美国舰载相控阵雷达惊人之作,工作体制超前先

来源:未知 发布于 2017-06-18  浏览 次  

美国海军在冷战初期研制了一种性能非常超前的舰艇相控阵雷达 —— SPG-59。

这是一种多功能C波段电子扫瞄雷达,由APL公司的约翰.葛瑞森博士(John Garrison)领导研制。SPG-59采用极为特殊的伦伯(Luneberg)电磁透镜技术,其外观包括一个内含伦伯电磁透镜的圆柱状结构,以及一个位于顶部、由数千个天线单元组成的球型发射天线阵列。

雷达塔位置较低处设有三个球型天线阵列,用来接收雷达回波。下方的伦伯电磁透镜为球型,表面装有数千个喇叭状波导,每个波导透过一个传输线与电子开关(switch)连接到一个行波管放大器(TWT),再由行波管一对一地连接到上方球型天线阵列的单元。伦伯透镜原为伦伯于1944年所提出的光学透镜,将光学玻璃改成能让无线电射频穿透的材料,可用于无线电收发装置。

SPG-59发射波束时,后端一部计算机依据相关参数,控制数千个信号输入端,将射频信号馈送至圆柱型伦伯电磁透镜表面的波导(每个输入信号控制一个波导)。通过伦伯透镜将不同输入端馈送的能量在透镜表面另一端聚焦,形成波束,再透过数千个行波管放大器(TWT)传送至雷达塔顶部的半球型天线阵列,然后发射到空中。

由于天线阵列单元平均分佈在球体结构上,全系统只要透过电子开关来控制伦伯透镜上数千个发射源的切换,就可以迅速改变雷达波束的指向,并能搜索360度全方位空域。相比另一种被广泛使用的电子扫瞄雷达技术──相控阵雷达(Phase Array Radar),伦伯电磁透镜技术来的发射源不需要透过移相器,能免除移相器造成的功率损失,还能提供比相控阵雷达更大的频宽。

伦伯电磁透镜的天线是球型,任何一个聚焦能量点都可以获得平行波束,而相控阵雷达的天线是平板状,合成的波束相位一但偏离轴心较多,旁波瓣就会显著增加,伦伯电磁透镜就不会有这种问题。

在发展台风系统的时代,如果以当时的电子技术的C波段移相器来制造相控阵雷达,不仅体积重量过大,而且移相造成的能量损耗也会太大。这就是当时SPG-59使用伦伯电磁透镜技术的原因。

但是这一雷达缺点很明显:它过于复杂,成本太高,以致于美军都无法承受。在宙斯盾等新一代系统出现理论上的可行性后,美国海军就放弃了这一高难度的设计。