趙鴻燕

摘 要： 相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭是當(dāng)今世界上最前沿、 最復(fù)雜的雷達(dá)導(dǎo)引頭之一。 本文介紹了美國(guó)、 俄羅斯、 歐洲、 日本、 印度、 韓國(guó)、 以色列等國(guó)家的相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)研究應(yīng)用情況， 通過(guò)對(duì)國(guó)外發(fā)展情況的分析和總結(jié)， 提出一些有利于雷達(dá)導(dǎo)引頭研制的啟示和建議。

關(guān)鍵詞： 導(dǎo)彈； 雷達(dá)導(dǎo)引頭； 有源相控陣； 氮化鎵技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)： TJ765 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-5048（2018）03-0011-07

目前， 有源相控陣（AESA）已經(jīng)成為機(jī)載雷達(dá)應(yīng)用的尖端技術(shù)， 彈載AESA的很多技術(shù)也已接近或達(dá)到實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)， 美國(guó)、 日本、 俄羅斯和歐洲均已開(kāi)始具體應(yīng)用項(xiàng)目的研究。

1 國(guó)外研究及應(yīng)用情況

隨著微電子及微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展， 美國(guó)、 日本、 俄羅斯、 歐洲在導(dǎo)彈相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)方面取得了明顯進(jìn)步。 印度、 韓國(guó)、 以色列等國(guó)也開(kāi)始相關(guān)領(lǐng)域的研究。

1.1 美國(guó)

1.1.1 新一代空空導(dǎo)彈多波段多模雷達(dá)導(dǎo)引頭

在2014年美國(guó)?？占夹g(shù)展上， 洛克希德·馬丁公司推出了一款新型空空導(dǎo)彈， 其外形與AIM-120空空導(dǎo)彈相似。 據(jù)稱(chēng)， 該導(dǎo)彈采用先進(jìn)的多波段多模有源相控陣（AESA）雷達(dá)導(dǎo)引頭， 融合了寬頻帶被動(dòng)高精度射頻接收器和雙波段有源相控陣主動(dòng)導(dǎo)引頭。 這種雙波段有源相控陣主動(dòng)導(dǎo)引頭可工作在C波段和Ka波段。 C波段導(dǎo)引頭改進(jìn)了導(dǎo)彈的遠(yuǎn)距離截獲和跟蹤能力， 而Ka波段導(dǎo)引頭則為導(dǎo)彈飛行末段提供高分辨率圖像。 作戰(zhàn)時(shí)， 導(dǎo)彈能夠探測(cè)40 km以外的雷達(dá)截面積為0.1 m2的目標(biāo)。 打擊地面防空雷達(dá)時(shí)， 導(dǎo)彈能夠在敵方雷達(dá)關(guān)機(jī)狀態(tài)下對(duì)防空雷達(dá)進(jìn)行成像識(shí)別末段導(dǎo)引。 目前該導(dǎo)彈已進(jìn)行了一系列飛行試驗(yàn)， 飛行試驗(yàn)演示了新型導(dǎo)彈的技術(shù)成熟穩(wěn)定性， 洛克希德·馬丁公司正在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)降低工作， 以確保導(dǎo)彈系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)可承受的， 并具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)， 可以滿足作戰(zhàn)需要[1]。

1.1.2 “戰(zhàn)斧”Block Ⅳ巡航導(dǎo)彈被動(dòng)/主動(dòng)導(dǎo)引頭

自2013年11月起， 雷神公司就開(kāi)始自主投資研發(fā)一款被動(dòng)/主動(dòng)導(dǎo)引頭， 準(zhǔn)備將其集成到“戰(zhàn)斧”Block Ⅳ巡航導(dǎo)彈上。 被動(dòng)導(dǎo)引頭安裝在頭錐的位置， 能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和測(cè)向。 主動(dòng)導(dǎo)引頭則被安裝在頭錐下方， 可提高導(dǎo)彈在GPS信號(hào)受到干擾時(shí)的目標(biāo)捕獲能力。 雷神公司傾向于采用基于有源相控陣（AESA）技術(shù)的主動(dòng)毫米波導(dǎo)引頭[2-3]。 雷神公司計(jì)劃為“戰(zhàn)斧”Block Ⅳ導(dǎo)彈配備的新型多模導(dǎo)引頭見(jiàn)圖1。

2015年， 雷神公司進(jìn)行系留飛行試驗(yàn)， 演示了“戰(zhàn)斧”Block Ⅳ導(dǎo)彈多模導(dǎo)引頭發(fā)射主動(dòng)雷達(dá)波以及接收目標(biāo)反射電磁波的能力。 測(cè)試中， 安裝了主動(dòng)和被動(dòng)雷達(dá)天線以及新型模塊式多模處理器的“戰(zhàn)斧”Block Ⅳ導(dǎo)彈頭部被安裝到T-39飛機(jī)上。 后者以不同的高度模擬導(dǎo)彈的飛行軌跡進(jìn)行亞音速飛行。 多模導(dǎo)引頭和多功能處理器在復(fù)雜、 密集電磁環(huán)境下操縱主動(dòng)雷達(dá)照射地面以及海上的固定和移動(dòng)目標(biāo)。 這是使該導(dǎo)彈具備打擊地面和海上移動(dòng)目標(biāo)的關(guān)鍵一步[4]。

1.1.3 “以商用進(jìn)度開(kāi)發(fā)陣列”（ACT）項(xiàng)目

美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局（DARPA）正在進(jìn)行“以商用進(jìn)度開(kāi)發(fā)陣列”（ACT）項(xiàng)目， 旨在減少開(kāi)發(fā)相控陣的一次性費(fèi)用（通常達(dá)到成本的40%）， 并能快速引入新技術(shù)。 雷神公司從DARPA獲得了ACT項(xiàng)目第1階段的2份合同， 為有源相控陣（AESA）的快速升級(jí)和廣泛部署開(kāi)發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)且可重新配置的通用電子系統(tǒng)。 ACT項(xiàng)目包括兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。 TA1重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字接收/激勵(lì)和數(shù)字波束形成， 并開(kāi)發(fā)出通用模塊。 TA2重點(diǎn)是研制出可賦予AESA雷達(dá)或干擾機(jī)“特性”的輻射元， 并使其能夠重新配置[5]。 ACT通用模塊如圖2所示。

引頭技術(shù)發(fā)展研究雷神公司正在研發(fā)的數(shù)字通用模塊， 占陣列核心功能的80%～90%， 可實(shí)現(xiàn)一系列廣泛的應(yīng)用， 能構(gòu)成從S波段到X波段的可重構(gòu)可調(diào)諧的射頻孔徑， 形成多樣化的特性[6]。 雷神公司透露， 通用模塊旨在以最佳的效費(fèi)比和最優(yōu)的適應(yīng)性進(jìn)行數(shù)字波束生成。 ACT項(xiàng)目的開(kāi)展， 使AESA陣列在不同部分可同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)不同用途的數(shù)字波束。 通用模塊打破了系統(tǒng)分類(lèi)的慣例， 不再將一個(gè)陣列僅僅限于雷達(dá)或電子戰(zhàn)。 隨著模擬的相控陣越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向數(shù)字相控陣， 將實(shí)現(xiàn)軟件定義射頻傳感器， 從而對(duì)每個(gè)輻射元進(jìn)行數(shù)字控制。 ACT技術(shù)使數(shù)字射頻陣列可直接進(jìn)行射頻采樣， 為系統(tǒng)省掉許多組件， 當(dāng)前射頻采樣速度達(dá)到60 Gbps， 功耗已大量減少[5-6]。

DARPA準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)不需要改變?cè)O(shè)計(jì)就可以重新配置從而在不同帶寬、 不同波段和不同掃描角度工作的機(jī)載輻射組件， 雷神公司目前已經(jīng)按照系統(tǒng)需求的帶寬、 極化方式、 頻率， 為天線陣列重新設(shè)計(jì)了輻射器[6]。

1.1.4 氮化鎵（GaN）技術(shù)

有源相控陣（AESA）雷達(dá)的射頻器件會(huì)生成大量的熱， 從而導(dǎo)致熱管理問(wèn)題。 航空電子設(shè)備常規(guī)的氣冷方式無(wú)法解決AESA雷達(dá)散熱問(wèn)題， 尤其是當(dāng)采用砷化鎵技術(shù)時(shí)。 因此液冷成為公認(rèn)的解決方案， 其可使冷卻通道直接位于T/R模塊或MMIC之下。 但是， 液冷系統(tǒng)存在造價(jià)昂貴、 體積龐大、 可靠性低且難以維護(hù)等缺點(diǎn)。 基于氮化鎵的T/R模塊能工作在比砷化鎵更高的溫度下， 因此氣冷再次成為一種切實(shí)可行的解決方案[7]。

雷神公司在2013年3月完成了美國(guó)國(guó)防部辦公室（OSD）為期3年的Title Ⅲ氮化鎵項(xiàng)目。 OSD期望通過(guò)該項(xiàng)目推動(dòng)氮化鎵技術(shù)的發(fā)展， 以期提供可工業(yè)生產(chǎn)、 高度可靠且經(jīng)濟(jì)可承受的熱管理解決途徑。 在氮化鎵的開(kāi)發(fā)過(guò)程中， 雷神公司密切關(guān)注13個(gè)關(guān)鍵性能參數(shù)， 它們涵蓋從產(chǎn)量、 成本到產(chǎn)品性能的諸多方面。 通過(guò)該項(xiàng)目， 雷神公司氮化鎵的生產(chǎn)已提高了至少300%， 單片微波集成電路的成本至少改善了75%。 2014年， 雷神公司在美國(guó)“愛(ài)國(guó)者”防空反導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)上成功演示了有源相控陣和氮化鎵技術(shù)原型。 該技術(shù)能在未來(lái)實(shí)現(xiàn)360°感知覆蓋， 還可擴(kuò)展防御范圍， 并減少探測(cè)、 識(shí)別和消除威脅的時(shí)間。 相關(guān)工作使得雷神公司成為第一家在氮化鎵處理方面達(dá)到8級(jí)制造成熟度的制造商[8-9]。

氮化鎵芯片的輸出功率比同樣面積的砷化鎵高5倍以上， 采用具有較高功率密度的氮化鎵器件不僅能降低系統(tǒng)成本， 還能提高部件的可靠性。 雷神公司目前正在開(kāi)發(fā)采用氮化鎵器件的有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。 未來(lái)其所有新型雷達(dá)和電子系統(tǒng)都將使用氮化鎵器件[8]。 雷神公司生產(chǎn)的氮化鎵晶片如圖3所示。

1.1.5 相控陣相關(guān)專(zhuān)利

美國(guó)雷神公司的專(zhuān)利US7728769B2[10]， Adaptive processing method of clutter rejection in a phased array beam pattern（相控陣波束方向圖雜波抑制自適應(yīng)處理方法）， 介紹了一種相控陣波束天線圖雜波抑制的自適應(yīng)處理方法和系統(tǒng)。 該專(zhuān)利確定了二維相控陣發(fā)射元的幅度分布， 合成了期望的低旁瓣線陣方向圖， 并將二維相控陣發(fā)射元的幅度分布和合成的方向圖相比較。 挑選出不能使所確定的二維相控陣發(fā)射元的振幅分布與合成的波束方向圖達(dá)到最佳匹配的二維陣元。 通過(guò)相位方向圖合成， 產(chǎn)生期望的低旁瓣二維波束方向圖， 從而將任何最佳匹配誤差減至最小。

美國(guó)雷神公司的專(zhuān)利US2015/0130658A1[11]， Methods and apparatus for signal sideband receiver/transceiver for phased array radar antenna（用于相控陣?yán)走_(dá)天線的信號(hào)邊帶接收/收發(fā)裝置及其實(shí)現(xiàn)方法）， 涉及到一種具有單邊帶混頻器的接收機(jī)裝置， 其具有全通網(wǎng)絡(luò)， 可取消不需要的邊帶信號(hào)下變頻。 典型的雷達(dá)收發(fā)機(jī)有三個(gè)開(kāi)關(guān)濾波器組， 分別用于前端干擾防護(hù)、 接收機(jī)鏡像抑制、 發(fā)射鏡像抑制， 而該專(zhuān)利提供了一種使用單邊帶混頻器進(jìn)行信號(hào)上下變頻的雷達(dá)接收機(jī)或收發(fā)機(jī)模塊， 其只需一個(gè)開(kāi)關(guān)濾波器組， 就可實(shí)現(xiàn)前端干擾防護(hù)、 接收鏡像抑制和發(fā)射鏡像抑制。 該專(zhuān)利中的接收機(jī)/收發(fā)機(jī)模塊置于單片集成電路或芯片上， 工作頻率范圍約6～18 GHz。 芯片上的全通網(wǎng)絡(luò)在寬帶寬、 多倍頻程提供90°相移。 由此產(chǎn)生的尺寸較小的單片接收機(jī)或收發(fā)機(jī)可用于相控陣?yán)走_(dá)天線。 因?yàn)椴恍枰嫶蟮钠忾_(kāi)關(guān)濾波器組， 所以可增加相控陣天線收發(fā)機(jī)芯片的數(shù)量， 從而增強(qiáng)相控陣天線接收后同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo)或發(fā)射后立刻將多個(gè)波束指向多個(gè)目標(biāo)的能力。

1.2 日本

1.2.1 AAM-4B導(dǎo)彈有源相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭

2001年， 日本啟動(dòng)了AAM-4空空導(dǎo)彈改進(jìn)型 AAM-4B的研制工作， 2009年完成研制并定型， 2012年開(kāi)始裝備日本航空自衛(wèi)隊(duì)。 AAM-4B空空導(dǎo)彈如圖4所示， 該導(dǎo)彈采用Ka波段有源相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭， 可提高導(dǎo)引頭發(fā)射功率， 進(jìn)而提高自主制導(dǎo)距離， 并增大射程， 提高抗干擾能力以及對(duì)橫向穿越目標(biāo)、 空地導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈的攻擊能力[12]。

日本防衛(wèi)省技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)本部（TRDI）正在研制一種可提高對(duì)隱身目標(biāo)探測(cè)能力的新型導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)。 其采用的不是目前基于目標(biāo)視線角速率的制導(dǎo)算法， 而是基于目標(biāo)位置預(yù)測(cè)的制導(dǎo)算法。 該制導(dǎo)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)動(dòng)目標(biāo)即將到達(dá)的位置， 可在較遠(yuǎn)的距離發(fā)現(xiàn)具有低雷達(dá)反射截面的飛機(jī)， 并可優(yōu)化導(dǎo)彈的飛行路線[13]。

該制導(dǎo)系統(tǒng)通過(guò)減小導(dǎo)引頭掃描范圍來(lái)提高成功發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率。 當(dāng)傳感器被激活進(jìn)行末制導(dǎo)之后， 如果通過(guò)精確預(yù)計(jì)敵機(jī)所處的位置來(lái)將掃描范圍集中于較小的區(qū)域， 將增加發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)瞬即逝的目標(biāo)的可能性。 導(dǎo)彈只需掃描較小的空域， 就可增大對(duì)于隱身目標(biāo)的截獲距離[13]。

研發(fā)計(jì)劃的另一個(gè)目的是縮短導(dǎo)彈的飛行軌跡， 也就是讓導(dǎo)彈飛行得更快。 TRDI稱(chēng)其所開(kāi)發(fā)的制導(dǎo)系統(tǒng)能通過(guò)進(jìn)一步預(yù)測(cè)而轉(zhuǎn)向目標(biāo)將處在的位置， 如果目標(biāo)在載機(jī)的正前方迎頭飛行， 且二者的飛行高度都是12 000 m， 運(yùn)用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)技術(shù)能將攔截導(dǎo)彈的飛行時(shí)間減少12%， 也就是從15 s減少為13.2 s。 圖5所示為運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)與比例導(dǎo)

航的對(duì)比。 運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)使導(dǎo)彈的攔截彈道曲率更小， 攔截時(shí)間更短， 可減小目標(biāo)的反應(yīng)時(shí)間[13]。

AAM-4B將會(huì)受益于上述這些研發(fā)工作。 其導(dǎo)引頭采用有源相控陣（AESA）， 能夠在天線尺寸相同的情況下進(jìn)行更高功率的發(fā)射， 從而提高了對(duì)隱身目標(biāo)的作戰(zhàn)性能。 另外， 日本正在開(kāi)發(fā)采用氮化鎵晶體管的雷達(dá)， 有望進(jìn)一步增加發(fā)射功率。 AESA雷達(dá)能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整波束和掃描范圍來(lái)進(jìn)行目標(biāo)位置預(yù)測(cè)， 因此具有靈活轉(zhuǎn)向最新預(yù)測(cè)目標(biāo)位置的優(yōu)點(diǎn)， 其也應(yīng)該能根據(jù)目標(biāo)位置預(yù)測(cè)即時(shí)減小和增大掃描范圍[13-14]。

1.2.2 相控陣導(dǎo)引頭相關(guān)專(zhuān)利

日本東芝公司的專(zhuān)利JP05674694B2[15]， Phased array seeker and method for transmitting/receiving high frequency signal of phased array seeker（相控陣導(dǎo)引頭及其高頻信號(hào)發(fā)射/接收方法）， 涉及到相控陣導(dǎo)引頭的反射式集成天線， 該天線包括采用PIN二極管的移相器。 PIN二極管正極接到微帶線上， 負(fù)極接地。 串聯(lián)連接的微帶線由高溫超導(dǎo)材料制成的導(dǎo)體構(gòu)成。 移相器被冷卻裝置制冷至超導(dǎo)躍遷溫度以下， 制冷劑為液氮。 除了接觸反射式集成天線外， 冷卻裝置與周?chē)歉綦x的。 該設(shè)計(jì)使移相器插損降低、 發(fā)射功率提高， 使接收時(shí)的噪聲因子減小， 實(shí)現(xiàn)移相器制冷。

日本東芝公司的專(zhuān)利JP05722258B2[16]， Phased array seeker（相控陣導(dǎo)引頭）， 介紹了一種可減小集成天線中移相器插損的相控陣導(dǎo)引頭設(shè)計(jì)。 該相控陣導(dǎo)引頭包括： 若干微帶線（導(dǎo)體由超導(dǎo)材料構(gòu)成， 串聯(lián)連接）， 移相微帶線（一端連到微帶線上， 導(dǎo)體由超導(dǎo)材料構(gòu)成）， 以及PIN二極管（正極連到移相微帶線的另一端， 負(fù)極接地）。 相控陣導(dǎo)引頭也包括： 發(fā)射/接收信號(hào)的移相器（可控制所發(fā)射的高頻信號(hào)的相位）和冷卻設(shè)備（將發(fā)射信號(hào)的微帶線、 移相和發(fā)射信號(hào)的微帶線、 接收信號(hào)的微帶線、 移相和接收信號(hào)的微帶線制冷到超導(dǎo)躍遷溫度或更低溫度）。 該相控陣導(dǎo)引頭通過(guò)支撐移相器的導(dǎo)電隔熱材料將集成天線固定在殼體中。 每個(gè)天線都由液氮（其除了接觸移相器外， 與殼體中其他部分都是隔離的）制冷。 液氮把移相微帶線冷卻至超導(dǎo)躍遷溫度以下。

1.3 俄羅斯

俄羅斯瑪瑙設(shè)計(jì)局正在研究用于導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的主動(dòng)式和被動(dòng)式的有源相控陣天線。 俄羅斯披露了其為新型K-77M空空導(dǎo)彈研發(fā)的64單元有源相控陣（AESA）雷達(dá)， 如圖6所示。 文獻(xiàn)[17-19]顯示， 該AESA雷達(dá)預(yù)計(jì)在2015年2月開(kāi)始量產(chǎn)， 目前已進(jìn)入批量生產(chǎn)。

俄羅斯公開(kāi)展示的K-77M空空導(dǎo)彈的相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭， 是在機(jī)掃天線驅(qū)動(dòng)平臺(tái)上， 用64單元AESA天線替代平板縫隙天線， 采用主/被動(dòng)復(fù)合方式， 既可固態(tài)電掃又可機(jī)械掃描。 這種做法不需要對(duì)導(dǎo)引頭和天線罩進(jìn)行大的改動(dòng)就能對(duì)現(xiàn)有的R-77進(jìn)行AESA天線改造。 主要針對(duì)全電掃AESA雷達(dá)大角度范圍搜索距離下降的性能局限， 俄羅斯的彈載相控陣天線采用這種電掃與機(jī)掃結(jié)合的方式， 小偏角利用天線電掃描的方式， 大角度則依靠機(jī)掃提供天線的側(cè)向傾斜角[18]。

俄羅斯彈載相控陣天線的缺點(diǎn)是重量和占用空間大， 天線罩的外形仍然受到天線旋轉(zhuǎn)空間限制， 優(yōu)點(diǎn)則是AESA天線設(shè)計(jì)和工藝簡(jiǎn)單， 用機(jī)掃使天線在整個(gè)前半球都能獲得均衡的搜索距離。 俄羅斯為K-77M選擇機(jī)-電混掃AESA雷達(dá)， 主要是因?yàn)槠潆娮右葡嗥鞯募夹g(shù)水平不高， 傳統(tǒng)移相器的體積和重量太大， 難以綜合到R-77彈體中。 K-77M的AESA導(dǎo)引頭設(shè)計(jì)性能不錯(cuò)， 但因?yàn)樘炀€尺寸小， 陣面采用了交錯(cuò)條形構(gòu)成的矩形， 雷達(dá)天線的總面積要小于普通的盤(pán)形天線， 這也在部分程度上削弱了AESA的性能優(yōu)勢(shì)[18]。

1.4 歐洲

與砷化鎵器件相比， 氮化鎵器件能在更高的電壓下工作而不會(huì)過(guò)熱， 所以氮化鎵器件比目前有源相控陣?yán)走_(dá)上使用的砷化鎵器件的功效更高。 目前MBDA公司正在和英國(guó)、 法國(guó)一起探索半導(dǎo)體氮化鎵在導(dǎo)彈射頻導(dǎo)引頭和傳感器上的潛在用途[20]。

法國(guó)聯(lián)合單片半導(dǎo)體公司與波爾多大學(xué)合作進(jìn)行了氮化鎵的熱動(dòng)力極限試驗(yàn)。 試驗(yàn)中把氮化鎵的工作電壓從30 V增加到50 V， 以激發(fā)出更多的射頻能量。 增加電壓后氮化鎵的發(fā)射功率可從為3～4 W/mm提高到6.5 W/mm[20]。

研究人員通過(guò)提高射頻功率可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引頭的小型化， 從而使導(dǎo)彈中有更多的空間裝下更大的戰(zhàn)斗部或更多的燃料。 當(dāng)然， 射頻導(dǎo)引頭也可以安裝在更小的導(dǎo)彈上， 從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈的小型化[20]。

1.5 韓國(guó)

韓國(guó)三星泰勒斯公司的專(zhuān)利KR1052042B1[21]， Beam steering controller for controlling phase shifter with MEMS switch in a phase array antenna（通過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)控制移相器的相控陣天線波束控制裝置）， 介紹了一種重量輕、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 波束掃描速度快、 制造經(jīng)濟(jì)合算的相控陣天線波束控制裝置， 其包括相控陣天線驅(qū)動(dòng)器和波束控制器， 如圖7所示。 相控陣天線驅(qū)動(dòng)器包括采用MEMS開(kāi)關(guān)的移相器和“低壓串聯(lián)高壓并聯(lián)”變換器。 波束控制器可根據(jù)從相控陣天線控制裝置接收到的波束指令信號(hào)， 計(jì)算出分別與移相器相應(yīng)的相位數(shù)據(jù)， 并將該相位數(shù)據(jù)傳送到相控陣天線驅(qū)動(dòng)器， 相控陣天線驅(qū)動(dòng)器通過(guò)像HV574那樣的“低壓串聯(lián)高壓并聯(lián)”變換器以最小驅(qū)動(dòng)電流來(lái)控制與相位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的移相器的MEMS開(kāi)關(guān)的開(kāi)或關(guān)， 進(jìn)行波束控制， 從而用最低成本實(shí)現(xiàn)了輕小型化。

1.6 印度

印度國(guó)防研究和發(fā)展組織的專(zhuān)利IN201303018I1[22]， System and method for injecting a target in active phased array radars（有源相控陣?yán)走_(dá)目標(biāo)輸入系統(tǒng)和方法）， 提供了一種雷達(dá)目標(biāo)模擬（包括對(duì)環(huán)境干擾（雜波）和人為電子干擾效果的模擬）的裝置和方法。 信號(hào)的輸入使雷達(dá)處于與戰(zhàn)場(chǎng)中遇到的環(huán)境相似的電子環(huán)境中。 以高度的可重復(fù)性和靈活性， 沿信號(hào)路徑在各點(diǎn)輸入信號(hào)， 從而確定雷達(dá)各部分的特性或者將問(wèn)題區(qū)域分離出來(lái)。 從射頻（RF）前端到數(shù)字信號(hào)處理和雷達(dá)數(shù)據(jù)處理器， 利用真實(shí)的雷達(dá)信號(hào)對(duì)雷達(dá)性能進(jìn)行評(píng)估和確定。 這在驗(yàn)證和加強(qiáng)信號(hào)處理和跟蹤回路算法時(shí)特別有用。 而且， 該專(zhuān)利涉及到的一種改進(jìn)的校準(zhǔn)相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)， 可在從激勵(lì)器到每個(gè)天線元的有源相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射通道中獲得精確的相位響應(yīng)。

機(jī)載和彈載相控陣接收想要的信號(hào)， 同時(shí)壓制所有其他不想要的敵方輸入信號(hào)。 這也使其不被敵方基地或敵機(jī)的雷達(dá)探測(cè)到。 文獻(xiàn)[23]討論了相控陣天線、 機(jī)械掃描平面陣、 無(wú)源電子掃描陣列、 有源電子掃描陣列、 寬角度掃描相控陣、 相控陣和MEMS電控天線的互耦效應(yīng)等幾個(gè)方面。 主要對(duì)適用于寬角度掃描陣列天線（在空基雷達(dá)上很有用）的天線元進(jìn)行分析， 對(duì)與寬角度掃描相控陣設(shè)計(jì)和分析相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行思考。 該天線孔徑包括許多輻射元， 可用于波束形成， 然后通過(guò)調(diào)整陣元相位來(lái)高效地控制波束。 此外， 該天線能抑制接收信號(hào)中所有不想要的部分， 同時(shí)在期望的方向保持充足的方向圖增益。 這些特性可用于隱身[23]。

1.7 以色列

以色列航空工業(yè)有限公司的專(zhuān)利WO2015166490A1[24]， cover（頭罩）， 介紹了一種包括內(nèi)部頭罩和外部天線罩的導(dǎo)彈導(dǎo)引頭頭罩組件。 內(nèi)部頭罩可完全透過(guò)第一個(gè)波段和第二個(gè)波段的電磁（EM）輻射。 第一個(gè)波段包括可見(jiàn)光、 紅外光、 紫外光。 外部天線罩可透過(guò)第二個(gè)波段的電磁輻射。 第二個(gè)波段包括射頻（RF）波段。 外部天線罩最初裝在內(nèi)部頭罩外面， 飛行時(shí)可拋掉， 露出內(nèi)部頭罩。

內(nèi)部頭罩呈圓形， 可使第一個(gè)波段和第二個(gè)波段的電磁輻射透過(guò)時(shí)不會(huì)變形。 外部天線罩呈尖拱形或圓錐形， 其由兩片組成， 每片之間通過(guò)爆炸螺栓連起來(lái)， 被激活后各片分離。 或者每片縱向邊緣處是活性材料（如： 爆炸物質(zhì)）， 一旦活性材料激活， 天線罩各片之間的機(jī)械連接就被破壞， 從而彼此分離。 頭罩組件與導(dǎo)引頭有共同的孔徑。 導(dǎo)引頭包括光電單元（發(fā)射/接收透過(guò)內(nèi)部頭罩的第一個(gè)波段電磁輻射）和射頻單元（發(fā)射/接收透過(guò)外部天線罩的第二個(gè)波段電磁輻射）。 光電單元可以是紅外成像導(dǎo)引頭。 射頻單元可以是相控陣導(dǎo)引頭。 在導(dǎo)彈飛行初始階段， 外部天線罩保護(hù)著內(nèi)部頭罩， 此時(shí)射頻單元工作， 而光電單元不工作。 導(dǎo)彈可通過(guò)控制裝置（如： 彈載計(jì)算機(jī)）使外部天線罩脫離。 外部天線罩脫離后， 內(nèi)部頭罩露出， 光電單元這時(shí)啟動(dòng)。 控制裝置控制射頻單元和光電單元之間的工作轉(zhuǎn)換。 圖8所示為外部天線罩被打開(kāi)時(shí)和外部天線罩完全脫離后的頭罩組件視圖。

2 啟示和建議

通過(guò)對(duì)上述國(guó)外相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行分析和研究， 可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)：

（1） 隨著微電子及微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展， 世界軍事強(qiáng)國(guó)都加快了導(dǎo)彈有源相控陣?yán)走_(dá)制導(dǎo)方面的研究， 但是有源相控陣?yán)走_(dá)遲遲不能使用， 關(guān)鍵就在于導(dǎo)彈彈體空間太小， 限制了雷達(dá)導(dǎo)引頭天線的大小， 為了保證較大的增益， 保證探測(cè)距離， 只能采用毫米波那樣較高的頻率（如美國(guó)洛克希德·馬丁公司新一代空空導(dǎo)彈、 日本AAM-4B空空導(dǎo)彈的Ka波段有源相控陣導(dǎo)引頭）， 那么對(duì)器件的要求就會(huì)較高， 所以具有較高功率密度的GaN器件就成為美國(guó)、 日本、 歐洲各國(guó)的首選。 另外， 在較小的空間內(nèi)集中較多T/R模塊， 產(chǎn)生的散熱問(wèn)題也難以解決。 日本專(zhuān)利中的相控陣導(dǎo)引頭天線移相器由液氮制冷， 除了接觸反射式集成天線外， 冷卻裝置與周?chē)歉綦x的， 其設(shè)計(jì)可降低移相器插損和提高發(fā)射功率。 在數(shù)據(jù)/信號(hào)處理方面， 印度專(zhuān)利中涉及到一種相控陣?yán)走_(dá)目標(biāo)模擬裝置， 可利用真實(shí)的雷達(dá)信號(hào)對(duì)有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)進(jìn)行所有作戰(zhàn)模式下的性能評(píng)估， 確保性能指標(biāo)滿足要求， 這在驗(yàn)證和加強(qiáng)信號(hào)處理和跟蹤回路算法時(shí)非常有用， 值得借鑒。

（2） 微波單片集成電路（MMIC）技術(shù)和微波多芯片組件（MMCM）技術(shù)目前已成為有源相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭T/R組件的關(guān)鍵技術(shù)。 美國(guó)雷神公司研發(fā)的用于相控陣?yán)走_(dá)天線的小尺寸單片接收機(jī)或收發(fā)機(jī)， 通過(guò)增加相控陣天線收發(fā)機(jī)芯片數(shù)量， 可增強(qiáng)相控陣天線接收后同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo)或發(fā)射后立刻將多個(gè)波束指向多個(gè)目標(biāo)的能力。 隨著以GaN為代表的第三代半導(dǎo)體器件和MMIC的應(yīng)用、 MEMS低損耗移相器的實(shí)現(xiàn)以及新的MMCM技術(shù)的應(yīng)用， 各國(guó)已具有了研制出小型化、 低功耗有源相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭的條件。

（3） 美國(guó)在相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭方面的研究不僅涉及到先進(jìn)空空導(dǎo)彈， 還計(jì)劃用于遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈。 目前美國(guó)正在研制可重新配置的通用數(shù)字模塊， 目的是減少開(kāi)發(fā)相控陣的一次性費(fèi)用， 并實(shí)現(xiàn)有源相控陣的快速升級(jí)。 日本和俄羅斯雖然也已將相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭用在導(dǎo)彈型號(hào)上， 但是將平板縫隙陣面更新為T(mén)/R組件陣面， 并不能充分發(fā)揮有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

（4） 對(duì)美國(guó)、 日本、 俄羅斯、 歐洲、 印度、 韓國(guó)、 以色列等國(guó)家進(jìn)行的彈載相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的相關(guān)研究可以有所借鑒。 從目前各國(guó)的發(fā)展情況來(lái)看， 只有突破效費(fèi)比瓶頸后， 彈載相控陣?yán)走_(dá)才能取代常規(guī)雷達(dá)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝永亮， 周宇浩. “阿姆拉姆”替代者——洛馬公司下一代中距攔射空空導(dǎo)彈[J]. 兵工科技， 2014（24）： 44.

Xie Yongliang， Zhou Yuhao. AMRAAM Replacement——Next Generation MediumRange AirtoAir Missile[J]. Ordnance Industry Science Technology， 2014（24）： 44. （in Chinese）

[2] 雷神公司披露“戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈升級(jí)計(jì)劃[J]. 裝備參考，2014， 16（30）： 16.

Raytheon Revealed the Upgrade Plan for Tomahawk Missile[J]. Equipment Reference， 2014， 16（30）： 16. （in Chinese）

[3] Scott R. Tactical Tomahawk Takes Aim at New Targets[J]. Janes International Defence Review， 2014（3）： 38-39.

[4] 雷神公司為“戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈測(cè)試新型多模式導(dǎo)引頭[J].現(xiàn)代兵器， 2015（6）： 4.

Raytheon Tested the New MultiMode Seeker on Tactical Tomahawk Missile[J]. Modern Weaponry， 2015（6）： 4. （in Chinese）

[5] Warwick G. Active Advance——DARPA Program Leads Development of NextGeneration， AllDigital Active Phased Arrays[J]. Aviation Week & Space Technology， 2015/3/16-29： 46-47.

[6] DARPA尋求可迅速部署的電子裝備[J]. 現(xiàn)代軍事， 2015（6）： 15.

DARPA Seeks Quickly Deployed Electronic Equipment [J]. Modern Military， 2015（6）： 15. （in Chinese）

[7] 何曉晴. 有源電掃描陣列雷達(dá)技術(shù)發(fā)展概況[J].現(xiàn)代軍事， 2016（7）： 52-55.

He Xiaoqing. Active Electronically Scanned Array Radar Technology Development[J]. Modern Military， 2016（7）： 52-55. （in Chinese）

[8] Fein G. Cooling Down： Advances in Electronics Bring Big Gains[J]. Janes International Defence Review，2015（10）： 60-65.

[9] 金海薇， 秦利， 張?zhí)m. 寬禁帶半導(dǎo)體在雷達(dá)中的應(yīng)用[J]. 航天電子對(duì)抗， 2015（6）： 62-64.

Jin Haiwei， Qin Li， Zhang Lan. Application of Wide Band Gap Semiconductors in Radar[J]. Aerospace Electronic Warfare， 2015（6）： 62-64. （in Chinese）

[10] Adaptive Processing Method of Clutter Rejection in a Phased Array Beam Pattern： United States， US7728769B2[P].2010.

[11] Methods and Apparatus for Signal Sideband Receiver/Transceiver for Phased Array Radar Antenna： United States， US2015/0130658A1[P]. 2015.

[12] 明寶印， 宋勁松， 邢曉嵐. 日本空空導(dǎo)彈發(fā)展情況和性能分析[J]. 飛航導(dǎo)彈， 2013（9）： 28-33.

Ming Baoyin，Song Jinsong，Xing Xiaolan. Analysis on the Development and the Performance of Japans AirtoAir Missile[J]. Aerodynamic Missile， 2013（9）： 28-33. （in Chinese）

[13] A Step Ahead——Japan Plans MissileGuidance System to Optimize Flightpaths and Detect Difficult Targets[J]. Aviation Week & Space Technology， 2015/8/31-9/13： 70.

[14] 日本研究反隱身導(dǎo)彈制導(dǎo)技術(shù)[J].國(guó)際航空， 2015（9）： 8.

Japan Researches AntiStealth Missile Guidance Technology[J]. International Aviation， 2015（9）： 8.（in Chinese）

[15] Phased Array Seeker and Method for Transmitting/Receiving High Frequency Signal of Phased Array Seeker： Japan， JP05674694B2[P]. 2015.

[16] Phased Array Seeker： Japan， JP05722258B2[P]. 2015.

[17] 唐懷民， 魏飛鳴， 宋柯. 相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J]. 制導(dǎo)與引信， 2014（9）： 6-10.

Tang Huaimin， Wei Feiming， Song Ke. Analysis on Technology Development Status Quo of Phased Array Radar Seeker[J]. Guidance & Fuze， 2014（9）： 6-10. （in Chinese）

[18] 中秋. 彈載有源相控陣?yán)走_(dá)的應(yīng)用[J]. 兵器知識(shí)， 2016（2）： 54-57.

Zhong Qiu. Airborne Active Electronically Scanned Array Radar Application[J]. Ordnance Knowledge， 2016（2）： 54-57. （in Chinese）

[19] Richardson D. Russian Fighters to Carry Improved AirtoAir Missile[J]. Journal of Electronic Defense， 2016（8）： 46.

[20] Osborne T. Aiming Point——European Cooperative Research Tests New Missile Technologies， Materials and Propulsion[J]. Aviation Week & Space Technology， 2015/12/21-2016/1/3： 46.

[21] Beam Steering Controller for Controlling Phase Shifter with MEMS Switch in a Phase Array Antenna： Korea， KR1052042B1[P]. 2011.

[22] System and Method for Injecting a Target in Active Phased Array Radars： India， IN201303018I1[P]. 2015.

[23] Saraswathi B， Kavitha L，Raglend I J. A WideScan Phased Array Antenna for a Small Active Electronically Scanned Array： A Review[C]∥2013 International Conference on Circuits， Power and Computing Technologies， IEEE， 2013.

[24] Cover： Israel， WO2015166490A1[P]. 2015.

Abstract： Phased array radar seeker is one of the most advanced and complicated radar seekers. In this paper， the research and application states of phased array radar seeker technology in US， Russia， Europe， Japan， India， South Korea， Israel are introduced. After the overseas development state is analyzed and summarized， some suggestions are provided.

Key words： missile； radar seeker； active phased array； gallium nitride technology