17年前,第三代驱逐舰正式下水,中国海军舰队即将告别由海红旗-7、红旗-61组成的海上防空系统,使我海军真正具备区域防空能力。 052C防空核心由我国自主研制的第一代舰载有源相控阵雷达系统和远程主动舰空导弹“海红旗9”组成。 让我们更进一步,瞥见这款雷达的硬件。
早期的有源相控阵是以真空元件为辐射单元的,如20世纪60年代美国研制的世界上第一台有源相控阵雷达A型FPS 85,其发射天线阵列由5184个真空四联管组成,平均功率超过400KW。 真空管虽然具有成本低、输出功率高的优点,但缺点也很明显,如由于峰值功率要求高,给料机也提出了很高的要求,以及诸如工作带宽窄、功耗和发热高、可靠性低等,特别是体积问题已成为某些特定载体工程应用中的致命伤害。
进入21世纪,水面舰艇面临着越来越大的空中威胁,由于反舰导弹射程的较大增加,水面舰艇拦截的主要目标已由敌方发射平台改为各种类型的反舰导弹。 大多数舰载相控阵雷达不仅要对多批次高空和远程目标进行监测和区分,为舰队提供预警,而且还具有快速拦截和稳定跟踪低空接近小目标的能力,引导舰对空导弹执行拦截任务,这就要求雷达不仅要有较长的探测距离,还要有良好的角分辨率。 我们知道,在相同的天线孔径尺寸下,波长与角分辨率成反比,与探测范围成正比,因此相控阵雷达的设计应根据不同的任务选择合适的工作频率。 对于安装在大型防空舰艇上的相控阵雷达,对探测范围和精度的要求不低,因此工作频率选择在20ghz-4.0GHz更合适,比如SPY-1、Sampson和未来的DDG1000 VSR都在S波段工作,052C上的相控阵雷达显然不会出这一类。
对于有源阵列来说,除了选择合适的工作波长和保持低旁瓣的前提外,还需要进一步提高雷达的平均功率,最简单的方法是增加辐射单元的数量,但由于特定载波的严格空间限制, 这种方法有很大的局限性。因此,我们只能希望有源阵列的功率密度能够提高到一个更高的水平,即阵列单位面积输出发射信号的平均功率将得到提高。 同时,为了提高测量精度和识别目标并具有良好的抗干扰能力,还要求雷达具有较大的工作带宽和信号带宽。 此外,MTBF(平均故障间隔时间)也是有源阵列的重要技术和战术指标。 综上所述,不难发现,船载有源阵列材料不仅要具备良好的高频工作能力、较大的工作带宽,还要具有高功率密度、小体积和高可靠性,同时兼顾成本。 电真空器件显然难以满足,这导致了微波晶体管的应用。
随着目前的晶体加工技术和战术有源相控阵雷达的需求,砷化镓(Gaas)和硅两级晶体管适用于工作在频率高于S波段的有源阵列中的微波晶体管。 如果在两者之间进行选择,如果成本在可接受的范围内且技术条件允许,则首选Gaas。
由于Gaas的工作频率可以远高于硅双极晶体管,因此可以为雷达的瞬时带宽提供较大的设计余量,而瞬时带宽能否高将直接影响雷达的分辨率,也关系到电子战能力, 所以如果技术条件允许,Gaas是更好的选择。但是,选择Gaas也带来了两个问题,1成本。 在以前的加工水平上,Gaas的成本是硅双恒电机的2,30倍,良品率低,即使在94和95年当时的加工技术背景下,Gaas的成本也是硅双恒电机的几倍。 2.砷化镓的脉冲功率水平远低于硅双极化,功率难以提高,也对功率划分的精度提出了很高的要求,如果掌握不好,可能会导致直接击穿。 这两个条件也为我下面的推测提供了前提。
在世界的另一端,有类似346的舰载有源相控阵雷达,是45式驱逐舰的核心“桑普森”雷达,代表了欧洲最高水平,桑普森工作频段也是S波段,雷达单阵由2600砷化镓组成, 每4个T打包成一个T R模块,共计650个T,最大探测距离超过450公里,在320公里的距离上,可同时跟踪4000个目标,同时为其中168个目标建立稳定轨迹。桑普森可以引导32个紫苑(紫苑15、30)同时拦截16个目标。 可以说,桑普森和紫苑是一对绝配,两人都毫无保留地发挥了对方的表现。
考虑到国内电子工业的研究水平和实际应用水平,有足够的理由相信052C型驱逐舰使用的346雷达的MMIC使用了硅双极晶体管,因为雷达是成本和技术条件以及其他客观因素(如货源)之间平衡折衷的结果。 单从单一正面来看,346和桑普森在硬件上确实存在差距。 但是,桑普森也是权衡技术条件和成本因素的产物,因此从原来的四面固定阵列到现在的双面阵列发生了变化。 选择砷化镓作为辐射单元,造成**的上升,可能不是造成这种变化的全部原因,但也不是没有关系的。 从舰队的防空作战来看,四面编队的346在起点上显然具有一定的优势。
桑普森是在MESAR-2单面固定有源相控阵雷达的基础上研制的,桑普森最初的计划是固定四面阵列布置。
当前,我国主导工业正驰骋在信息时代的快车道上,有较为坚实的经济基础支撑,环境和条件远不能与当年相提并论。 而在存在“强潜在威胁”的背景下,面对严峻的现实,在我国国防需求日益迫切的推动下,军工电子机械行业的发展前景值得乐观。 我们有理由相信,346的后续车型,无论是在硬件上还是在后端,都将迅速缩小与欧美先进水平的差距。 在此,我们也希望一系列在中国国防建设中占有举足轻重地位的军工产品,早日实现100%“国产”,不再受制于他人,彻底扭转生产物流业的战略被动局面。
考虑到项目的连续性,我们将进一步更加扎实地铺平这项工程技术的道路,成为培养该领域技术人才的温床。 据推测,期待真正大驱动器的砖块可能会跳过第二代MMIC的Gaas,直接采用第三代宽禁带MMIC之一的氮化镓(GaN),其击穿电场电压是硅双极晶体管和GaAs的数倍和数十倍,有利于有源阵列进一步提高阵列的功率密度。 氮化镓还具有比砷化镓更好的高频段工作和更好的热稳定性,使其能够在更高的温度下工作。 氮化镓作为微波功率放大器,将是未来有源阵列发展的主流方向。
052C从冷热弹丸的不同点切入。 冷发射器发射时,底部气体发生器工作推动活塞筒并带动拉杆拉动导弹,此时导弹受到瞬时纵向大过载,当热发射器发射时,一部分气体在接触下密封盖时会被阻挡回去, 而压力波会以音速贯穿整个导弹,引起导弹部件的横向响应振动,为了应对这两种情况,在设计之初就对冷发射弹和热发射弹进行了不同的考虑,导弹本体和内部部件的加固是不同的。
在可预见的未来,北斗网络建成后,数据链路的进一步完善和固定翼预警机真正出海后,名副其实的大驱动器携带着双向数据链路的新一代主动防空导弹,坐标信息交给北斗和数据链, 并将航母同步工作交给预警机和数据链,从而实现美国海军标准6+E2D+GPS区域防空系统拥有预警机完成主动防空导弹中段指挥的修正,使大驱动器具备拦截地平线以下目标的能力,进一步扩大区域空中范围防御区。
100多年前,由于海防的薄弱,中国近代史成为中国人民难忘、不可磨灭的痛点。 在共和国风风雨摇的70年里,人民海军在历史的泥泞中起锚、扬帆起航、扬帆起航,从无到有到黄水海军,从黄水海军到绿水海军,正昂首挺胸地向着蓝水海军迈进。 面对现实的挑战和潜在的威胁,让我们衷心希望中国海军建设的步伐一天比一天加快,我们的海军走得更远!