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YST漫談隱形戰機：各國的有源相控陣雷達－文件有点长[6P]

[color=Blue]全球第一個戰鬥機「有源相控陣雷達」（AESA），日本F-2的J/APG-1[/color]

[img]http://obiekt.up.seesaa.net/image/JAPG1.jpg[/img]

[color=Blue]全球第二個裝備「有源相控陣雷達」（AESA）的戰鬥機，美國的F-15C AGP－63v2[/color]

[img]http://images.xooob.com/20084191/200841917570606.jpg[/img]

[color=Blue]F-22裝備的AESA，美軍代號AN/APG-77[/color]

[img]http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/06/15/040615milapg77.jpg[/img]

[color=Blue]F-35裝備的AESA，美軍代號AN/APG-81。注意，它是固定和斜置的[/color]

[img]http://www.areamilitar.net/DIRECTORIO/IM_sys/AN_APG81_1.jpg[/img]

[color=Blue]F/A-18EF裝備的AESA，美軍代號AN/APG-79[/color]

[img]http://img.ifeng.com/res/200712/1224_273832.jpg[/img]

[color=Blue]J-10B和他外露的雷達天線[/color]

[img]http://67.220.91.20/forum/attachments/month_1107/20110711_8fd0b5480eda624f761f0QhIgmRcbSat.jpg[/img]

轉自.台灣-聯合報YST2000     （博客地址就贴出来了）

漫谈更多隐形战机技术.....

（二十一）有源相控阵雷达（AESA）

「有源相控阵雷达」（Active Electronically Steered Array，简称 AESA）是目前世界上最先进的雷达，它的好处非常多，不但在传统的雷达模式，譬如多目标的跟踪，有非常明显的优势，而且具有某些特殊运作能力是传统雷达不可能做到的，譬如多模式快速交叉运行，使得雷达的功能倍增。

「有源相控阵雷达」在网路上曾经被广泛讨论，但都是“专家”们高来高去说一些故弄玄虚的话，令绝大多数的读者莫测高深以此来炫耀他们的学问，这是“专家”们的通病（希望别人崇拜而又不愿意透露一丁点自己的知识）。大陆网站多的是这类装神弄鬼而又言语刻薄的“专家”，造成许多军事爱好者的困扰，尤其是对入门者。YST有点看不下去，于是决定藉此机会对这个非常重要的军事技术有所交代。

今天YST就从系统工程的角度来介绍并分析「有源相控阵雷达」。这其实一点也不难，YST将用最简单的几何与三角函数来揭开这个简单的、不值钱的「谜」，读者只要没忘了高中数学必定一听就懂了。

甲. 何谓「有源相控阵雷达」？

所谓「有源相控阵雷达」就是由一群很小的能够发射电波和接收电波的组件（Transmit and Receive Module，简称 T/R Module）排列而成。这些T/R组件可以从几百个到超过一万个，它们排列的形状可以是圆形、椭圆形、距形或任何因实际情况而决定的形状，非常具有弹性。

电子工业在最近的三十年有飞跃的进步，「有源相控阵雷达」的原理虽然很简单、历史也很悠久，但是真正达到令人瞩目的应用是最近十几年的事，因为工作在X波段的T/R组件可以成功製作在拇指大小的晶片上，这就非常了不起了。

「有源相控阵雷达」最关键的技术就在如何製造T/R组件上，这其中产生功率的大小和製造的成本尤其重要。目前的技术每个T/R组件的发射功率只有几个瓦特（大概5瓦特左右，不会超过10瓦特）；製造成本YST不太清楚，以前要数千美元一个，这种天价大概只有美国装备得起，现在也许降到几百美元一个，应用就开始大众化了。

读者不要小瞧了这种只有几个瓦特功率的T/R组件，「有源相控阵雷达」的厉害就在“蚂蚁啃骨头”，发挥的是“群众力量”。你想想，一个T/R组件只有几瓦特，但是一千多个T/R组件排列起来就可以发射接近或超过一万瓦特的电波，这个雷达功率就非常惊人了。更重要的好处是这些T/R组件可以任意组合形成多“波束”分别对付不同的目标或从事不同的工作，而且有这麽多隻“蚂蚁”伤亡几隻也无所谓、效能虽然差了一点但是照样完成任务，好处实在太多了！

对系统工程师而言由千万个T/R组件所构成的雷达系统真是太好用了，随时「化整为零」也可以随时「化零为整」，可以玩出很多花样，想出很多招数对付敌人，应了毛泽东的话：人多好办事！

江青算什麽，科学家和工程师才是最瞭解「毛泽东思想」的。

不开玩笑，读者如果看过毛泽东时代大陆发表的科学论文就知道，「有源相控阵雷达」的技术如果是发明在上世纪的五０年代或六０年代，一定会被誉为伟大的「毛泽东思想」的活学活用，因为它们有著非常相似的哲学基础。

乙. 「有源相控阵雷达」的基本原理

在「弹道导弹攻击大型海面船隻」的系列中YST曾经对电波的「相位」（phase）有清楚的叙述，此处不再重複。

电子硬件中有一种非常简单的元件叫做「移相器」（phase shifter），它可以改变电波的相位，譬如正弦函数的电波（sine wave）经过「移相器」把相位增加90度，如此出来的就是馀弦函数的电波（cosine wave）。电子仪器中经常会用到「移相器」，雷达中它更是不可少的元件，是雷达工程师进行校正（calibration）工作时必须调适的电子元件。

「有源相控阵雷达」最重要的性质就是可以透过相位的设定来改变天线方向。
所以每个T/R组件都包括一个「移相器」（phase shifter），可以在接受指令后非常迅速地（不到一微秒）把电波的相位移动到指令所下的角度。也就是说，「有源相控阵雷达」可以维持天线的位置不动（physically是静止的），然后在不到百万分之一秒的时间把天线的实际指向转到前半球面的任意一个角度，这就是所谓的「电子转动」（electronically steered）。

问题是：怎麽透过相位的改变来改变电波发射和接收的方向呢？
下面我们做一个非常简单的说明。

电子转动阵列（electronically Steered Array）的原理非常简单，但是很抱歉，YST没有扫瞄器不能张贴手画的图片，所以只能在MS Word上面用editor画最简单的几条虚线来说明天线的电子转动，如果这些直线发生弯曲现象、如果两条互相垂直的直线看起来并不垂直，请读者多包涵，你需要有一点点额外的想像力来看下面这张图。

假设A和B是两个T/R组件，天线排列的方向是AB，也就是说天线发射或接受电波的方向是指向正右方的水平方向，也就是AF和BG的方向。

现在天线固定不动，我们要把天线发射或接收电波的方向逆时针转theta角度，也就是说虚拟天线的位置是AC，角度BAC = theta，转动后发射或接受电波的方向是指向右上方，是水平角度逆时针转theta的方向，也就是AD和BE的方向。

注意：直线AC垂直于直线BE，也就是说，角度ACB = 90度。

BC与AC是垂直的，所以只要theta一决定C点就决定了，也就是说C点是B点在天线转动theta方向的垂直投影。
B与C的距离我们用d来代表。

对从右上方来的电波而言，经过长远的距离，电波扩散的球面已经接近平面（半径非常、非常大），所以电波到达A点和C点时相位是相同的。
但是这个电波到达B点时多走了距离d，所以相位就增加了，增加了多少呢？
这个回答很容易，如果Lamda是电波的波长，那麽
电波走了距离d所增加的相位 = 2*pi*d/Lamda （radian）
，pi = 3.1416（圆周率）。

现在问题全部明瞭了，如果我们让B的相位比A的相位提早2*pi*d/Lamda（也就是移动 -2*pi*d/Lamda），那麽AB接收到的电波就相当于AC接收到的电波。
看到没有？你不必转动天线就可以接收到与转动后一模一样的电波。

Hurrah！工程师跳起来欢呼！电子转动的问题解决了。

如果你把A与B中间的每一个点都看成一个T/R组件的话，它们与直线AC的垂直距离分别为d1，d2，．．．dn 等等，那麽工程师只要在每一个T/R组件下指令移动相位
-2*pi*dk/Lamda， k = 1,2,....n
，那麽虽然天线AB根本就没有转动，但是实际上电波发射和接收的方向却已经逆时针转了 theta 角度。

这就是电子转动天线（Electronically Steered Array，简称ESA）的原理！

简单吧？高中生一听都懂，一点也不神祕。网路上故作高深莫测的“专家”们可以休息了，中学生的玩意儿一点儿也不值得卖弄。

丙. 无源相控阵雷达（Passive Electronically Steered Array ，简称PESA）

细心的读者一定会问：电子转动天线是跟「移相器」有关，跟T/R组件没什麽关系呀？
回答：是的，一点也不错，电子转动天线其实只需要「移相器」就可以完成。于是根据这个道理一个相对便宜很多的相控阵雷达就可以设计出来了，这就是「无源相控阵雷达」。

如果每个单位组件不能主动产生电波，只能被动发射电波、接收电波和改变相位的阵列，我们称这种雷达为「无源相控阵雷达」。

这里所谓被动发射电波是指由一个统一的高功率发射器（high power transmitter）产生强力电波然后由导波管（waveguide）分别输送到每个单位组件发射出去。这个高功率发射器通常使用「行波管」（Traveling Wave Tube，简称TWT），跟普通传统的雷达完全一样。

T/R组件中，那个“T”代表的发射部分是研发工作中最困难的，所以「无源相控阵雷达」比「有源相控阵雷达」简单多了，但是功能也差多了，是一个省钱和技术不到位的妥协。

美国早期的神盾驱逐舰都是「无源相控阵雷达」，到了「伯克」级才升格为「有源相控阵雷达」。所以从「无源」到「有源」是科技发展的一个自然过程，但不是必然。中国大陆发展机载雷达就是从平面雷达（planar array radar）直接跳到「有源相控阵雷达」（AESA），省掉了（PESA），这就是所谓跳跃式发展。

丁. 「有源相控阵雷达」的优点

Ａ. 多目标的追踪与锁定

无论是有源还是无源，「相控阵雷达」最大的好处就是快速指向目标。前面说过，改变移相器的设定是非常快速的，这种简单的电子设定用不到百万分之一秒，比人的“一眨眼”快一万倍（人的眨眼大约10毫秒）。也就是说，电子转动几乎是立即的（instantaneous），在不到百万分之一秒的时间就可以把天线转向对准任何方向，不论转动量的大小，这是机械转动天线不可能办到的。

想想看，天线是有相当质量的，机械起动、加速、减速、停止都需要时间来克服动量（momentum），不是说动就动、说停就停的，尤其是大型天线。

上面说的不到百万分之一秒是指理论上移相器设定所需要的时间。在实际应用时，计算机需要计算每个移相器的指令所下的相位数值是多少，然后把这些指令送到每个移相器的的记忆体里面，这是需要时间的，但是无论如何在今天的高速计算机控制下，实际运作的电子转动可以在不到一毫秒（千分之一秒）的时间内完成。相较之下，机械驱动的天线如果要大角度转动，譬如转动一百度，需要一秒钟的时间。一秒钟在多目标的追踪模式中太长了，严重拖累整个雷达的运作，通常不被系统工程师接受。雷达作业所有被追踪的目标都依照威胁程度的大小而排列，这时候计算机的软体就必须作出决定降低追踪目标的数目，放弃次要目标。

电子转动并没有实质的转动，所以没有动量需要克服的问题，因此又快又准，这使「相控阵雷达」真正做到多目标追踪和多目标锁定。

以前那些机械转动天线的雷达号称可以同时追踪二十几个目标其实是有点灌水的，这个能力是指在理想状态下。在目标散得很开的情形下，依靠机械转动天线的雷达根本没有办法应付这麽多目标。想想看，空中目标的机动性都很高，如果要保証追踪目标需要每个目标很快就观察一次，天线没法转这麽快；如果很久才观察一次，目标一机动很容易就跑掉，下次再观察的时候根本就找不到了。

电子转动天线的雷达就完全不同了，多目标追踪是显然的，二、三十个目标每秒钟看一次当吃白菜，而且目标照射非常的准确，跑不掉的。更厉害的是可以多目标同时锁定，这是因为「相控阵雷达」可以把相控阵列分割成好几个部分，每一个部分照射一个目标，因此轻鬆地做到同时锁定（连续照射）多目标。

Ｂ. 可靠性

「有源相控阵雷达」的另一个优点是工作非常可靠，可靠性比非相控阵雷达高出三、四倍。普通雷达的无故障工作时间（Mean Times Between Failure，简称MTBF）不到三百小时，AESA的无故障工作时间超过一千小时。

更重要的是，AESA如果发生故障是优雅地性能逐渐降低（gracefully degraded）而不是突然完全停止工作。机载「有源相控阵雷达」通常有超过一千个T/R组件，即使有10％T/R组件坏掉雷达仍然能够正常运行只不过性能稍为降低而已。对比之下，传统雷达或「无源相控阵雷达」只要高功率发射器发生故障，整个雷达就立刻停止作业了。

Ｃ. 多模式快速交叉工作（mode interleaving）

「有源相控阵雷达」的第三个优点是可以进行多模式快速交叉工作。

「多模式快速交叉工作」在实际雷达作业中非常重要，YST 用实际例子来说明。

譬如说大陆的解放军参谋总部决定对某国发动战略突袭，J-20被任命深入敌人领空攻击某个地面战略目标。

为了躲避敌人的地对空搜索雷达，J-20採取贴近地面飞行，这时候J-20的雷达系统可以把相控阵列天线划分为上下两部分：
上半部的T/R组件在天空扫瞄，进行空对空搜索：

下半部的T/R组件进行对地扫瞄，进行地形跟踪。
这样J-20可以藉著地形跟踪的雷达模式（terrain following mode）进行贴著地面飞行以躲避敌人的雷达探测，同时也进行空对空搜索对可能出现敌人的拦截飞机保持警戒。如此一来，J-20对地和对空两方面都兼顾而做到万无一失。

在只有一个中央电子计算机的情形下，上面这两个雷达模式被快速交叉（mode interleaving）执行就像是同时工作一般，这道理和电脑的「分时概念」（time sharing）是一样的。

Ｄ. 分佈式的天线

理论上，战机的T/R组件并不一定需要是整齐地排列在同一个平面上、然后关在雷达罩里，而是可以把有些T/R组件装置在机翼的前缘，只要我们测量了它们的相关位置，自然就可以计算出电波到达这些机翼前的T/R组件的相位是什麽、和雷达罩里面的T/R组件的相位差是多少，计算机轻易地就把所有的T/R组件联合成一体（「化零为整」）。你看，这样一来天线的面积变大了、天线发射的功率也增加了，性能自然就显著提高了。

YST不清楚这种分佈式的天线目前是否有任何国家採用，但是它是未来「有源相控阵雷达」发展的趋势。

戊. 「有源相控阵雷达」的缺点

很多网友把「有源相控阵雷达」过份神化，认为它无所不能、在每一方面都超越普通雷达，这是不正确的。世上没有尽是好处而不必付一点代价的东西。

「有源相控阵雷达」最大和最重要的缺点就是在电子转动天线时损失天线面积（antenna aperture 或 array aperture）。当电子转动的角度太大时，天线的有效面积会严重减少，直接导致雷达探测能力的降低。

让我们回头仔细观察图28。

当我们下指令电子转动theta角度，天线的有效面积从AB变成AC，AC = AB*cos(theta)。所以我们得到下面的公式：
如果ESA从正前方电子转动theta角度，那麽
ESA的有效面积 = ESA的实际面积 * cos（theta）

当theta = 0， cos（theta）= 1，这是ESA唯一没有损失天线有效面积的时候。所以，只有在没有电子转动的情形下不会损失天线有效面积，只要有了电子转动就要付出代价。
当theta = 60度， cos（theta） = 0.5，ESA的有效面积只剩下天线实体面积的一半，这是雷达工程师愿意接受的极限。
当theta = 90度， cos（theta）= 0，ESA的有效面积为０，雷达完全失去探测能力。

「相控阵雷达」的所有优点都是以付出损失天线有效面积作为代价。

好了，现在我们已经瞭解相控阵列虽然不需要转动，但是只能探测前方的半个球而且离开中心轴越远探测的能力就越差，到了距离中心轴上下或左右接近90度的时候就完全失去探测能力了。

所以如果要求水平方位（azimuth angle）有三百六十度的探测能力，譬如空中预警机，那麽就需要三个相控阵列，每个负责任120度，这样就可以把天线有效面积的损失限制在50％。中国的空警-2000就是这麽设计的。
当然我们也可以选择只用一面相控阵列，这样就必须在水平方向转动，电子扫描只负责高低方向（甚至不做高低方向的扫瞄而以扇形波束取代），这样一来在目标追踪上的系统效果（system performance）就大大降低了，但是不损失雷达天线的有效面积。美国的E3空中预警系统就是这麽设计的。

美国和中国的设计各有各的考虑，它们的选择是在各种雷达指标的考虑下所做的妥协。

己. YST 个人的一些考虑

YST是属于比较保守的人，对损失天线面积的容忍度很低。记得学习机载雷达的时候老师开门见山就说：设计机载雷达的第一件事就是尽可能装上最大的天线。

老师这句话是放诸四海而皆准的科学道理，也是所有设计机载雷达的工程师们都遵守的原则。这就是为什麽F-16的雷达无论怎麽提升都不可能超过F-15，因为F-15的头比F-16大得多，可以安装更大的天线。

事实上，所有具备高功能雷达的战机都是大头。
也就是这个缘故，损失有效天线面积是一个很严重的事。

让我们把注意力专注在雷达舱的RCS上。

在AESA出现以前，「平面天线」（Planar Array Antenna 或 Slotted Array Antenna）是最先进的天线，见下图。


对平面天线而言，YST确信在不使用的时候可以把它转到朝上，譬如向上转30度或更高，可以取到降低RCS的好处。这样做没有任何损失，因为等到使用的时候再进入正常位置。

相位阵列天线的道理也应该一样，YST的想像是在不用的时候固定在一个朝上的方向，用的时候回复到正常运作的方向，也就是固定在机头的正前方位置。战斗机的雷达扫瞄通常只有上下左右各30度的范围，这样做就使得ESA电子扫描的天线有效面积的损失限制在14％，这是可以接受的。

但是，事实上并非如此，AESA实际的装置跟YST的想像有相当出入，我们在下一篇看几个实际的例子，然后做进一步的讨论。


（第二十二篇）各国的有源相控阵雷达

最早的「有源相控阵雷达」（AESA）是使用在空中预警机上，譬如以色列的费尔康、英国的Wedgetail、中国的空警-2000等等，美国的E-3目前用的是平面雷达，但是有计画在未来升格为有源相控阵雷达。这些空中预警机使用的AESA频率为L波段（1.2~1.4GHz），波长大约21~25公分。

随著电子技术飞跃的进步，X波段（频率8.5~10.7GHz，波长大约3公分）的AESA在上个世纪末成功研发出来，T/R module 可以製作成拇指大小的晶片，这就掀起机载火控雷达的革命，AESA开始大量走入战斗机。

甲. 日本的AESA

在战斗机中，最早装备AESA的是日本的F-2（一种日本与美国联合研发的战斗机，是将F-16稍微放大的战机），代号为J/APG-1，时间是2000年。


日本虽然凭藉著强大的电子工业抢先拔得战斗机AESA的头筹，但是日本在雷达上的基本功夫不行，属于勉强出手抢头彩。雷达的系统工程不是这麽简单的，无论理论还是经验日本和美国有相当大的距离，差的不是一点点。日本单凭电子元件优秀就要搞雷达还是不行的，更何况在T/R组件上日本的研发也比美国落后，所以F-2的J/APG-1整体性能不佳。

F-2的AESA除了拔得头筹没有什麽值得说的。

乙. 美国的AESA

Ａ. F-15C的AESA

第二个装备AESA的是美国的F-15C，时间大约是2003年，装备的型号是AN/APG-63(V)2，有1500个T/R组件，见下图：


上面F-15C装置的AESA与YST的想像稍有不同但还算比较接近，那就是「有源相控阵列」被固定在正前方的位置。我们都知道，在所有空对空的模式雷达工作的范围无论高低方向（elevation）还是左右方向（azimuth）天线的扫瞄都限制在正负30度，所以除了四个角落损失稍微高一点，天线有效面积的损失都被控制在小于14％，这是可以接受的。

F-15的雷达应该都有对地模式，这时候电子转动的角度很可能大于30度，所以天线有效面积的损失肯定会增加，有可能达到50％。

F-15C是抢夺制空权的空优战机，对地攻击的能力弱一点也就算了，这可以谅解。
不过如果F-15E的AESA也是这样安置就很难令人接受了，至少如果YST是军代表就不会同意。

Ｂ. F-22的AESA

美国战机第二个装备AESA的就是具有隐身能力的F-22，时间是2004年。

F-22装备的AESA美军代号是AN/APG-77，有多少个T/R组件众说纷纭，YST看到的资料是1500个，每个的发射功率是４瓦特。

在第七篇文章我们有一张照片展示F-22的有源相控阵列（图22），下面这张照片则是展示它在F-22上的安装：


从上面这张照片我们清楚地看到F-22的AESA不但位置是固定的而且是向上斜置，其目的就是降低雷达舱的RCS。

Ｃ. F-16的AESA

F-16的AESA跟F-22的AESA一样都是诺索普-格鲁曼（Northrop-Grumman）生产的、时间也非常相近。不过有趣的是这个全世界最先进的F-16不是美国自用的，而是特别为外销给阿拉伯联合大公国（United Arab Emirates简称 UAE）设计和製造的。

这个外销给UAE的F-16编号为F-16E/F Block 60，装备了编号为AN/APG-80的AESA，有1000个T/R组件，这就比美军自用的F-16C/D Block 52高了半代，见下图。

阿拉伯联合大公国首批订单是80架F-16E/F Block 60，暱称「沙漠之鹰」（Desert Falcon），签约的时间是2000年初，首架交货则是2004年。

F-16E/F Block 60在外销上被称为「F-35的经济版」。

装备了AN/APG-80的「沙漠之鹰」比装备AN/APG-68（平面天线）的F-16雷达功率更高、探测距离更远、旁瓣更低（更不容易被干扰）、妥善率更高，当然最重要的是有著电子转动无与伦比的速度和准确以及形成多波束的灵活与变化多端，这些都是机械转动的AN/APG-68完全无法相比的。

YST 有一个预感，美国在大陆强大的压力下不会出售F-16CD给台湾，但是在提升台湾F-16AB性能的包裹中会包括有源相控阵雷达AN/APG-80。美国这麽做台湾得了实惠（电子性能比F-16CD还高），大陆的面子也顾到了，刀切豆腐两面光。

Ｄ. F/A-18的AESA

F/A-18是美国海军的主力战机，其重要性不亚于F-15，换装有源相控阵雷达是一定的。F/A-18EF装备的AESA由美国雷神公司（Raytheon）设计和製造，美军代号AN/APG-79，其设计队伍是老牌的雷达设计製造商，前休斯公司。

AN/APG-79有1100个T/R组件，单位价格两百八十万美元。首部APG-79在2005/01/13 送达波音公司，2006年09月装备首架F/A-18EF，目前已经进入低速量产。

我们看得很清楚APG-79是固定和斜置的，而且雷达的下部和侧面都经过隐形处理呈光滑的多平面体防止外来电波的窥视。

Ｅ. F-35的AESA

F-35是美国下一代的主力战机，也是美国外销盟国的主力战机，不论是军事、经济或政治都是一个重要的产品和棋子，影响之大非同小可。

美国对F-35的宣传重点就在它的机载电子系统，声称比F-22的电子系统更先进。雷达是机载电子系统中的重中之重，F-35的雷达自然是AESA，美军编号AN/APG-81，性能的先进可想而知。


F-35是偏重对地攻击的战斗机，AN/APG-81有1200个T/R组件，工作的模式有空对空、空对地、合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）、地面移动目标的探测与识别（Ground Moving Target Identification，简称GMTI）等等，还有电子作战，堪称是无所不能、尽善尽美。

根据最新的消息，F-35入役美军的时间是2018年。这个时间有点太晚，如果J-20按照预定计画在2017年成军，那麽美军至少有一年的时间处于理论上的空中弱势，这种情形在美军近代历史上从未出现过。

丙. YST 的考虑

在上一篇文章YST就说过在系统工程上自己是非常保守的，对天线有效面积的损失容忍度非常低。YST不能容忍F-15的大头装上AESA后就变成F-16的小头，如果这麽搞那麽还製造重型战机做什麽？

Ａ. 机械转动的装置不能放弃

YST始终认为虽然ESA是电子转动的，天线可以不动，但是为了维持天线的有效面积不致过度损失，保留机械转动的装置还是有必要的。YST考虑的理由有二：

1. 校正（calibration）

像雷达这种複杂和精密的电子仪器在使用前都需要经过校正（calibration）。现代的电子仪器各种「校正」工作都已经自动化，虽然使用者并不知道，但是实际上它们已经被执行。

不比机械转动，电子转动是看不见和摸不著的，战机起飞前我们怎麽知道电子转动没有问题？我们怎麽知道每个T/R组件和移相器都会正常工作？

如果AESA仍然保留机械转动的装置，那麽我们就可以用「机械转动」来校正「电子转动」，很快就能够把有问题的移相器找出来。

那些认为AESA不需要机械转动装置的网友们也许有天线专家，那麽请问你们AESA是怎麽校正的？或者你们认为AESA永远不需要校正。

2. 对地模式和对空模式的巨大差异

「校正」的问题也许是YST孤陋寡闻，AESA也许有什麽不为外人所知的校正方法，或者AESA也许真的神奇到永远不需要校正。真正使YST坚信AESA仍然有必要保留机械转动的装置是因为雷达对地模式和对空模式在天线的要求上差异过大。

在对地模式中有一个非常重要的模式叫「合成孔径雷达」（Synthetic Aperture Radar，简称SAR），它是雷达地面成像解析度最高的，即使像F-15这样的战斗机解析度都可以达到一米（大面积成像可以达到10米），这对攻击战略性的目标（譬如跑道和桥梁）有非常关键的帮助。如果战机没有SAR的能力那麽攻击地面的能力将会大打折扣。

「合成孔径雷达」的作业需要侧视（side looking），也就是说雷达天线的照射方向与飞行方向需要成90度，否则解析度就会降低，这是物理性质，不能改变。我们看到，除了F-15是固定在正前方，美国的F-22、F/A-18EF、F-35都是把AESA不但固定在正前方而且是向上斜置的，斜置的角度至少20~30度。这样的安排是不可能进行「合成孔径雷达」模式的，因为有效天线面积已经损失殆尽了。

美国很多武器厂商所作的宣传广告有很多不实的地方，譬如下面这张为F-35宣传的图片：


上面这张图至少有两个不实之处：

1.雷达照射正前方对敌人的机场跑道进行高解析度的「合成孔径雷达」（Synthetic Aperture Radar）模式，这是不可能的。战机进行SAR的时候，雷达必须侧视（side looking）。请观看上一篇文章中的图29，天线至少要转到这种程度才能有效进行SAR模式，以目前美国所有的AESA固定的位置，当电子转动到这个角度时有效天线面积几乎是零，不可能有任何探测能力。

2.F-35有一束电波向下照射坦克，波束标示「地面移动目标探测」（Ground Moving Target Detection），但是照射角度早已超过电子转动极限的九十度（读者必须记得F-35的AESA是向上斜置的），此时F-35雷达的有效天线面积为０，已经失去所有的探测能力。

YST的结论是：
如果战机想同时具有对空和对地的能力，那麽虽然使用的是「有源相控阵雷达」（AESA），但是机械转动的装备仍然必须保留，否则SAR和GMTI的能力是不可能的。

Ｂ. 设计背后的哲学不可取

我们看到美国战机AESA的安装都是固定和斜置的（只有F-15没有斜置，但也是固定的）。

YST个人非常不认同这种安置，因为雷达天线有效面积的损失太大了，为了获得隐身上的微小利益这麽做完全不值得。

F-22隐身挂帅，为了隐身不惜牺牲一切，甚至牺牲雷达性能，即使天线的有效面积损失一半以上也不在乎。这在YST看来非常的不智，为什麽？
回答：科技在不断地进步，探测飞行物体的手段日新月异，在今天複杂的电磁环境中F-22过度依赖雷达隐形是得不偿失的。

想想看，为了让敌人变成近视眼，不惜自己也成了近视眼，忘记作战的目的是什麽？这是甚麽军事指导哲学？

战争的目的就是摧毁敌人，令敌人屈服，这中间的过程说白了就是杀人。所以军人必须有血性，而且还不是一点点，要会杀人同时也肯牺牲，这样才能打仗。高科技战争绝不等同于打电动玩具，照样要准备付出血的代价。回顾历史，美军也不是全靠武器打赢二战的。奥马哈海滩是诺曼底最险峻的部分，美军为自己选择了最难进攻的奥马哈海滩是何等英雄气概，美军在硫磺岛浴血奋战的勇猛和不怕牺牲的精神那里去了？

YST并不鼓励美军飞行员有「黄继光堵枪眼」的精神，但是「零伤亡」的作战哲学如此发扬光大而又无处不在与无孔不入，军人的血性何在？

如果美国设计高科技武器的目的就是要把战争变成像打电动玩具一般地安全，这仗就不要打了，美军必败无疑，因为美国的财政负担不起。

美国的军费就是在这种「科技至上」和「零伤亡」无限上纲的指导原则下恶性膨胀，终于拖垮了国家的财政。

丁. 美国战机雷达舱的RCS

我们现在再回到雷达舱的RCS问题，因为这是隐形战机最关键的地方，也是美国神化F-22的地方，所以不能轻轻放过。

YST知道有些网上“大神”看过一些有关F-22的天线罩的神奇报导，号称F-22的天线罩有Band Pass Filter的功能，只容许本身发射的电波进出，其他的频率则一律被被阻挡在外。“大神”因而故作神祕，自以为懂得很多，轻易地就相信F-22 RCS的神话。

其实，工程上的东西没有什麽神祕的，任何filter，不论是high pass、low pass还是band pass，都有某种filter frequency responce可追寻，不可能是滴水不漏的完美滤波器。“大神”有本事就画出attenuation的曲线，大家讨论；若是画不出来，就不要宣传神话。

YST 认为上面 Band Pass Filter 的说法乃无稽之谈，因为有三点是说不通的：

1.F-22的雷达罩如果真能够只容许本身发射的电波通过，那麽何必把天线斜置？

2.F-22宣传它的雷达有电子战的功能，电子战最基本的功夫就是从事非常宽频的噪波干扰（white noise jamming），这个噪波如何通过F-22神奇的雷达罩？

3.F-22号称可以被动探测敌机，也可以收集电子情报，如果F-22的雷达罩是很窄的 Band Pass Filter，那麽这些讯号都被雷达罩过滤掉了根本接收不到，哪还有甚麽探测与收集的能力？

读者难道看不出来美国宣传这些神话的内容是处处互相矛盾的吗？

不要告诉YST F-22有一个电钮，飞行员按一下雷达罩就是 band pass filter，再按一下就不是 band pass filter。
做为知识分子要有独立分析和判断的能力，而不是胡乱接受讯息或相信什麽权威，更糟的是故作神祕假装知道什麽“内情”而高人一等。
美国的科技先进，但不是神，军事科技没有神话。

我们如果比较图29的平面天线和图30~34中的AESA就可以发现AESA凹凸不平的程度远胜于平面天线，所以AESA散射的程度也远超过平面天线，斜置天线能够收到多大的效果值得怀疑。从下面图片中国设计和製造的AESA来看，AESA的外表形状几乎都是一样的，材料也都是用砷化镓（Gallium Arsenide）製造的晶片，没有任何理由F-22的AESA的RCS就比别国的产品低两个数量级（20dB），这是怎麽也说不通的。

美国空军的报告明白宣称F-22正前方的RCS为0.0001~0.0002平方米。这个数字是不可能的，属于欺骗性质的宣传或是玩弄诈术的心理战，反正不是什麽光明磊落的正道，不该是一个处处以领导者自居的大国所做的事。这种行为看似小事，其实不然，它正在不断侵蚀美国极力塑造的全球无敌的可信度，因为真正有自信的国家是不会浮夸和虚张声势的。

F-22处处都有问题，当初大肆吹嘘、到处吓人，如今全面无限期停飞，所有製造的神话不攻自破。

空中武力是非常重要的军事指标，美国的空中优势也就剩下二十年。
美国的军事霸权正随著它的自信在消逝，退出亚洲的势力范围是迟早的事，新加坡已经开始恐慌，美国自己也知道。

戊. 日美欧俄战机装备AESA的时间

全球目前已经或预计装备AESA的战机有：

日本的F-2（2000年）；

美国的F-15C（2003年）、F-22（2004年）、F-16EF（2004年）、F-18EF（2005年）、F-35（2018年）；

欧洲的战机目前没有装备AESA，未来预计是法国的「阵风」（2013年），德国和英国的「颱风」（2015年），「颱风」的AESA号称将有1500个T/R组件，这也许太乐观了一点；

俄国准备在2014年为Su-35装备「无源相控阵雷达」，这和「有源相控阵雷达」相比有显著的差距。

己. 中国大陆的AESA

「有源相控阵雷达」是第四代战机（俄国的第五代）的要求之一，中国大陆也为她的四代机J-20研发了AESA，而且提前用在J-10B上锻鍊。

YST知道的讯息是J-10B的AESA有1000~1200个收发单元，对3平方米RCS目标的发现距离是160~180公里。如果是真实的，YST认为这个数据相当先进，完全跟上当前美国最先进的雷达。

所以我们看得很清楚，中国大陆的雷达技术紧跟美国，把其他国家都抛在后面。雷达技术是电子技术的指标，中国在军用电子技术上应该相当先进，与欧美在同一梯队，尤其是电子战的技术应该也是紧跟美国，不会有太大的落差。YST不愿意谈电子战，一方面这属于机密范围，另一方面这玩意儿也没个标准，可以各说各话，只有打起来才知道。

最近有网友公布下面的照片引起一番讨论，质疑J-10B的雷达相控阵天线不是有源而是是无源的。


图38上面中间那一排八个红色物体是「敌我识别」（IFF）天线。质疑的网友声称这是无源相控阵天线因为有源的上面都不会装IFF天线。

YST不能回答这个问题，也看不出来IFF天线和无源相控阵天线有什麽必然的关系。有天线专业的网友请补充说明。

YST知道机载有源相控阵雷达大陆的南京电子研究所在2008年就做出来了，没有理由今天在J-10B装无源的，性能降低太多了。如果这麽做，YST能够想到唯一可能的理由是省钱，不过省这点钱对今天的中国而言意义实在不大。

YST个人认为PESA可以用在FC-1（枭龙）上，但是不适合用在J-10B上，即使不为了帮助J-20提早成军也不适合这麽做。
J-10是一线战机，任何一线战机，譬如J-10、J-11、JH-7等等，都应该装备有源的相控阵雷达，不能为了省钱而降低关键性能，否则会因小失大。


专业论述，有兴趣者请上其部落格阅览室与讨论！

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这篇文章写的技术问题有些专业不过作为一个对相控阵雷达的科普帖还是值得一看的，因为这篇原帖是繁体字我转换下所以出现了很多错别字大家看的时候还需要自己辨别下。其实说歼十上有源相控阵这个话题早在空警2000出来的时候就有人设想了，不过可能技术上还不是很成熟所以等到了歼十b出现才开始试装的。以前有资料介绍说有源相控阵需要解决的问题散热，不知道现在国内的这些技术发展的如何了。

[[i] 本帖最后由 Leinuo的延续 于 2011-7-11 13:14 编辑 [/i]]

这个YST，以前不是谈坦克吗，现在竟然谈飞机了。
说实在的，WW的军迷比大陆的还要激进，基本上听不得自己的半点不好，比起来YST属于台湾的BKC