什么是相控阵雷达？

**大家还记得小学语文学的《蝙蝠和雷达》吗？**说的是科学家从蝙蝠发出的超声波辨别方向中得到启发，最后研究出雷达。其实蝙蝠的超声波研究和雷达的发明并没有直接关系，但是要解释相控阵雷达，我还是借用蝙蝠做个比喻：

普通雷达就像是一只蝙蝠对着天空发出超声波，如果发现天上有物体就会反射回来；相控阵雷达就像是一只拥有蜻蜓复眼般的蝙蝠，对天空进行网状式扫描，所有复眼都能发射超声波。

只是蝙蝠发出来的是超声波，而雷达发出来的是电磁波。电磁波与超声波的区别就是，电磁波是一种物质，可以在空气中传播，也可以在真空环境中传播；超声波只是一种波动形式，需要借助某种介质才可以形成，真空环境中不能形成超声波。

雷达的发明

我们从小学课文上看到蝙蝠与雷达的故事，大家就会觉得雷达是从蝙蝠身上得到的启发，实际上这则故事只是发现了超声波，而雷达的发明是在这个故事发生后的100多年后。

1793年，意大利科学家斯帕拉捷在晚上散步的时候，发现蝙蝠在夜空中飞来飞去非常灵活，也不会撞到树上或者墙上。这个现象引起他的好奇，于是斯帕拉捷做了一个有趣的实验：

他抓了几只蝙蝠关在笼子里，先是把蝙蝠眼睛蒙起来试飞，发现“瞎眼”的蝙蝠飞起来一样灵敏。他再把蝙蝠的鼻子堵起来，结果蝙蝠也没有受到任何影响。接着斯帕拉捷把蝙蝠的耳朵堵住，这次蝙蝠就像是没头的苍蝇，在夜空中胡乱飞行，一会撞到树上，一会又撞到墙上。

斯帕拉捷的实验证明了蝙蝠靠听觉进行方向和障碍物的辨别，但是对于超声波的研究和应用，一直到19世纪末，20世纪初才得到广泛应用，超声波被应用于医疗、工业、农业等领域，而且超声波还可以用来清洗，我们去眼镜店洗眼镜用的就是超声波。

雷达发射的是电磁波，这种物质于1887年被德国科学家赫兹证实，而且当时他也发现电磁波在传播的过程中，遇到金属物质会被反射回来，就像光照到镜子一样，但是当时的科学家并没有想到利用这个原理进行空中侦察。

1897年夏天，俄国科学家波波夫在海上进行通信试验，他发现两艘船在通讯过程中，如果有第三艘船从中间驶过，通讯就会被中断。当时波波夫将这一现象写在工作日记中，并得出结论：障碍物会对电磁波的传播产生影响。遗憾的是，波波夫也没有利用电磁波这一特性进行更深层的研究。

一直到1934年，英国皇家无线电研究所所长沃特森·瓦特发现了电磁波反射的特性，当时英国正准备大力发展防空力量，为此英国空军甚至找了一批听觉灵敏的肓人利用耳朵搜寻敌机。瓦特认为，可以利用电磁波反射的原理进行空中侦察，只要发现敌机，电磁波就会反射回来，这样比人耳搜寻要准确得多，范围也更广。

于是，瓦特的建议得到认可，英国空军也因此获得了一笔新装备研发的拨款。1935年，瓦特和英国电机工程师研制出第一台探测飞机的雷达。

所以从雷达发明的历史可以看出，雷达与蝙蝠之间的联系真的不大，超声波的反射、光的反射、电磁波的反射，都是经过单独的试验被发现，三者之间没有必然的联系！

什么是相控阵雷达

从第一台雷达发明以后，就被广泛应用于军事领域，这种雷达属于机械式的，只能以固定的转动方式对固定范围进行扫描，如果遇到高速飞行器，比如高速战斗机或者导弹，这种雷达的反应速度就跟不上了，于是相控阵雷达随之产生。

相控阵雷达又叫电子扫描阵列雷达，是通过改变天线表面阵列所发出波束的合成方式，来改变波束扫描方向的雷达。相控阵雷达比传统雷达扫描的效率和速度更快，对目标讯号测量的精确度也更高，举个形象比喻就是，传统雷达就像是一颗LED灯射向天空，相控阵雷达就像是一整块装满LED灯的面板同时射向天空。

相控阵雷达分为有源和无源，无源相控阵雷达只有一个中央发射机和接收机，发射出来的高频能量由计算机分配给天线阵列中的各个辐射器，优点是成本低，技术要求低，缺点就是发射和接收环节要是出了问题，整个雷达都不能使用。

有源相控阵雷达则是每个辐射器都安装了发射和接收的组件，整个雷达可以拥有成千上万个这样的辐射器，就算其中有些辐射器坏了，也不会影响其他辐射器的正常运行，因为每个单元都是独立的。优点是可以进行三坐标扫描（水平方向和垂直方向），缺点是造价高，技术要求高。

相控阵雷达的有源与无源，其实就像是音箱的有源与无源。有源音箱里面安装了功放机，只要有声音输入就可以进行放大发音；无源音箱除了喇叭、分频器，里面就是空的，需要经过功放机对每个音箱进行信号放大。

无源音箱的功放机坏了，所有音箱都不会响，有源音箱的功放机坏了， 只有相应的那对不会响，其他音箱不影响。

结语：

相控阵雷达比普通雷达需要更高的技术要求，首先需要有强大的电子技术作为基础，其次就是要具备强大的计算机系统，因为相控阵雷达会同时收到很多信息，计算机需要对这些信息进行分辨识别和处理，这就需要有足够强大的系统和精密的算法程序。

由于相控阵雷达需要整个工业体系的支持，因此并不是所有国家都有能力研制，目前这个领域还是美国领先，而中国随着近几十年的发展，在相控阵雷达方面也做得相当不错，与美国之间的差距也在逐渐缩小。

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