美国建造新一代陆军防空系统雷达,采用下一代相控阵雷达技术

美国建造新一代陆军防空系统雷达,采用下一代相控阵雷达技术

雷神公司研制的新一代低空防空和反导传感器雷达系统

近年来,随着竞争国家空中力量的发展,美国陆军判断像以往那样单单依靠空军来保障自身安全是行不通的,于是展开了新一代低空防空反导武器系统的研制工作。而雷达作为防空反导系统的“眼睛”,在防空反导系统技术发展中占据重要地位,是该项目的重中之重。近日,负责该项目雷达系统的美国军事电子工业巨头雷神公司,对外公布消息,称该公司已经完成首部陆军低层防空反导系统雷达的制造工作。令人瞩目的是,这种新一代雷达,采用了下一代相控阵雷达技术,堪称世界最先进的防空系统雷达。

性能概况

雷神公司为美国陆军研制的这种新型雷达,正式名称是“低层空中和导弹防御传感器”(英文缩写为LTAMDS),它的研制目的很简单,就是为陆军新一代低层防空反导系统提供搜索和火控导引,它就是防空反导系统内的“千里眼”。它的设计要求也很高,被要求能够应对高超声速武器等新一代空袭兵器的威胁,能够发现并稳定跟踪和捕捉高超声速目标。

从外形上看,雷神公司的新一代LTAMDS雷达,采用相控阵体制,可收放的矩形阵列面板天线,其天线主阵列尺寸与“爱国者”防空反导系统的雷达大小相似,但无论有效探测跟踪距离,还是对隐身目标的探测能力。对多批次目标的处理能力都远强于“爱国者”系统雷达,综合探测性能据称达到“爱国者”最新改进型号雷达的两倍以上。

采用下一代相控阵雷达技术

LTAMDS雷达从外形上看与“爱国者”雷达相差不大,凭什么性能能够达到后者两倍以上?关键靠的是采用了下一代相控阵雷达天线的关键技术之一——氮化镓材料组件。

半导体技术发展到目前,一共发展了三代半导体材料,第一代是硅,硅晶圆制造的半导体器件目前仍广泛应用于军民用电子领域。第二代是砷化镓,它是当今世界军用雷达领域应用最广泛的半导体器件材料之一,目前世界上主流的相控阵雷达,很多都使用砷化镓材料来制造。例如我们熟知的第四代战斗机F-22的机载火控雷达,大名鼎鼎的AN/APG-77雷达,就采用了砷化镓半导体材料,也是世界上最早应用该第二代半导体材料的先进相控阵雷达之一。

然而随着近年来半导体材料和电子技术的飞速发展,第三代半导体材料正在崛起,其中氮化镓是其中的宠儿,是军用雷达领域研究和突破的重点。

与第二代砷化镓材料相比,氮化镓材料制造的器件功率可以做得更高,使得雷达天线发射功率更高;它的导热率更高,因此可以在更高的容许温度下正常工作,对雷达散热系统的要求更低;它的禁带宽度更大,有利于提高器件整体的能效;它的电子饱和速度快、载流子迁移率也更高,这意味着它可以以更高的速度工作。

因此,使用氮化镓材料制造的新一代半导体器件,具有更大带宽、更高放大器增益、更高能效、尺寸更小,这恰恰是雷达行业梦寐以求的发展方向。

从LTAMDS雷达的外形上,我们可以看到,其雷达天线阵列下方,是尺寸巨大的散热设备,个头比雷达天线还要巨大,这充分表明,该雷达具有很大的工作功率,功率越大,雷达的探测性能当然就越好。

结语

首部LTAMDS雷达的制造成功,不但是美国军用雷达领域的一个技术里程碑,也标志着美国陆军低层防空反导系统项目向前推进了一大步。美国陆军近年来开始摆脱空军,独立增强自己的防空反导作战能力,以应对来自空中的更大威胁,这一装备和军队建设发展动向,值得我们关注和思考。