双波段雷达即DBS,是美国首创的新概念雷达,装备于其最新的福特级航母,象DSI进气道一样,这个概念又一次被我国的055型导弹驱逐舰发扬光大。

ka波段雷达是毫米波雷达吗(是照妖镜还是千里眼)(1)

美国福特级航母采用X波段的SPY3和S波段的SPY4,都是六面阵雷达,之所以没有采用探测距离更远的L波段,是因为 L波段波长太长,天线的聚焦能力差,波束太宽,但绕射能力强,更适合通讯,比如北斗导航卫星和很多手机信号就用了L波段,但其不适合做雷达的载波,况且美国海军有几十年SPY1的使用经验,对S波段的各种情况了如指掌。

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福特级航母,极具视觉冲击力

X波段波长大约3厘米,能对中程防空导弹进行制导和末端照射,低空传播特性极佳,能抑制多路径效应,这个效应通俗的讲就是导弹信号经由海面反射,又被雷达所接收,形成了类似水上倒影的假目标,X波段基本没有绕射现象,信号不易失真,且因频率高,频带宽度很大,也有利于对目标的识别,擅长探测集群目标,X波段雷达的距离分辨率是S波段雷达的3倍左右。

S波段波长大约10厘米,这个波段不但传输损耗小,探测距离远而且波束宽度能做小,能进行精密跟踪,精度足以与X波段直接进行目标交接,别的波段就不行,比如E2预警机的UHF波段,即分米波段,波长约75厘米,不能直接引导战斗机的X波段火控雷达,必须由航母作中介。

双波段雷达有突出的反隐形能力,双波段本身就拓展了雷达的带宽,显示的目标细节更丰富,更立体。四代机面对两个波段的雷达,特别是这两个波段差别很大时,隐形能力会大幅下降,DBS之于传统的单波段雷达就好象人的两只眼睛和一只眼睛的差别,面对DBS四代机是顾了这头顾不了那头,比如舱门锯齿,无论是雷达舱、座舱、起落架舱,还是发动机舱,只能设计一种尺寸,F35的锯齿就只针对X波段优化,我国的歼20舱门锯齿也只能专门针对S波段设计。

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这个角度都能看到锯齿,证明其尺寸不小

其实双波段由来已久,最典型的是俄罗斯的顶板,两个背对背天线分别工作于S/C波段,我国的仿制型号为382“海鹰”,并且在水面舰只上广泛装备,只不过DBS应用了固态有源相控阵和氮化镓元件等一干新技术,双波段雷达与传统雷达在基本原理上没有质的变化。

固态有源相控阵雷达,即采用晶体管微波集成电路,不再用原先的行波管、速调管这类真空器件了,体积小、重量轻,可以做成点阵分布到天线上。

砷化镓取代了硅双极晶体管,工作频率提高了很多,砷化镓曾在海湾战争中大显神威,频率是上去了,但功率却下来了,因为击穿电压下降了,我记得日本引以为豪的JPG1有源相控阵雷达每个收发单元的功率只有8瓦,8瓦!跟小号节能灯一个功率!一提到砷我就想到了硫化砷和三氧化二砷,朱砂和砒霜,所以对它印象不好,没有到砷和镓的化合物还有如此妙用,镀金成了高科技产品。

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F22采用砷化镓元件的APG77雷达

氮化镓的原子体积只有砷化镓的一半,镓不与砷合伙了,傍上了氮,氮是气体分子,分子量要比砷小得多,因此氮化镓器件更轻小,且氮化镓是极稳定的化合物,有高硬度和达1700摄氏度的熔点,用氮化镓做成器件后理论上可以工作于800摄氏度的高温环境,都快赶上金属铜了,氮化镓的击穿电场/电压分别是硅双极管和砷化镓的数倍和数十倍,有益于有源阵进一步提高阵面的功率密度。

而且有了氮化镓器件,双波段雷达能进一步向电磁频谱两端扩展,米波/毫米波双波段雷达,让隐形战机无所遁形。

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红色方块疑为X波段相控阵天线

在055型导弹驱逐舰一体化桅杆最下一层的位置,装有四面长1.5米,宽2米的相控阵天线,据估计这便是双波段雷达中的X波段天线,至于另一个波段,是承袭自052D型驱逐舰上的346A的改进型,也是四面阵,346A发展自052C的346有源相控阵雷达。在红旗9防空导弹下海上舰的过程中,为适应海上空旷而又广袤的环境,按通行做法,由陆基C波段的的SJ212升级为S波段的346有源相控阵雷达。

当相控阵天线的扫描角偏离中心轴一定角度以后,波束宽度、分辨率、增益都会大幅下降,就象我们用眼睛的余光看东西一样,因为大于聚焦视角,无法聚焦,看不远还看不清,近距离还凑合,但精确跟踪远程高速目标就力不从心了,如未来的高超音速反舰导弹,会存在盲区,错过最佳拦截窗口。我国没有美国强大的卫星及预警机阵容,可以用三面阵,只能用四个平面天线阵应对空前恶劣的战场环境。

有四个平面天线就不一定采用共面安装的方式,因为无论目标处于哪个方位,都处在雷达的最佳视角之内,这极大增加了天线布置的灵活性,所有雷达都弄到桅杆上,会互相干扰,雷达天线可以不共面,但一定要以共坐标的方式工作,即两部雷达共用一个坐标系,共用一个原点和坐标轴,就象人的两只眼睛只能观察一个目标一样,不能一只眼睛看电视,一只眼睛看手机,用两个波段同步扫描,同步处理,任何目标都有两个信号的叠加处理,取得1 1>2的效果,两个收发通道用共同的终端进行控制和显示,两只眼睛共用一个大脑,对探测数据进行合并处理,从而极大提高反应速度,获得对高速目标的更多拦截机会。

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有强大的处理能力和四个面阵,共面布置实无必要,正因为不共面,055的线条才如此流畅

现在的所谓双波段雷达还是采用各自独立的收发系统,只有两个波段共用收发单元才能成为真正的双波段雷达,两个波段共用一个天线,所见即所得,省去了后台复杂的解算,就好象人的眼睛不但能进行可见光成像,还能红外成像一样,可见要发展真正的双波段雷达还有很长的路要走。

图片与数据来自网络

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