電子掃描陣列雷達

電子掃描陣列雷達（electronically scanned array radar；縮寫：ESA radar），是指一類藉由改變天線表面陣列所發出波束（wave beam）的合成方式，來改變波束掃描方向的雷達。這種設計有別於機械掃描的雷達天線，可以減少或完全避免使用機械馬達驅動雷達天線便可達到涵蓋較大偵測範圍的目的。當然，這不是說電子掃描雷達就不能採用機械轉動的方式來增大掃描範圍，事實上採用機械轉動電子掃描雷達基座的方式可以進一步增大雷達波所能覆蓋的範圍，比如英國45型等防空驅逐艦裝備雙面或單面電子掃描陣列雷達（而不是如美國神盾艦上的四面陣），這就使它們不得不採用旋轉陣面的方式來覆蓋360度圓周，是「電子掃描」+「機械轉動」結合的典型實例。

目前使用的電子掃描方式包括改變頻率或者是改變相位的方式，將合成的波束發射的方向加以變化。電子掃描的優點包含掃描速率高，改變波束方向的速率快，對於目標訊號測量的精確度高於機械掃描雷達，同時免去機械掃描雷達天線驅動裝置可能發生的故障。由於可以在極短的時間內迅速改變波束指向，電子掃描雷達比使用純機械掃描的傳統雷達有更強的多目標接戰能力，邊掃描邊跟蹤能力，以及空對空-空對地多模式同時工作的能力等等。

電子掃描天線使用的陣列包含「一維線性陣列」與「二維陣列」兩種，兩種陣列代表波束可以控制方向上的差異。

## 天線型態

### 頻率掃描

軍事上很少有電子掃描雷達採用掃頻的方式來控制波瓣指向，因此通常所說的「電掃」都是指「相位掃描」的相控陣雷達。但是早期的相控陣雷達上也有混合了掃頻機制的例子，比如美國核動力飛彈巡洋艦「長灘號」以及核動力航空母艦「企業號」上的SCANFAR雷達系統，其目標追蹤子系統AN/SPS-33雷達就是對目標高度掃描採用頻率掃描，而對目標方位角掃描採用相位掃描的機制工作的。

### 被動相位陣列

被動相位陣列雷達（Passive phased array radar），是被動電子掃描陣列雷達的一種。英文「Passive」翻譯為「被動」或「無源」，意思是指天線表面的陣列單元只有改變「訊號相位」的能力而沒有發射信號的能力，訊號的產生還是依靠天線後方的訊號產生器，經訊號放大器，再利用電磁波導（導波管）或空間饋電方式傳送到陣列單元上面，接收時則反向而行。由於每個陣列單元自身不能作爲訊號源主動發射電磁波，所以被稱作被動相位陣列。

現在的被動相位陣列雷達多是以行波管產生訊號，這和最新的脈衝都卜勒雷達產生訊號的方式一樣，區別主要在天線上。

### 主動相位陣列

主動相位陣列雷達（Active phased array radar），是主動電子掃描陣列雷達的一種。英文「Active」翻譯為「主動」或「有源」，意思是指天線表面的每一個陣列單元都完整地包含訊號產生、發射與接收的能力，也就是將訊號產生器、放大器等等全部縮小放在每一個陣列單元以內，天線不需要依靠訊號產生器以及導波管饋送訊號。由於每個陣列單元都可以單獨作爲訊號源主動發射電磁波，所以被稱作主動相位陣列。這是目前相位陣列天線發展的主流趨勢。

主動相位陣列的的每個單元只掃描一小塊固定區域。各個模組的訊號的相對相位經過適當調整，最後會強化訊號在指定方向的強度，並且壓抑其他方向的強度。在同樣的涵蓋範圍以內，不需要移動雷達天線也可以滿足掃描的需求。此雷達的電子零件需要「快速移相器」，而控制相位陣列也需要極高的計算能力。此雷達理論在二次大戰時提出，最早使用是用於地面的大型彈道飛彈預警雷達上面。空用系統最早是出現在美國空軍一架RC-135 Rivet Amber飛機上面進行試驗，這架飛機稍後發生意外墜毀。能夠使用在船艦上或者是軍用飛機上的小型化主動陣列技術要到1980年代才逐漸成熟，成本降低到可以接受的程度。

主動相位陣列的好處除了與被動相位陣列類似之外，由於取消導波管的配置，電磁波能量在傳送過程中的散失得以降低，能量輸出得以集中在波束上。此外，波束訊號的產生是在陣列單元上面，免除傳送的線路也就降低噪訊的影響。主動陣列天線在頻率的變換與多模式的同時運作方面比被動陣列更有效，當天線表面的陣列有部分受損或者是故障的情況下，雷達的性能會稍微降低，但是不會無法工作。主動陣列的天線在執行多工模式時，可以將雷達分為幾個區塊，各自發出波束同時執行不同的任務。而被動陣列則是以快速波束跳躍的方式在近乎同時的情形下執行多工掃描。由於主動陣列相比於被動陣列省略導波管造成的能量耗損，因此探測距離得以大幅延長，而被動相位陣列雷達的探測距離卻由於耗損而稍遜於同功率的傳統機械雷達。

## 使用型態

### 陸基系統

美國率先將大型電子掃描陣列雷達用作彈道飛彈預警雷達，如鋪路爪長程預警雷達，安裝於美國本土、英國、格陵蘭及臺灣。美國與前蘇聯、法國、英國、中國等太空大國都有部署類似的系統擔任警戒和監視太空的工作。這些大型預警雷達也被用於監控近地軌道太空飛行器的運行情況，例如美國太空站「天空實驗室」報廢並再入大氣層的時候，就聯絡了全球幾乎所有可用的大型預警雷達全程監控墜落情況。

現代化的陸基區域防空飛彈系統通常也使用相控陣雷達作為系統中最主要的預警和跟蹤雷達，如美國的MIM-104「愛國者」系列防空飛彈系統，前蘇聯的S-300系列防空飛彈系統，臺灣的天弓系列防空飛彈系統，中國大陸的FT-2000防空飛彈系統等。

### 空基系統

空基相控陣雷達最早出現在美國以C-135改裝的電子作戰飛機上面。機載相控陣雷達中使用無源相控陣的較多，使用主動陣列的只有Rivet Amber一架。除了電子戰飛機以外，某些預警機或戰場監視飛機也裝備或計劃裝備相控陣雷達，而不是如同美國E-2或前蘇聯A-50那樣的機械掃描雷達的圓盤狀天線。

相控陣雷達也可以安裝在直接作戰的軍用飛機——戰鬥機、轟炸機上，蘇聯為MiG-31設計的SBI-16 Zaslon雷達是世界第一款使用在中小型軍用機種上面的相位陣列雷達，美國第一款裝置在非支援型軍用飛機上的相位陣列雷達是B-1B上的AN/APQ-164雷達。這兩款都是被動相位陣列。

第一種能夠安裝在中小型軍用機上的實用型主動相位陣列雷達是裝置在日本F-2戰鬥機上的J/APG-1，第二種則是美軍F-22猛禽戰鬥機上的AN/APG-77。現在，多種戰鬥機或攻擊機皆裝備相控陣雷達。

### 海基系統

長灘號核動力飛彈巡洋艦是第一艘裝備相位陣列雷達的軍艦，裝有四組固定式SPS-32/33型雷達。AN/SPY-1 3D相位陣列雷達是一種多功能雷達系統，擁有四面固定的被動相控陣天線，是神盾戰鬥系統的中樞。由於相列雷達的優點，一艘戰艦可以只用一個雷達系統充當海面偵蒐雷達（找船隻）、空中偵蒐雷達（找飛機與導彈）以及多目標射控系統。第三項是戰艦使用相列雷達的最重要理由。在引進相列雷達以前，導引一或兩枚防空飛彈就需要一個射控雷達全力關注。一艘船因此只能與少數目標接戰。相列雷達能快速重新定向雷達波，快到足以模擬許多個射控雷達，導引許多防空飛彈。這是神盾系統接戰能力很強的原因之一。

類似的還有前蘇聯由陸基S-300衍生而來的S-300F海基防空飛彈系統，其跟蹤雷達也直接由陸基系統的相位陣列雷達改造而來，是旋轉基座的單面被動相位陣列雷達，3P41型雷達裝備於基洛夫級巡洋艦一二三號艦前後兩台，光榮級巡洋艦和基洛夫級巡洋艦四號艦後部裝備一台。「空中哨兵」四面固定陣列被動相控陣雷達裝備於和戈爾什科夫蘇聯海軍元帥號航空母艦和庫茲涅佐夫海軍元帥號航空母艦。俄羅斯S-300FM和30N6E1型單面旋轉被動相位陣列雷達裝備於基洛夫級巡洋艦四號艦前部和051C型驅逐艦。「5P-20K」四面固定陣列X波段有源相位陣列雷達，裝備在戈爾什科夫海軍元帥級巡防艦和改裝後的基洛夫級巡洋艦三號艦上。

中國人民解放軍海軍的四面固定式主動相位陣列346型雷達，在中華神盾系統中扮演核心角色。

日本三菱電機研製的FCS-3主動相位陣列雷達裝備於日向級直升機護衛艦、秋月級驅逐艦、朝日級驅逐艦與最上級護衛艦，簡化型OPS-50則裝備於出雲級直升機護衛艦。

英國貝宜系統研製的SAMPSON雙面旋轉雷達裝備於45型驅逐艦。

法國泰雷茲集團的武仙座多功能雷達裝備於阿基坦級巡防艦和可畏級巡防艦。泰雷茲荷蘭公司的APAR四面固定陣列相控陣雷達裝備於七省級巡防艦、薩克森級巡防艦、伊萬·休特菲爾德級巡防艦。

義大利的Selex ES (現合併於李奧納多) 主導研發的EMPAR（歐洲多功能相控陣雷達）單面旋轉被動相位列陣雷達裝備於地平線級驅逐艦、卡洛·伯伽米尼級巡防艦和加富爾號航空母艦。

以色列的以色列航空工業ELTA系統部門的EL/M-2248 MF-STAR多功能有源相控陣雷達裝備於印度海軍的加爾各答級驅逐艦、維沙卡帕特南級驅逐艦與尼爾吉里級巡防艦，以色列海軍的薩爾5級（僅在拉哈維號上安裝）與薩爾6級巡防艦，以及韓國海軍的馬羅島號兩棲攻擊艦。

澳洲的CEA Technologies主導研發的CEAFAR（CEA 固態主動相控陣雷達）採用多面固定式主動相位列陣設計，裝備於澳洲皇家海軍的安札克級巡防艦（改良型）及未來的亨特級巡防艦。

## 外部連結

- 魯格雷達
- 高其瀚：相位陣列雷達與21世紀之艦隊防空
- AN/SPY-1平面陣列相位雷達，《海軍學術月刊》第38卷第11期
- Active Electronically Steered Arrays – A Maturing Technology
- FLUG REVUE December 1998: Modern fighter radar technology
- Phased Arrays and Radars – Past, Present and Future
- Northrop Grumman white paper