※ 引述《dalastw330 (dalastw330)》之铭言： : 常看到 APAR（Active Phased Array Radar，APAR radar）一词， : 说是AESA radar的一种，网上爬文又看不出这两个名词的差异，到底 : 假设今天我公司要推销开一个　氮化镓Ｔ／Ｒ连接天线的雷达，我要 : 称这个雷达是 AESA雷达 还是 APAR雷达? : AESA和APAR的差别在哪，诚心求教, 献上我的膝盖和小额赏金500P, 请笑纳,谢谢! 今天来写相控阵列雷达... 但我觉得 dalas 兄要开的公司可能要想另一套业务名词. XD 因为雷达讲的是整个系统的行为, 不组成系统是没办法讨论的. 譬如 AESA/PESA 甚至钢弹配备的 pizza 雷达, 基本单元可以都一样. ------ 第一个先讨论: 最简单的雷达如何搜索目标?? 说到最简单的目标搜索嘛... 电磁波打出去, 根据回波的时间差计算距离... 像山谷回音那样? 但其实呢, 用到「时间差」这已经是进阶版的雷达了. 最简单的雷达像是用手电筒找蚊子, 或者用探照灯找飞机. 把光束打到空中, 扫来扫去, 同时认真看空中有没有亮亮的东西. 这种设计不需要计算任何时间差, 简单粗暴又有效. 雷达碟面就是在收束这束电磁波的辐射行为, 碟面转来转去就是指向. 所以你看, 最简单的雷达可以去掉各式先进的讯号模组, 只剩碟子. 这个「做一个手电筒找蚊子」的碟面贯串整个雷达的演化, 不可小觑. ------ 然而 radar 这个词里面有 ranging（测距）, 这要加别的东西. 我们先快转, 忽略其他各式各样遥测技术的可行性. 就说偷看历史答案, 决定把「回波时间差」量出来以增加测距的功能. 概念不变: 手电筒在空荡荡的空间中扫射找蚊子. 我们从基本的「连续波」与「脉冲波」开始... 连续波雷达就是手电筒的灯泡一直开着, 当然雷达还是要转来转去. 脉冲波就是把灯泡改成高频闪光灯「啪啪啪啪啪!!」, 也要转来转去. 两种设计的特性, 依直觉相比就很明显... 一直开着的灯泡比较不会漏掉目标, 但闪光灯很亮可以传很远. 对, 工程结果也差不多这样: 连续波比较难躲, 因为有持续性的照明. 但功耗上, 连续波就输脉冲波一大截, 同样侦测距离会多几百倍的功耗. 车用的 ADAS 微波雷达几乎都是连续波雷达, 雷达波一直开着. 因为这个测距就是百米级顶多到一两公里, 但威胁不能漏接. 但打仗要看百公里, 连续波功耗大概得接反应炉, 又会过热把车船烧穿. 譬如 AN/TPS-75 这个车载雷达, 瞬间功率 2.8 百万瓦... 幸好它是脉冲式, 平均功率 4.7 千瓦, 比吹风机大没多少. XD 但, 我们终究是要测量「回波的时间差」对吧? 闪光灯比较容易想像, 似乎发光时间跟看到蚊子的时间相减就是答案!? 其实不是. 但我们先从连续波开始, 追溯这个直观的「回波时间差」. 手电筒一直开着的时候, 空中的蚊子也都亮亮的, 那怎麽算出时间差? 很简单, 让手电筒的光色一直变化就好, 红橙黄绿一路变过去. 然後我们根据蚊子的颜色就知道时间差了, 很聪明吧? 这叫做 signal modulation, 中文叫做讯号调变. 有趣的是说, 闪光灯也需要这种调变技术, 而不是简单把时间相减就好. 因为电磁脉冲这种东西在传递过程中是会色散的. 冲击波是很特殊的白噪混合态, 从低频到高频, 大家要讲好相位一致. 白噪是说什麽频率都有, 而且每个频率的强度都一样, 不能有偏好. 至於相位一致, 可以简单想像成每个频率在这里要一起达到振幅的最大值. 但是这种一致的相位只会在有限的空间里出现, 跑远了就没了. 譬如说前後找一公尺, 波长一米的起伏一次, 波长半米的起伏两次. 既然起伏的次数都不一样了, 那怎麽可能维持「相位一致」的条件? 而且, 真正的冲击波从无限小到跟宇宙一样大的波长, 都要维持相位一致. 脉冲波的物理条件就简单一点点, 微米级到千公里的波长同相位就好. XD 所以跑着跑着, 脉冲波就变形了, 就算真空中也一样, 这叫空间色散. 这也是说, 拿白色闪光灯去照蚊子, 只要蚊子够远, 而眼力也够好... 我们会看到蚊子在照明过程中会变色, 但红蓝黄绿白不一定是什麽顺序. 因此就算是闪光灯模式, 也还是要处理讯号调变的问题. 那, 要不要一开始就调变闪光灯, 携带资讯让我们判定蚊子的距离? 是的, 当然可以......反正你都要开欧洲车的嘛. ------ 电磁波的调变, 一样从连续波开始比较容易想像. 想像我们用手电筒照蚊子, 灯泡一直恒亮, 但灯色是可以变的. 调变就是说, 大家约定好灯色怎麽变化... 会先选一个主色当基准, 然後加入一些其他的颜色来承载资讯. 譬如说你的灯泡主色就是红色, 可以从酒红变化到橘红. 而我的灯泡主色是黄色, 但可以从橘黄变到黄绿. 这个红色或黄色叫做载波, 「酒红到橘红」或「橘黄到黄绿」叫频宽. 这个灯色变化有无穷多种选择, 但根据应用场合有简单分类. 雷达这个家族, 可以改变「相位, 振幅, 频率, 偏振」这四种物理量. 改变振幅或频率的, 就跟 AM/FM 这种调幅或调频电台的意思一样. 改变相位的也叫「相位调变」, 是今天的主题. 至於偏振就比较特别一点, 因为它跟其他三个不相关. 这意思是说, 相位, 振幅与频率, 你改其中一个就会影响其他两个. 但偏振这个物理量可以单独改变它, 其他的不受影响. 当然这种调变分类比较古典, 另外像光纤就有 multi-mode 的变化. 而且还有线性跟非线性, 量子跟非量子这种更大的分类. 但也不是说古典的调变就很简单. 譬如从「酒红到橘红」的变化, 要考虑不同频率的响应不一样. 这个响应是灯泡有差异, 空气有差异, 蚊子有差异, 拍照的底片有差异. 我们拍到一百只橘红色的蚊子, 可能一百只距离都不太一样, 还会漏掉. （真实情况更复杂, 比较像看一副抽象画, 根据水彩的颜色报明牌. ） 但又要快转了, 工程问题留给工程解决... XD 我们来讲「连续波的相位调变」. ------ 相位调变有一个很特殊的对应: 它一定等於雷达碟面的某一种机械参数. 其他的调变都没有这个对应. 这个相位调变, 参考我们的主色（载波）会有对应距离（波长单位）. 在特定时间内变化某个相位, 一定会等於把雷达碟面改成某个形状. 如果我们只看主色红色的部份, 这个碟面形状的变化几乎没什麽限制. 甚至可以让碟面在想像中转来转去... 而这些转来转去的电磁波, 状态都会等於彼此之间相位调变的结果. 那, 既然相位调变等於雷达碟面的机械参数... 我们可不可以去掉这个机械式的碟子了? 连扫描时的转动都不要了! 可以... 需要一堆场源, 就是阵列式的相控雷达. 最简单的想像就是用这堆阵列式的场源, 在每个点模拟出碟面的反射波. 这个阵列上的每个点, 其实就是一组相位调变的结果. 除了模拟这个碟子的旋转的相位调变之外, 也可以加上其他的调变. 所以一样可加上「酒红到橘红」的变化, 只要自己知道怎麽变的就好. 可以调频调幅, 增加其他的相位或者变化偏振... 这个不限定. 就是说, 只要适合用来判定回波时间差的讯号特徵都可以加上去. 这个做出来了, 就是连续波的 PESA 雷达... 嗯, 发射的部份. 至於 AESA 雷达呢, 也不难... 我们刚刚做完的 PESA 是用红色光找蚊子的相控阵列雷达. 另外再做一个黄色的 PESA 的相控阵列雷达, 两组场源加起来就好了. 这样我们的相控阵列雷达就可以追踪两只蚊子了, 这就是 AESA. 这可以用同一组阵列式的天线做出来, 但是改成机械的碟面就没办法. 因为不知道如何在原地叠出一个往左看, 另一个往右看的碟子. 所以说可以追踪一百个目标的 AESA 其实就是在原地叠一百个想像的雷达. 用不同的颜色看不同的方向, 不难想像吧!? XD 相位调变可以做到这件事... 这些只是单频连续波, 脉冲波要考虑的频宽更广, 尽管设计哲学是一样的. 然後这边只讲到发射的部份... 接收与测量的部份会用到的一阶讯号干涉或二阶讯号干涉都还没说. 大部份说 AESA 与 PESA 的差异其实都在讲量测的阶段. 合并一百组不同的 PESA, 就是要有一百组不同的讯号产生器跟示波器. 不然没办法分离雷达所接收到的讯号属於哪一片 pizza... 但实在是太长了, 要先停住. ------ 最後回到 dalas 兄的问题... 就是说, 系统不搭起来的话没办法知道它到底是什麽分类. XD --

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