閲兵場上的“千里眼”，秘密居然藏在雙縫干涉裏！_風聞

中科院物理所-中科院物理所官方账号-09-03 13:47

2025-09-03

剛看完N年一度的九三大閲兵，作為一名並不資深的軍迷，小編現在已經是激動得坐不到工位上了~

今年的閲兵式上會展示各種各樣奪人眼球的新式裝備，在這篇文章推送到各位手上之前，海量的新裝備照片應該已經席捲了互聯網~

為什麼小編一定要強調新裝備呢？這就得説起8月16日在軍迷圈子搶跑的那一輪裝備照片了。讓小編來説的話，只能説“除了99A都不認識****不是怎麼是99B啊”。

謝邀，剛看完閲兵，已經是軍盲了

然而話又説回來了，不管新裝備的種類如何繁多，有心人肯定能注意到，許多裝備上都出現了一種“大平板”的身影，沒錯，就是所謂的有源相控陣雷達“AESA”。

圖為今年閲兵的預警探測方隊，可見明顯的摺疊大平板特徵

電影和現實中的1130，福建艦的1130已經悄悄換裝了相控陣大平板

雖然不管是普通人還是普通軍迷，大家都認不出來新裝備是幹什麼用的，但是相控陣大平板作為近年來軍事報道以及各種新聞中的常客，大家應該都很熟悉了。

電影《流浪地球2》中的核彈相控陣，通過控制爆炸時間將衝擊匯聚到中心

那麼今天小編就以逐漸白菜化的相控陣雷達為切入點，帶各位讀者學點物理，也瞭解一下軍事技術日新月異的發展~

什麼是相控陣技術？

大家在搜索“相控陣”時，可能會看到這樣的專業描述：

“在天線理論中，相控陣通常指電子掃描陣列，即由計算機控制的天線陣列，它產生的無線電波束可以通過電子方式控制指向不同的方向，而無需移動天線。”

這樣的解釋雖然準確，但對非專業讀者來説，確實有些抽象難懂。今天，我們就從物理圖像出發，用最直觀的方式為大家講清楚：到底什麼是相控陣？

讓我們暫時把相控陣放一放，先回顧一下波動光學中一個經典的實驗——楊氏雙縫干涉。

（注：這裏説的是經典波動實驗，不是量子層面的單光子干涉，雷達技術還沒那麼“玄幻”~）

雙縫干涉以及干涉條紋

如圖所示，從點光源發出的光照射在兩條狹縫上，使它們成為一對相干光源。它們發出的球面波在後方光屏上疊加，形成了明暗相間的干涉條紋。

我們小學二年級就已經知道，單頻電磁波可以表示為三角函數的形式。如果借用複數的工具（歐拉公式），可以將電磁波表示成

在一對狹縫構成的光源中，由於位置不同，它們與原始光源之間的光程R1和R2不同，這導致了兩點光源之間存在初始相位差。

此外，當這兩束光傳播到光屏上某一點時，由於狹縫間距d的存在，它們又會產生新的光程差r1-r2，因此，總相位差為

光屏上的條紋分佈完全由這個相位差決定：當相位相差2nπ時，兩束電磁波峯值疊加，光強增強；當相位差為**（2n+1）π時，兩束電磁波波峯與波谷互相抵消，光強相消**。這種相位差在空間中的分佈，就呈現為我們所看到的明暗交替的干涉條紋。

如果我們增加狹縫的數量，用類似的方法也可以計算多縫干涉的條紋分佈。可以直觀地想象：當狹縫數量越來越多時，干涉圖案會逐漸收斂，最終在某個方向上形成一個強度極高的主瓣，周圍則伴隨着一些強度較低的旁瓣。如下圖所示：

更復雜的干涉波形

基於以上內容，我們可以討論，如果在每個干涉狹縫處人為增添一個逐次增加的相位差，會有什麼效果呢？答案很簡單，形成的干涉條紋會開始左右轉動**！**

15個天線（波源）組成的陣列，通過控制波源之間的相位差調整主瓣指向

至此，相控陣的核心思想已經呼之欲出：

所謂相控陣，就是通過直接控制陣列中每個波源的發射相位，從而改變合成波前的方向與形狀，實現波束的快速指向與掃描——整個過程完全由電子控制，無需機械轉動。

通過調節相位使得波前指向發生改變的示意圖

根據相位調節方式的不同，相控陣雷達可分為**無源（PESA）與有源（AESA）**兩種：

無源相控陣（PESA）：使用一箇中央高功率發射機產生信號，再通過移相器網絡為每個輻射單元分配特定相位。

有源相控陣（AESA）：則是每個輻射單元都配有獨立的收發組件（T/R組件），可獨立控制信號的相位和振幅。這種架構帶來極大的靈活性，使AESA在性能上對PESA形成代差優勢。

雷達的進化之路

雷達（Radar），源於“Radio Detection and Ranging”的英文縮寫，其基本原理是向空間發射電磁波，並通過接收目標反射的回波來探測物體的方位與距離。自誕生以來，這部“電子眼”就朝着三個方向不斷進化：看得更遠、看得更清、看得更快。

雷達的基本工作原理

早期的雷達往往配備不斷旋轉的巨型天線和裝滿真空管的機櫃，運轉時發出低沉的嗡鳴。從最初的LC振盪電路到後來的磁控管，雷達工作波段從米波逐步邁向微波，發射功率也大幅提升，實現了“看得更遠”。但受限於技術，早期雷達波束指向固定，必須依靠機械旋轉天線才能掃描整個空域。

機械掃描雷達就像一座電磁燈塔：通過物理轉動天線，週期性地“照亮”周圍空間。

老式機械掃描雷達

很像一座燈塔

這種雷達結構簡單、技術門檻低，但其掃描速度受機械慣性限制，難以同時跟蹤多個目標。於是，工程師將目光投向了相控陣技術——它無需機械轉動，僅通過電子控制就能實現波束的快速掃描，刷新率和多目標跟蹤能力遠超機械雷達。

早在二戰期間，相控陣技術就已走上戰場。

1943年，USN大型戰艦上的Mark 8火控雷達是世界上第一部服役的相控陣雷達，使用機械移相器陣列實現相控陣效果。

Mark 8火控雷達，可見排列成三排的發射器

同一時期，納粹德國也搭建了使用機械式移相器的Mammut雷達。此時的相控陣採用單一微波源，經過移相器陣列達成對波束相位的調製，屬於無源相控陣技術。

Mammut雷達，將1到2個波源發出的電磁波經過6到8個移相器的調製，形成相控陣效果

這些早期系統都採用單一微波源＋移相器陣列的結構，屬於無源相控陣（PESA）。儘管實現了電子掃描和多目標跟蹤，但由於系統複雜、電子管可靠性差，其在測量精度和穩定性上仍有明顯侷限。

轉機出現在1950年代。貝爾實驗室發明晶體管，其體積小、功耗低、可靠性高的特性迅速獲得青睞，並率先應用於機載雷達。

巨大的晶體管和小巧的電子管

此時工程師們意識到，既然晶體管體積遠小於電子管，那我把無源相控陣的每個波源都換成一個晶體管發射器，不就可以單獨控制每個波源的相位了嗎？

於是，雷達技術的“終極形態”——**有源相控陣雷達（AESA）**登上了歷史舞台。藉助半導體工藝的飛速發展，AESA得以在有限空間內集成成千上萬個獨立的收發單元（T/R組件），不僅掃描速度極快、能同時形成多波束，可靠性和精度也遠超傳統雷達。

有源相控陣be like

如今，有源相控陣已成為世界主流強國雷達技術的核心。而中國，正是這一領域發展最為迅速的國家之一。

各式各樣的現代相控陣雷達.

無處不在的有源相控陣？

在之前的回顧中，相控陣雷達總是與“高性能、高複雜度、高成本”緊密相連。但如今，從軍事裝備到商業產品，相控陣技術似乎無處不在。難道這項技術一夜之間變得“白菜化”了？

事實並非如此。

至今，俄羅斯空天軍大量蘇-35S戰機仍在使用無源相控陣（PESA）雷達，航電性能明顯落後於中美。美國的情況也並不輕鬆：儘管AESA技術起步早、發展快，其主力驅逐艦“阿利·伯克”級直至最新的2A型仍廣泛使用SPY-1無源相控陣雷達。直到最近，才有一艘伯克3型服役，總算用上了先進的SPY-6有源相控陣系統。