技术贴:国产舰载相控阵雷达的S\C波段之争

在那个14所的设计师提到一个问题,那就是346有源相控阵雷达的工作频率,航天系统采用了C波段,而14所采用了S波段,为什么会有这样的差别。

众所周知,无线电波长与雷达性能密切相关,首先就是探测距离,众所周知,无线电频率越低,波长越大,S波段的频率大约是2-4GHZ,波长0.15-0.075米,而C波段的频率大约是4-8GHZ,波长0.0375-O.075,我们知道无线电波长越长,衍射能力越强,传播过程之中信号能量损失就越小,相应的探测距离也就越远。
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天线越大,重量越大,安装位置就越低

不过波长也有自己的缺点,那就是波长越长,也会带来一系列问题,首先是天线增益,天线增益也是决定雷达探测距离的一个重要参数,天线增益与波长呈反比,也就是说天线孔径也一定的情况下,波长越长,天线增益也低,从而影响雷达的探测距离,不过天线增益与天线孔径呈正比,所以波长越长,天线孔径就需要增加,以提高天线的增益,来保证雷达的探测距离,波长越长也会影响雷达另外一个探测距离,那就是方位分辨能力,这是因为雷达分辨能力与波长呈反式,和天线孔径呈正比,换句说波长越大,就会影响雷达的分辨能力,这样就需要增加天线孔径来平衡。

天线孔径的增加意味着天线的重量和体积的增加,尤其是相控阵天线,它的天线结构和重量远大于普通天线,并且平面相控阵天线的扫描范围有一个限制,即扫描角度的增加,会造成波束的展宽和有效孔径投影区的降低,从而影响雷达的探测距离,因此平面相控阵天线的探测范围大约是+/-60度,这样一个天线只可能覆盖120度,三块天线才能实现全向的覆盖,对于水面舰艇来说,考虑到运动造成的扫描空白,还需要增加一个天线,所以我们看到宙斯盾舰艇一般需要四块天线才能保证全向的空域就是这个原因,天线重量的增加,由于它的距离舰艇的重心较远,力矩较大,这样会导致舰艇重心的上升,从而影响舰艇的稳定、快速和机动性能,所以这需要降低雷达的天线位置,因此我们看到宙斯盾舰艇的天线位置一般较低。


波长越小,天线重量越轻,安装位置越高,但是探测距离受到限制

天线位置低则会产生另外一个问题,那就是雷达的视距,特别是对于低空目标的探测距离,我们知道现代反舰导弹多采用低空突防,末段掠海攻击目标,而雷达视距有两个参数,天线高度和目标高度,因此雷达天线高底越小,对于掠海目标的探测距离就越低,所以宙斯盾对于高空目标的探测距离达到300公里,但是对于掠海反舰导弹则只有30公里左右,只有前者的1/10。


安扎克升级的雷达采用了更多的天线

由此我们知道,14所选择S波段,最关键的就是保证探测距离,考虑到防空舰艇是为了海军机动作战编队提供防空屏障,自然是探测距离越远越好,但是这样做就需要采用更大的天线,来保证天线增益和雷达分辨率,为了保证舰艇的性能,相应的就需要降低天线的安装位置,增加舰艇的排水量,23所选择C波段的原因也非常简单,那就是控制天线的体积和重量,从而降低对于舰艇吨位的要求,这在当时国家实力还比较有限的情况下显然有着非常现实的意义,不过付出的代价也就是整体性能受到限制,尤其是探测距离降低。
从后来的发展来看,海军最终选择了S波段的方案,也就是宁愿付出舰艇吨位、成本增加的代价,也要保证探测距离,以但为编队提供最大限度的防空屏障,从现在来看,海军这个选择还是有远见,这样研制出来的052C/D驱逐舰具备较强的综合作战能力,可以满足海军在一定时期内的远海作战要求,在海军发展之中起到了承上启下的作用,相比较之下,如果选择C波段的方案,那么显然还需要再次研制S波段的雷达,而此前研制的舰艇也会处于弃之可惜,食之无味的鸡肋地位。

19DD采用了C波段相控阵

从目前来看,国外宙斯盾舰艇也处于两极分化,一种以宙斯盾为代表,采用S波段雷达,它实现探测距离的最大化,而另外一种以APAR为代表,它采用X波段,以便能够获得较高的分辨能力,提高舰艇对抗反舰导弹的能力,不过付出的代价是雷达探测距离的降低,并不完全符合宙斯盾舰艇研制的思想,所以它的运用并不如宙斯盾系统普遍,国外倒是有研制C波段有源相控阵,它就是日本的19DD,它采用了C波段相控国加一个X波段照射阵,算是介于S与X波段之间,它的任务是配合宙斯盾进行防空作战,从国外系统的发展可以看见,当时海军的确是做出了正确的选择。

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