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双波段雷达：是照妖镜还是千里眼？

双波段雷达即DBS ， 是美国首创的新概念雷达 ， 装备于其最新的福特级航母 ， 象DSI进气道一样 ， 这个概念又一次被我国的055型导弹驱逐舰发扬光大 。
双波段雷达：是照妖镜还是千里眼？
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美国福特级航母采用X波段的SPY3和S波段的SPY4 ， 都是六面阵雷达 ， 之所以没有采用探测距离更远的L波段 ， 是因为L波段波长太长 ， 天线的聚焦能力差 ， 波束太宽 ， 但绕射能力强 ， 更适合通讯 ， 比如北斗导航卫星和很多手机信号就用了L波段 ， 但其不适合做雷达的载波 ， 况且美国海军有几十年SPY1的使用经验 ， 对S波段的各种情况了如指掌 。
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福特级航母 ， 极具视觉冲击力
X波段波长大约3厘米 ， 能对中程防空导弹进行制导和末端照射 ， 低空传播特性极佳 ， 能抑制多路径效应 ， 这个效应通俗的讲就是导弹信号经由海面反射 ， 又被雷达所接收 ， 形成了类似水上倒影的假目标 ， X波段基本没有绕射现象 ， 信号不易失真 ， 且因频率高 ， 频带宽度很大 ， 也有利于对目标的识别 ， 擅长探测集群目标 ， X波段雷达的距离分辨率是S波段雷达的3倍左右 。
S波段波长大约10厘米 ， 这个波段不但传输损耗小 ， 探测距离远而且波束宽度能做小 ， 能进行精密跟踪 ， 精度足以与X波段直接进行目标交接 ， 别的波段就不行 ， 比如E2预警机的UHF波段 ， 即分米波段 ， 波长约75厘米 ， 不能直接引导战斗机的X波段火控雷达 ， 必须由航母作中介 。
双波段雷达有突出的反隐形能力 ， 双波段本身就拓展了雷达的带宽 ， 显示的目标细节更丰富 ， 更立体 。 四代机面对两个波段的雷达 ， 特别是这两个波段差别很大时 ， 隐形能力会大幅下降 ， DBS之于传统的单波段雷达就好象人的两只眼睛和一只眼睛的差别 ， 面对DBS四代机是顾了这头顾不了那头 ， 比如舱门锯齿 ， 无论是雷达舱、座舱、起落架舱 ， 还是发动机舱 ， 只能设计一种尺寸 ， F35的锯齿就只针对X波段优化 ， 我国的歼20舱门锯齿也只能专门针对S波段设计 。
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这个角度都能看到锯齿 ， 证明其尺寸不小
其实双波段由来已久 ， 最典型的是俄罗斯的顶板 ， 两个背对背天线分别工作于S/C波段 ， 我国的仿制型号为382“海鹰” ， 并且在水面舰只上广泛装备 ， 只不过DBS应用了固态有源相控阵和氮化镓元件等一干新技术 ， 双波段雷达与传统雷达在基本原理上没有质的变化 。
固态有源相控阵雷达 ， 即采用晶体管微波集成电路 ， 不再用原先的行波管、速调管这类真空器件了 ， 体积小、重量轻 ， 可以做成点阵分布到天线上 。
砷化镓取代了硅双极晶体管 ， 工作频率提高了很多 ， 砷化镓曾在海湾战争中大显神威 ， 频率是上去了 ， 但功率却下来了 ， 因为击穿电压下降了 ， 我记得日本引以为豪的JPG1有源相控阵雷达每个收发单元的功率只有8瓦 ， 8瓦！跟小号节能灯一个功率！一提到砷我就想到了硫化砷和三氧化二砷 ， 朱砂和砒霜 ， 所以对它印象不好 ， 没有到砷和镓的化合物还有如此妙用 ， 镀金成了高科技产品 。
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F22采用砷化镓元件的APG77雷达
【双波段雷达：是照妖镜还是千里眼？】氮化镓的原子体积只有砷化镓的一半 ， 镓不与砷合伙了 ， 傍上了氮 ， 氮是气体分子 ， 分子量要比砷小得多 ， 因此氮化镓器件更轻小 ， 且氮化镓是极稳定的化合物 ， 有高硬度和达1700摄氏度的熔点 ， 用氮化镓做成器件后理论上可以工作于800摄氏度的高温环境 ， 都快赶上金属铜了 ， 氮化镓的击穿电场/电压分别是硅双极管和砷化镓的数倍和数十倍 ， 有益于有源阵进一步提高阵面的功率密度 。
而且有了氮化镓器件 ， 双波段雷达能进一步向电磁频谱两端扩展 ， 米波/毫米波双波段雷达 ， 让隐形战机无所遁形 。
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红色方块疑为X波段相控阵天线
在055型导弹驱逐舰一体化桅杆最下一层的位置 ， 装有四面长1.5米 ， 宽2米的相控阵天线 ， 据估计这便是双波段雷达中的X波段天线 ， 至于另一个波段 ， 是承袭自052D型驱逐舰上的346A的改进型 ， 也是四面阵 ， 346A发展自052C的346有源相控阵雷达 。 在红旗9防空导弹下海上舰的过程中 ， 为适应海上空旷而又广袤的环境 ， 按通行做法 ， 由陆基C波段的的SJ212升级为S波段的346有源相控阵雷达 。
当相控阵天线的扫描角偏离中心轴一定角度以后 ， 波束宽度、分辨率、增益都会大幅下降 ， 就象我们用眼睛的余光看东西一样 ， 因为大于聚焦视角 ， 无法聚焦 ， 看不远还看不清 ， 近距离还凑合 ， 但精确跟踪远程高速目标就力不从心了 ， 如未来的高超音速反舰导弹 ， 会存在盲区 ， 错过最佳拦截窗口 。 我国没有美国强大的卫星及预警机阵容 ， 可以用三面阵 ， 只能用四个平面天线阵应对空前恶劣的战场环境 。
有四个平面天线就不一定采用共面安装的方式 ， 因为无论目标处于哪个方位 ， 都处在雷达的最佳视角之内 ， 这极大增加了天线布置的灵活性 ， 所有雷达都弄到桅杆上 ， 会互相干扰 ， 雷达天线可以不共面 ， 但一定要以共坐标的方式工作 ， 即两部雷达共用一个坐标系 ， 共用一个原点和坐标轴 ， 就象人的两只眼睛只能观察一个目标一样 ， 不能一只眼睛看电视 ， 一只眼睛看手机 ， 用两个波段同步扫描 ， 同步处理 ， 任何目标都有两个信号的叠加处理 ， 取得1+1>2的效果 ， 两个收发通道用共同的终端进行控制和显示 ， 两只眼睛共用一个大脑 ， 对探测数据进行合并处理 ， 从而极大提高反应速度 ， 获得对高速目标的更多拦截机会 。
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有强大的处理能力和四个面阵 ， 共面布置实无必要 ， 正因为不共面 ， 055的线条才如此流畅
现在的所谓双波段雷达还是采用各自独立的收发系统 ， 只有两个波段共用收发单元才能成为真正的双波段雷达 ， 两个波段共用一个天线 ， 所见即所得 ， 省去了后台复杂的解算 ， 就好象人的眼睛不但能进行可见光成像 ， 还能红外成像一样 ， 可见要发展真正的双波段雷达还有很长的路要走 。
图片与数据来自网络


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