美日研发共形阵天线：机内雷达将被淘汰

共形阵天线可提高导弹攻击隐身机效果

共形阵天线是新世纪相控阵雷达发展的一个方向，它对于提高雷达的探测性能有较大的助益，特别是提高中距雷达制导空空导弹攻击隐身飞机方面效果较好，是各国研究的一个重点，中国也已经研制成功采用圆柱阵的相控阵雷达，用来探测各种炮弹，它可以算是 一种比较典型的共形阵天线。是共形阵的基础和突破口。

我们知道传统的相控阵雷达天线一般采用线阵或者平面阵，它的优点就是结构比较简单，技术处理比较容易，各方面理论比较成熟，因此费用、成本等较低，是目前相控阵雷达广泛使用的天线形式。不过平面相控阵天线也有自己一些先天的不足之处，限制它进一步的发展。

普通平面相控阵天线扫描角度受到限制

首先就是扫描角度限制，平面相控阵天线随着波束扫描角的增大，会造成有效孔径投影区的下降， 从而导致波束的展宽和天线增益的下降，这样就会严重影响雷达的探测性能，一般而言平面相控阵天线的极限扫描角度在正负60度左右，这样的话如果想实现全向 探测至少有3块天线，考虑到载体的运动和摇晃，必须保证每个阵面的工作区域有一定的重叠，那么需要的阵面就要增加到4个以上，所以我们看到宙斯盾舰艇一般 拥有4个天线就来源于此，这样做的后果就是雷达天线较多，增加作战系统的价格和使用费用，同时对电力供应也有较大的压力。

有源相控阵天线T/R模块效率仅30%

还有就是与载体兼容性不好，我们知道平面相控阵的面积较大，探测的时候，必须正面对着工作区域，这样就做一个结果那就是增加作战系统的阻力，特别是一些速度较高的系统，如作战飞机、导弹等。这样的话就需要把天线系统安装在整流罩里面，从而增加系统的长度，另外相控阵天线的发热量较大，根据相关资料，目前有源相控阵天线T/R模块的效率只有30%，也就是说大部分能源被转换成了热量，那么在狭窄的空间里面，如果散热和冷却显然是一件令人头疼的事情。

当然最根本还是天线孔径的尺寸问题，我们知道决定雷达探测距离两个关系参数：一个是天线孔径，一个是功率，但是在飞机、导弹这些武器系统里面，考虑到空气动力等因素，它的直径往往不能太大，这样就限制了天线孔径不能太大，从而限制了雷达的探测性能。

有源相控阵雷达对隐身战机探测效果差

这种情况在隐身飞机出来之后，影响尤其突出，以预警机为例，现代预警机的典型目标的 RCS=5平方米，而目前第四代作战飞机如F-22的前视RCS在常规雷达频率大约是0.05也就是降低了大约100倍，雷达探测距离与RCS四次方根呈 现正比，这样雷达对于隐身战斗机的探测距离就要降低到原来的30%左右，也就是说原来可以在400公里处探测到目标，现在降低到130公里左右。

而F- 22配备的AN/APG-77有源相控阵可以在300公里外探测到预警机这样的目标，利用AIM-120D空空导弹在可以在150公里左右就可以对预警机进行拦射，也就是说当预警机探测到目标的时候，F-22已经可以对其进行拦射了，所以新一代预警机对于典型目标的设定已经降低到1平方米左右，甚至更低。

空空导弹探测效率低 很难捕捉隐身战机

另外一个限制是战机和主动雷达制导空空导弹，它们雷达的孔径和功率比预警机还要低，这样在探测、攻击隐身飞机的时候，受到的限制更大，象主动雷达制导空空导弹末制导雷达的探测距离本来就低，对于普通飞机大约在20-30公里左右，对于隐身飞机 就会降低到不到10公里，如果加上电子干扰等措施，这个距离显然就更短，因此有人推测，四代隐身战斗机之间的空间可能重新回到近距格斗时代就是这个原因。

现代主动雷达制导空空导弹的末制导雷达先天限制较多，对付隐身目标的能力较低。从前面的描述我们就可以知道，决定雷达探测距离两个参数：孔径和功率。想提高雷达的探测距离，就必须提高雷达的孔径，但是飞机上空间有限，难以找到较大的空间给平面阵。

共形阵将极大拓展探测范围 扩大天线孔径

这样共形阵就出现了，共形阵最大的特点就是能够和载体表面共形，这样的话， 就可以有效的扩展雷达天线的孔径，相应的也就提高雷达的探测距离，另外还可以实现对以前无法探测的区域，如作战飞机的后部，进行探测，扩展探测范围是共形阵另外一个优点，它可以将平面相控阵正负60长的扫描限制，扩展到半球乃至3/4球区域，并且在扫描过程中保证天线和雷达的性能不至有较大的下降。

安装共形阵的战机将不再需要机体内雷达

另外由安装于作战飞机的机体内不需要安装雷达，那么机内的空间可以用来安装其他设备、燃料，从而增加飞机的载荷，让机体内有限的空间得到充分的利用，另外共形天线也 有助于提高设备的结构强度，减少体积和重量。

导弹安装共形阵可降低尺寸 追踪隐身战机

共形阵对于中距主动雷达制导空空导弹来说尤其重要，现在主动雷达制导空空导弹采用的机械扫描 平面阵天线，由于机械扫描机构的存在，导致系统体积和重量的增加，在狭窄的空间安装这些设备异常的困难和复杂，同时对于机载导弹来说，它的尺寸和重量都有 一定的限制，所以等于降低了导引头和发动机的尺寸和重量，从而降低了导弹的战术技术指标。

如果给主动雷达制导空空导弹换装共形相控阵雷达导引头，那么它的性能就会得到较大的提高，增强它和隐身飞机作斗争的能力，一个是不增加导弹尺寸的情况下增加天线的孔径，由于共形天线面积由导弹弹体表面积决定的，比导弹内部的空间要大的多，所以可 以得到较大的功率，较小的波束宽度，从而可以提高导弹末制导雷达的探测能力，另外还可以提高它的探测精度，由于采用了电子扫描方式，因此它的空间搜索能力得到提高，可以对付更多的目标。更重要的一点是实现了复合制导方式，由于末制导雷达让出了弹头空间，所以可以腾出来安装其他制导系统，如红外成像制导系统，两者信息进行融合，利用雷达为红外成像制导系统提供目标指示，后者可以在末制导雷达被干扰的时候，继续保持对目标的探测和跟踪，从而提高导弹对目标的 截获和抗干扰能力。

1960年美国海军首先研发共形阵天线

共形阵的研究实际上很早就开始了，上世纪30年代雷达刚刚出现的时候，科学家就开始对圆环阵、圆锥阵等特别形状天线进行研究，它们被视为共形阵的基础和突破口，1960年美国海军航空司令部开始着手研究用于飞机和导弹蒙皮上的共形相控阵天线，1973年美国研制了球形相控阵天线和圆环相控阵天线，经过长时期不懈的努力，世界各国在共形阵的领域和工程实践之中取得了一系列比较大的进展。

上世纪80年代以后，随着信息革命的爆发，微电子技术迅速发展，一系列新 器件、工艺的出现，为共形阵的运用打下了坚实的基础，目前共形阵已经开始部分实用，共形相控阵天线已经运用到各种雷达，如地面、舰载、机载探测雷达，电子 战系统、通信系统等，运用领域也越来越广泛。

美海军圆柱形共形阵可实现360°探测

根据相关资料：美国海军协同交战系统使用的舰载通信终端就采用了圆柱形共形相控阵天线，它由 96条列馈组成，每条列馈上有10个阵元由微带天线分配网络相联，前苏联曾经研制成功有用圆柱形共形相控阵天线的空中交通控制雷达，它的最大探测距离可以 达到400公里，可以实现360度探测，最多可以掌握100批目标，美国也完成了采用光控的宽形共形相控阵天线的研制。

2004年美国空军和雷神公司开始 了X波段薄型相控阵雷达的研究，而它采用的就是共形天线，欧洲的EADS也在研制一种为无人机用的两维曲面电子扫描天线进行测试。这种天线阵列不需要机械装置，曲面天线阵列放置在机身表面，而是成为机体结构的一部分。它不仅要收发电磁波，还要能够经受风雨以及外物的冲击。减少了体积和重量，提高了系统的可靠性。

共形阵还面临很多细节问题 仍处于初级水平

虽然各国在共形阵取得了较大的突破，但是一些深层次问题仍旧没有得到很好的解决，限制共形阵 进一步的发展，例如，共形阵一大难点就是要保证阵列所有单元有相同的方向图、最大值指向和一致的极化取向，但是共形阵的各天线阵元并不在一个阵面上，因此 共形阵的分析和工程实现难度非常大。共形阵扫描的时候，阵元工作的通断切换和幅相加权变化多端，相应的馈电网络功率分配、波束控制需要实时解决，另外共形 阵中，不同位置阵元有各自的电环境，因此在天线工作的时候，如何解决有源输入阻抗匹配是需要解决的关键问题，对飞机和导弹这样的载体来说身振动和动态变形对于天线阵面还要较大的影响，需要在实用中加以解决。

正是因为如此，所以现在共形阵处在初级的阶段，实用多是一些圆柱形这样比较简单共形天线，一些所谓的共形天线飞机如以色列的’海雕’预警机实际上是把平板型天线安装在机身上面，从而得到较大的侧面天线阵，提高雷达的探测距离。

中国CS/RB1圆柱共形阵雷达可探测来袭炮弹

中国从上世纪7、80年代开始共形阵的研究，90年代着手共形阵天线阵元的研究，完成了样机的研制，进入新世纪开始进行共形相控阵天线的研制，在去年珠海航展上首次公开展出CS/RB1雷达，从相关图片来看，它采用了圆柱共形相控阵设计，具备 360度探测能力，工作在L波段，适合要低防空、快速投送以及反火力作战，可用于探测敌方迫击炮弹并定位其发射阵地，作为拦截和反击火力武器系统的警戒与 跟踪雷达，也可用于校正己方迫击炮的射击；可人工携带，可适应各种运输机、直升机空投的要求，机动性强，操作、部署简便，适合快速投送；在要地防空系统中 担负各类低空目标的探测任务。CS/RB1雷达的出现标志着中国的共形相控阵雷达技术已经从实验室走向部队和国际市场。

综上所述，共形阵对于提高作战系统的探测系统有较大的助益，尤其在隐身目标大行其道的今天，更是是有现实的意义，这也是各国要大力研究的主要原因。