核心技术一：机械扫描
这是最经典、最直观的雷达天线技术，其核心思想是通过物理转动整个天线系统，来改变波束的指向，从而实现对空域的“扫描”或“搜索”。
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抛物面天线
这是最常见的一种机械扫描天线,形状像一个巨大的“碗”或“卫星锅”。
- 技术原理：
- 发射：在抛物面的焦点处放置一个馈源（通常是喇叭天线），它发出的电磁波是球面波，这些波照射到抛物面上，经过反射后会汇聚成一道非常狭窄、能量集中的平行波束，就像手电筒的反光碗一样。
- 接收：当这道平行波束照射到目标（如飞机）上后，反射回来的微弱回波同样被抛物面天线接收并聚焦到焦点处的馈源上，然后传送给接收机。
- 关键技术点：
- 高增益：能量集中，探测距离远。
- 窄波束：角度分辨率高，能精确测定目标的方位角和俯仰角。
- 旋转机构：整个天线座通过精密的电机和轴承系统进行360度水平旋转，有些还能在一定范围内俯仰，从而实现空间扫描。
- 典型应用：
- 对空警戒雷达：机场或军事基地看到的巨大圆形天线，用于远距离搜索飞机。
- 火控雷达：早期高射炮的瞄准雷达，需要快速、精确地跟踪目标。
- 气象雷达：用于探测云层、降雨的分布和强度。
卡塞格伦天线
这是一种改良型的抛物面天线,在雷达和卫星通信中非常普遍。
- 技术原理：
- 它由一个主反射面（大的抛物面）和一个副反射面（小的双曲面）组成。
- 馈源发出的电磁波先照射到副反射面上,再由副反射面反射到主反射面，最后由主反射面向外发射形成平行波束。
- 优点：
- 馈源可以放在主反射面后面：这使得整个天线结构更紧凑、更坚固，馈源和传输线（波导）的长度可以缩短，减少了信号损失。
- 设计更灵活：可以通过改变副反射面的形状来调整天线性能。
- 典型应用：
- 机载雷达（如战斗机上的雷达鼻锥）。
- 地面精密跟踪雷达。
蝶形天线
这是一种非常简单的天线,主要用于早期的火控雷达或引导雷达。
- 技术原理：
- 由两个背靠背的抛物面反射面和一个位于中间的馈源组成。
- 它可以同时发射和接收一个波束,或者通过快速切换在两个相反方向上工作。
- 优点：
- 结构简单,成本低。
- 可以快速覆盖一个扇形区域。
- 缺点：
增益和波束形状不如标准抛物面天线。
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核心技术二：频率扫描
这是一种不需要机械运动的“电子扫描”早期技术，通过改变电磁波的频率来改变波束方向。
- 技术原理：
- 天线由一排或一排排的波导裂缝阵列组成。
- 电磁波在波导中传播时,其波长（λ）和波导的物理长度之间有一个固定的关系。
- 当发射信号的频率（f）改变时，波长（λ = c/f）也随之改变。
- 这会导致从每个裂缝中辐射出的电磁波之间的相位差发生变化，根据波的干涉原理，相位差的变化会使得天线波束的最大辐射方向（即波束指向）发生偏转。
- 关键技术点：
- 无惯性：波束切换速度极快，因为只需改变电信号频率，远快于机械转动。
- 一维扫描：通常只能在一个维度（如仰角）上进行扫描，方位角仍需机械转动或多个天线阵面配合。
- 典型应用：
- 舰载防空雷达：例如美国海军的“鞑靼人”和“小猎犬”舰空系统所用的AN/SPS-39雷达，就是利用频率扫描来快速覆盖不同高度的空域，然后通过机械旋转实现360度方位搜索。
核心技术三：相控阵雷达
这是现代雷达的基石,但它的概念和早期实现也属于“老式”技术的范畴，是电子扫描的高级形式。
无源相控阵
这是相控阵雷达的早期形态,也称为“被动阵列”。
- 技术原理：
- 天线面由成百上千个相同的辐射单元（如小偶极子或裂缝）组成，每个单元都连接到一个移相器。
- 所有单元共享一个大功率发射机和一个低噪声接收机。
- 通过计算机精确控制每个移相器的相位，使得从各个单元辐射出的电磁波在空间特定方向上同相叠加，形成主波束；而在其他方向上相消干涉。
- 改变所有移相器的相位差，就可以在不转动天线的情况下，瞬间将波束“指向”任意方向。
- 关键技术点：
- 波束捷变：波束切换速度极快（微秒级），可以同时跟踪多个目标和搜索新目标。
- 高可靠性：部分单元损坏不会导致整个系统瘫痪。
- 缺点：
- 发射机功率大且笨重：一个大功率发射机要馈送给成百上千个单元，馈电网络复杂且损耗大。
- 波束灵活性受限：发射和接收通常只能共用一个波束方向。
- 典型应用：
- 早期预警机（如E-2A“鹰眼”）的雷达。
- 舰载防空雷达（如美国“宙斯盾”系统早期使用的AN/SPY-1雷达）。
有源相控阵
这是目前最先进的雷达技术,可以看作是无源相控阵的终极进化。
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- 技术原理：
- 与无源相控阵类似,天线面也由许多辐射单元组成。
- 核心区别：每个辐射单元或一小组单元都自带一个独立的T/R组件（Transmit/Receive Module，收/发组件），T/R组件集成了小功率发射机、低噪声接收机和移相器。
- 优点：
- 功率效率高：发射功率分散到各个T/R组件，馈电网络损耗极小，总功率可以做得非常大。
- 波束灵活性极高：每个T/R组件可以独立控制，可以实现同时多波束（一个波束跟踪，一个波束搜索，甚至不同波束使用不同频率）。
- 可靠性极高：单个T/R组件失效对整体性能影响微乎其微。
- 抗干扰能力强：可以形成“零点”对准干扰源方向。
- 典型应用：
- 第四代和第五代战斗机雷达（如F-22、F-35的雷达）。
- 最先进的舰载、地面预警和反导雷达。
总结对比
| 技术类型 | 工作原理 | 优点 | 缺点 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| 机械扫描 | 物理转动天线 | 技术成熟、成本低、波束质量好（旁瓣低） | 扫描速度慢、惯性大、易受机械磨损和振动影响 | 早期警戒雷达、火控雷达、气象雷达 |
| 频率扫描 | 改变信号频率改变波束指向 | 扫描速度快（无惯性）、结构相对简单 | 通常只能一维扫描、带宽受限 | 老式舰载防空雷达 |
| 无源相控阵 | 控制移相器相位改变波束指向 | 波束捷变、高可靠性 | 发射系统笨重、波束灵活性受限 | 早期预警机、舰载“宙斯盾”雷达 |
| 有源相控阵 | 每个单元独立控制形成波束 | 功率效率高、多波束能力、可靠性极高、抗干扰强 | 成本极其昂贵、系统复杂 | 现代战斗机、先进舰载/预警雷达 |
老式雷达天线技术的发展路径,就是一部从“看得远”（高增益抛物面），到“看得快”（频率扫描），再到“看得清、看得全、反应快”（相控阵）的进化史，机械扫描是基础，而电子扫描（频率扫描和相控阵）则是雷达技术的一次革命，它将雷达从一个被动的“观察者”变成了一个主动的、智能的“管理者”。
