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三分钟弄懂AMDR雷达原理

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三分钟弄懂AMDR雷达原理  

    美国海军开发新一代AN/SPY-6雷达主要目的,即是希望驱逐舰能有效对抗更复杂的空中和弹道飞弹袭击。面对日益严峻的弹道导弹与攻船巡航导弹威胁,美国海军决定打造全新设计、并配备大型雷达的战舰,做为海上飞弹防御联合部队(Maritime Air and Mis- sile Defense of the Joint Forces,MAM- DJF)的替代性方案。2007年美海军公布一项新的巡洋舰发展计划,并结合防空反导弹雷达,此雷达须适应未来各种作战需求,且基本的防空防御能力须包括三部分:
    第一、在现有的雷达系统基础上,提升灵敏度和效能。
    第二、能侦察、追踪并能在一定范围内防御弹道导弹。
    第三、能抗电战、能在恶劣陆地、海上和风雨干扰中,锁定匿踪和超低空飞行的来袭目标。
    因为,现有的神盾系统上配备的SPY-1 雷达,即使进一步的改进也无法满足这些要求,故AN/SPY-6雷达即应运而生。美军希望能以SPY-6取代AN/SPY-1雷达做为新一代舰载防空反导弹雷达装备,它可有效地对抗各类现役、甚至是未来的战机、弹道导弹及超音速攻船导弹。2015年,部署于罗马尼亚的陆基神盾系统(含SPY-6)已完成部署;另一套在波兰亦将于2020年开始运作。

AMDR雷达概览

AMDR雷达阵列与雷达模块(RMA)

适用于不同任务需求的可重构的AMDR天线孔径

路基SPY-6雷达   
     AN/SPY- 6 的开放式软、硬件架构与SPY-1属于完全不同的新一代雷达,模块化的架构利于部署在不同舰船平台,进而在雷达系统全寿命周期内实施技术与性能升级。SPY-6的发展概念来自2007年海上飞弹防御联合部队(MAMDJF)的替代方案-可扩充相位阵列雷达,此型雷达可以依照任务调整相位阵列大小,美国海军亦表达对综合防空与导弹防御的迫切需求。2009年初,美国国防部发布一份备忘录声称计划采购更多可搭载SPY-6雷达的DDG-51驱逐舰(即伯克级),并邀集洛克希德‧马丁公司(Lockheed Mar- tin)、罗斯诺普‧格鲁曼公司(Northrop Grumman)和雷神公司(Raytheon)三家公司团队,分别进行雷达、舰体的概念研究,以确定哪些配置可以满足低成本的防空反导弹整合需求。AN/SPY-6从概念设计到生产历时多年,从简单的技术转为成熟、先进、功能齐全的雷达,也由于SPY-6雷达系统的研改,估算自2012至2018财政年度共撙节2.71亿美元的后勤维护费用,同时生产成本也降低约4. 5亿美元。
    双波段雷达优势在于将S波段与X波段雷达的后端信号处理(Signal Processing,SP)与资料处理(Data Processing,DP)设备结合在共同的DP后端设备之中,利于整合控制与电磁频谱分配;另外,对于探测低空、小型目标而言,双波段雷达亦可同时处理两个不同频率与脉冲回复率的雷达信号:X 波段使用高脉冲回复率,尽速确认目标信号;而S波段则使用中脉冲回复率,确认同一个接触信号的确实距离,然后将两个雷达信号送入同一个滤波处理器,以进行更精确的目标识别。AN/SPY-6雷达即采用双波段模式,整套系统包括一部用于大量搜索的四面阵列天线之S波段(2-4GHz)主动电子扫描阵列(Active Electronically Scanned Array, AESA)雷达,即称之为AN/SPY-6-S、一部用于地平线搜索的三面阵列之X波段(8-12GHz)被动水平搜索电子扫描阵列(Passive Electronically Scanned Array,PESA) 雷达,即称之为AN/SPQ-9B(升级版)、以及一台雷达套件控制器(RSC),RSC为S波段和X波段雷达提供资源管理、协调与神盾作战系统界面整合用。

   相比传统雷达的大量搜索雷达中的模块,AN/SPY-6使用T/R模块可产生高功率电波频率,且搭配使用氮化镓材料以降低能耗与冷却效率。AN/SPY-6采用氮化镓半导体材料,在T/R模块中,不仅体积缩小也提高功率,是AN/SPY-6的一大创新。氮化镓(GaN)是一种较新半导体材料, 原子体积约是传统砷化镓(GaAs)的一半,而成本仅砷化镓的百分之六十六,且氮化镓对于辐射环境的稳定性高,其晶体管比起砷化镓的主要优势是具备更高的功率容量和功率密度,相比上一代的砷化镓设备,雷达在较小尺寸的同时,具有更宽的工作频带、更大的输出功率、更强的讯噪比、更高的温度、电压耐受力以及更好的导热性和导电性,是极为理想的功率放大器(已应用于电战干扰机、爱国者雷达等),更使得雷达侦测范围提高至原先的1.5倍,且其平均故障间隔时间延长10倍。

    美国海军的新一代综合电力系统采用了开放式的结构,整个系统被分为六个子模块,可由不同的公司单独研制,不但减少了研发成本与时间,可升级与扩充性亦大幅提升系统全寿期,AN/SPY-6寿期可达40年。随着协同作战能力(CEC)、海军一体化火控防空作战能力(NIFC-CA)、一体化防空反弹道导弹能力(IAMD)以及岸基纵深攻击能力的整合,美国海军整体战力将日渐完备。AN/SPY-6雷达系统基本组成单位为雷达模块装配件(RMA),RMA模块能堆栈、根据任务要求组成形状各异的大型或小型雷达。功率上,37个RMA组成的AN/SPY- 6(V)相当于SPY-1D(V)加15分贝的增益(依目前合约要求,是SPY-1D(V)加15分贝的增益,但是也可以将雷达任意组成,如9个RMA等效SPY-1D(V);69个RMA等效SPY-1D(V)加25分贝的增益)。 

 

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来源:天驰航宇
半导体电力电子材料控制
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首次发布时间:2023-07-07
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天驰航宇
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