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055大驱相控阵核心组件:小小一片价格超iphone手机

近日,随着国产万吨大驱055级驱逐舰首舰的下水,军迷们对此的讨论可以说是越来越热烈了。尤其是对该舰的相控阵雷达。那么小编这次就再老生常谈,谈一谈相控阵雷达的T/R组件,是怎么一回事

熟悉相控阵的朋友都知道,有源相控阵(AESA)区别于无源相控阵(PESA)的一大主要特征。T/R组件,即transmit/receivemodule,中文翻译过来是收/发组件。位于有源相控阵天线的后端,看简易图1,就能明白它在系统中所处的位置。

有源相控阵雷达处于发射时段时,其中器件包括驱动、移相器、开关和功率放大器等,然后经开关传输至有源阵面天线单元。而有源相控阵雷达处于接收时段时,微弱的目标回波信号经天线接收,经接收通道的电子器件进行相应的处理后,最后由接收机接收。其中低噪声放大器、转换开关、限幅器、移相器(与发射通道共用)等电子器件构成了接收通道。

而对于无源相控阵雷达来说,天线后端连接的是限幅器、移相器。因为一般没有用低噪声放大器,因而PESA噪声系数比AESA一般大5dB以上。PESA的功分网络损耗也非常大,这进一步恶化了信噪比,在低电平端进行移相比PESA的高电平上移相靠谱多了。不仅提高了噪声特性,也极大提高了可靠性和可维护性。这里说一句题外话,苏35的雪豹E无源相控阵雷达走了一条捷径,它的天线后端采用了低噪声放大器,因而信噪比是比普通无源相控阵高,但是仍低于有源相控阵。

因为对于使用集中发射机的PESA雷达来说,单部发射机的功率已经很难进行提高。举个例子,对于典型战斗机使用的X波段雷达而言,单部发射机峰值功率能达到10kw已实属不易,再有提升也相当困难。而如果有了T/R组件,好比是把发射机由集中布置变成了分布式布置。单个T/R组件发射峰值功率不高,比如10w,但如果有1000个T/R组件,这功率不就和刚单部发射机相当么,如果有个1500个甚至更多,不就超出其性能的50%了么?这其实就是空间功率合成技术。这也是目前陆基大型远程预警、反导雷达多倾向采用AESA体制的原因。

使得有源相控阵雷达性能比无源的提高了至少一个数量级。当然,成本也是上升了一个数量级。T/R组件的造价,往往是整部雷达造价的三分之一这个量级。拿X波段T/R组件来讲,尽管可以通过增加产量的方式来降低成本,但目前而言,单个T/R组件成本大概是在1000美元级。有人打比方说,插在雷达上的T/R组件,好比是插在雷达上的IPHONE,可以说是非常恰当了。

那么?我们先来看看一个典型的T/R组件结构。

从图中可以看出,小小的组件里,五脏俱全,器件繁多,比如功率放大器,移相器等等,都对器件本身有很高要求。高性能的器件自然也离不开高成本的材料和工艺。从早期的分立形式T/R,到砖块式和瓦片式T/R组件,集成度越来越高,对工艺要求也越来越大,制造难度也提升,这些都是其成本高的原因。