中外舰闻|再探最强“宙斯盾”之眼——SPY-6雷达性能
据近日美国雷声公司官网消息 ， 首部实装型SPY-6(V)1雷达（即37个雷达模块的4面阵型SPY-6）已经完成了近场测试 ， 即将封装打包发往造船厂 ， 安装在首艘"伯克III"驱逐舰“杰克·H·卢卡斯”号 (USS Jack H. Lucas ， DDG-125)上 。 这意味着SPY-6雷达距离服役又迈出了坚实一步 。
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所谓近场测试 ， 是天线和射频系统的一种测试场景 ， 一般将天线阵面放置于大型微波暗室内部 ， 利用可动式近场测试探头和测试网络仪器对待测器件进行一系列的测试操作 ， 比如测试驻波、EIRP和方向图 。 对于SPY-6(V)1这种14英尺大口径的有源相控阵雷达 ， 其单个阵面共计5000多个天线单元和TR组件等射频设备 。 在雷达前端装配好后 ， 需要在出厂前进行近场测试 ， 以检查在制造和装配后其性能是否符合预期 。
因此 ， 在雷声公司发布的新闻中 ， 他们对每个SPY-6(V)1阵面做了出厂前的近场测试 。 这其中包括对每个T/R单元进行健康检查 ， 校准总共近150个子阵通道和5000多个T/R单元 ， 收集和验证42000个“黄金数据库”参数用于雷达在海上维护时的自动校准 ， 以及收集、分析和认证300多个收发波束方向图 。
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其中的TR组件健康检查 ， 可以理解为对每一个TR组件进行“体检” ， 即检查TR组件是否能够正常工作 ， 比如发射功率、频率、接收检验等等 。 由于TR组件是精密的微波集成电路 ， 包含复杂的芯片和有源电路网络 ， 每一个TR组件在制造工程中都可能产生一些微小的偏差 。 这些都需要在阵面装配后进一步验证其性能是否达标 。
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▲图中可以看出 ， 由于使用了子阵波束形成网络 ， DBF并没有到单元层级 ， 因此SPY-6是个子阵级数字阵架构
而所谓子阵通道 ， 要从SPY-6的数字阵体制说起 。 在之前文章中 ， 阿相已经介绍过数字阵可以分为子阵级和单元级两种体制 。 而SPY-6就是前者（这点可通过之前官方发布的PPT判断出） ， 而此次雷声的宣传新闻 ， 更是石锤了这一点 。 一个子阵通道 ， 即一个数字式激励/接收源（数字式TR） ， 对应多个天线和TR单元（模拟式TR） 。 由于子阵的特殊性 ， 需要对其单独进行性能检测 。 而TR组件的校准 ， 也是由于其加工、组装过程中的一致性有限 ， 需要进行的一种补偿措施 。 一般是TR组件连上前端的天线单元后 ， 对其幅度和相位一致性进行校准 。 没有校准的天线阵面 ， 副瓣会抬高 ， 主瓣增益会降低 ， 会恶化系统的探测性能 ， 因此校准对于确保阵面辐射性能 ， 至关重要 。
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这张PPT对推导SPY-6阵面各参数很关键
实际上 ， 阵面校准工作并不是一劳永逸的 ， 随着部署环境、实际使用时间等因素的变化 ， 会定期、不定期的进行校准 。 因此 ， 雷声也在出厂前尽可能搜集一些校准参数 ， 保存起来便于实际服役后的校准 ， 以提高校准效率 。 而方向图测试 ， 是检验天线阵面性能的一个关键测试 。 雷声会挑选多个工作频率点 ， 测试不同频率下 ， 天线扫描到不同角度 ， 不同工作模式（窄波瓣/宽波瓣、低副瓣、和差波束、多波束等等）情况下的方向图 ， 测试其增益、主瓣宽度、副瓣、交叉极化等指标 ， 以判断性能是否达标 。
下面阿相根据雷声这段文字 ， 展开讲讲 ， 对SPY-6性能再度挖掘 。 从上面PPT图可以看出 ， 一个雷达模块（RMA） ， 可以分为4个立方体机柜 。 每一个小机柜 ， 包含6个6通道的TR组件（上下方各3个的布局） 。 所谓6通道 ， 其实可以看成是6个小的TR组件封装成一个大组件 ， 这样可以节约安装空间也利于集成化 。 这样一个大TR组件可对应连接6个天线单元 。 4个机柜 ， 则对应4×6=24个大TR组件 。 实际上 ， 一个RMA就有24×6=144个TR通道 ， 对应144个天线单元 。 这和PPT里旁边的配字 ， 也对应了起来 。 那么一个大阵面 ， 包含37个RMA的情况下 ， 就有144×37=5328个TR通道和天线单元 。 这在之前文章里 ， 也提到了 。
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