸上具有高的射频密度、可用作宽带放大器、高的电源偏压、高热导性、高的抗辐射性能等。GaN单片微波集成电路在S波段T/R组件的应用比较成熟，但由于下一代MPAR工作频率的提高，对于功率、效率、可靠性等都提出了更高的要求，需要进一步研发超高效率的GaN功率放大器、低成本的非密封表面安装组件、高动态范围低噪声放大器、小型而廉价的射频集成电路，以及研究提高T/R组件功率密度、改善输出功率、降低功耗、提高工作电压、降低直流分布损耗、提高系统效率等技术。
2.2子阵列集成技术
该技术可提升相控阵天线的一次成功概率，降低经济成本。其可以通过表面安装技术与电路板组件封装相结合，通过嵌入式处理方式将波束形成、功率控制等集成到模块中，然后利用印制电路板技术一次成型。
2.3多波束形成技术
该技术是相控阵雷达的核心技术之一，其以数字技术为基础，可以直接应用微波集成采技术对信号进行高精度抽样与检测，可以在S 波段中实现多波束形成。形成多波束的方法有多种，主要取决于雷达的需求与其实现的技术基础。随着数字技术和大规模数字与模拟集成电路技术的进步，数字多波束形成技术已开始应用于相控阵雷达中。
2.4双极化技术
雷达对目标对象的识别、反隐以及干扰抑制等都是通过对目标回波的极化特性进行判断来实现的。相控阵雷达的双极化技术可以为每个阵元分配一组共两个互相独立的极化通道，然后利用天线阵元的双通道特性来获得差动反射率的偏差，增强目标的极化特征。
2.5多输入输出技术
MIMO雷达技术起源于20世纪90年代法国的米波稀布阵综合脉冲孔径雷达，到21世纪初才提出MIMO雷达的概念。它可以利用雷达天线阵列的多天线特性向空域目标发射多束探测信号，然后对回波信号进行分集接收和数据融合处理，实现参数可识别性能的提升和发射方向图的设计。在现代战争中，MIMO雷达在低截获、反隐身、抗反辐射导弹和抗干扰等性能上具有明显的优势，是目前最为接近低截获概率雷达性能的一种新体制雷达，对目标还具有距离、方位、俯仰、速度诸元测量能力，已受到雷达和电子战领域的重视。 3相控阵雷达的发展趋势
3.1 AESA技术正得到广泛应用
AESA技术已广泛应用于各个领域的MPAR中，如陆基防空雷达、机载SAR、战斗机雷达。今后的发展趋势是用宽禁带半导体器件制作T/R组件和采用共形结构集成天线。GaN相对GaAs的优越性在前面已经介绍，这里不再赘述。共形结构集成天线可有效利用辐射能量，并具有高度模块化的体系架构、高度可靠性和可维护性、低的全寿命周期成本，以及减小的RCS。
3.2 T/R组件正朝着小型化、低成本方向发展
T/R组件是相控阵雷达的核心部件，目前T/R组件在使用中已出现“砖块”、“瓦片”、扁平封装、三维面板/集成电路等多个阶段，每一阶段都降低T/R组件的重量、体积和生产成本。然而T/R组件的发展空间还很大，在下一代产品和MPM模块等就会要求对自身重量和损耗等进行有效的控制，此外还要求提高输出功率。预计下一代X波段的T/R组件可使体积下降到1.5CM3以下、重量小于10g，能够支持共形天线和多面阵的效率会越来越高。
3.3射频技术正向着支撑MPAR方向演化
射频技术对MPAR的技术性能和战术性能起着决定性的作用。高性能MPAR的T/R组件、子阵列、双极化、多波束形成等都要受到先进射频技术的支撑。在相当长时间内，GaAs仍然是性价比最好的微波功率器件，GaN广泛使用的瓶颈是衬底材料价格。例如，对于高电子迁移率晶体管、多功能自对准门电路、高压多功能自对准门电路、异质结双极型晶体管、横向扩散金属氧化物半导体、互补金属氧化物半导体等，SiC衬底的GaN除成本较高外，其余性能指标，如工作性能、热导性、绝缘特性、成本等，都明显优于SiC衬底的GaN。 4结语
综上所述，雷达的发展也要经历由低级到高级、由简单到复杂、由近距离探测到远距离探测的演变。相信随着半导体技术、光电技术、自适应数字波束形成技术等高新技术的发展，相控阵雷达的发展将产生新的飞跃。
参考文献：
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