有源相列雷達

        前一週談《相列雷達》，朋友詢問「有源相列雷達」與「無源相列雷達」的差異。今天我再度試著以淺顯的文字，簡要介紹有源與無源相列雷達。

首先請參考圖一，這是6 X 4矩陣組成的相列雷達。 

圖一：6 X 4相列雷達。

雖然只有24個饋送角，然而同樣是相列雷達。

相列雷達工作時如何發出波束？

上週《相列雷達》文內有這張示意圖： 

圖二：相列雷達發波示意圖。

看到圖二，或許你會想像圖一的相列雷達，發波狀況如圖三： 

圖三：相列雷達發波示意圖。

倘若真如圖三，發射機的輸出功率必須足夠高，可以同時提供給24個饋送角。

同理可推，第一代神盾系統發射機的功率，必須同時提供給五千個饋送角――能夠想像那會是多麼高的功率嗎？

功率高到嚇人，當年根本不可能。

也因此，圖一相列雷達實際發波狀況如圖四。 

圖四：相列雷達發波狀況。

從圖四可知，任何一瞬間，相列雷達只能發射1道波束！

縱然如此，由於「電子切換」的速度以「毫秒」甚至「微秒」計算，所以神盾系統搜索整個空域的時間僅約1 ~ 2秒鐘。

以上工作模式稱「『單波』相列雷達」(single beam phased array radar)。

既然有「單波」，自然就有「雙波」相列雷達(double beam phased array radar)。

單波和雙波的差異在哪裡呢？

端視雷達系統擁有幾套「發射機＋接收機」。

簡單看，「發射機＋饋送角＋接收機」三者組成「1部雷達」，而1部雷達可以發出1道波束。

不過，別想歪了，以為「雙波相列雷達」的工作狀態如圖五。 

圖五：1面天線同時發出2道波束。

事實上單波相列雷達工作簡圖如圖六，雙波如圖七。

圖六：單波相列雷達示意圖。

 

圖七：雙波相列雷達示意圖。

雙波相列雷達其實擁有2部獨立的雷達，各負責監偵一半空域，而不是1面天線可以同時發出2道波束。

看到這，有野心、反應快的網友可能會聯想：為什麼不能讓每1個饋送角都擁有自己的「發射機＋接收機」？

非常大的野心！

試想神盾系統擁有近五千個饋送角，五千部「發射機＋接收機」……，撇開價格，這得占據多大的空間，重量又有多麼可怕！

不過，再想想如今輕巧的手機，性能勝過五、六十年前如汽車大小的電腦，這等野心似乎有實現的可能吧？

的確，每1個饋送角都擁有自己的「發射機＋接收機」，這就是「有源」相列雷達，或稱「主動」相列雷達(APAR：Active Phased Array Radar)。

為何如此命名？

從饋送角的立場看，它擁有自己的發波電源（有源），能夠自行接收並處理「反彈波」，再及時「主動」發出波束。

至於先前介紹，1面天線僅能發出1道波束的稱為無源相列雷達，或被動相列雷達(PPAR：Passive Phased Array Radar)。

有源是相列雷達的發展趨勢。它的波束指向非常靈活，1面天線可以形成多個獨立波束，同時實現搜索、識別、跟蹤、導控等功能，多目標接戰能力強，抗干擾性能好，裝備妥善率高。

最有名的無源相列雷達，是四十多年前神盾系統使用的AN/SPY-1。

解放軍大約在十年前，陸續在艦艇安裝有源相列雷達，如今使用者包含052C、052D、055大驅，以及三艘航空母艦。

看起來解放軍略勝一籌。

其實未必。

有源相列雷達美軍發展得更早、更成熟，然而當它的體積與價格都達到「實用」地步，神盾艦已普遍使用無源相列雷達。這時美軍面臨一個難題：是否要全面更換神盾艦相列雷達？

相列雷達是神盾系統的核心，想要更新，硬體工程猶如開膛剖腹，整個軟體也須重寫，如此巨大的投資，值得嗎？

值不值得，全看神盾系統能否滿足現代化作戰所需？

如果可以，何需更換？

「好」是永無止盡。對於軍事投資，「夠好」就好，無需過度超標。

倘若美軍要建造新一代戰艦，相信他們也會使用有源相列雷達。

從這例子告訴我們什麼？

軍事科技存在一個不公平的現象，那就是：後發先至！