早期的雷達系統(tǒng)采用由獨立輻射器組合而成的陣列天線。這種天線的出現(xiàn)的年代可追溯到 20 世紀初期。輻射器的幾何位置及其激勵的幅度和相位決定天線的性能。

隨著雷達發(fā)展到采用更短的波長，陣列就由較為簡單的天線所代替，如拋物反射面天線（如下圖所示）。對于現(xiàn)代雷達的應用，電控移相器、開關和收發(fā)組件的出現(xiàn)再次把人們的注意力吸引到陣列天線上。

拋物反射面雷達（圖源自網(wǎng)絡）

現(xiàn)在可以通過控制獨立單元的相位來調制孔徑激勵，以實現(xiàn)波束的電掃描。相對于反射面天線，電掃描相控陣天線的顯著優(yōu)勢是掃描波束所需的時間，以及掃描的靈活性。先前的雷達掃描波束到一個新位置需要幾秒，而相控陣僅需要幾微秒。此外，這一新位置可以是任意位置。

相控陣天線的主要技術特點

• 天線波束快速掃描能力

用電子控制方式實現(xiàn)相控陣天線波束指向快速轉換，使天線波束具有快速掃描能力是相控陣天線的一個主要技術特點，是相控陣雷達應運而生、高速發(fā)展的基本原因。

通過電子掃描克服了機械掃描天線波束指向轉換的慣性及由此帶來的對雷達性能的限制。這種天線波束指向的快速變換能力或快速掃描能力，在硬件上取決于開關器件及其控制信號的計算、傳輸與轉換時間。

• 天線波束形狀的捷變能力

相控陣天線波束形狀的捷變能力是指相控陣天線波束指向可以在空間不同的方向進行快速變化。相控陣雷達波束形成原理圖如下圖所示。

波束形成原理圖（圖源自網(wǎng)絡）

描述天線波束形狀的主要指標除了天線波束寬度（如半功率點寬度）、天線副瓣電平、用于單脈沖測角的差波束零值深度等外，還有天線波束零點位置、零值深度、天線波束形狀的非對稱性、天線波束副瓣在主平面與非主平面的分布、天線背瓣電平等。

提高雷達抗干擾能力和抑制雜波能力，合理使用和分配雷達信號能量，合理安排搜索與跟蹤方式等需求都對天線波束形狀的捷變能力提出了要求。相控陣雷達可以根據(jù)工作環(huán)境、電磁環(huán)境變化而自適應地改變工作狀態(tài)來改變波束形狀。

隨著數(shù)字技術的發(fā)展，數(shù)字式接收波束、數(shù)字式接收多波束形成的實現(xiàn)，使相控陣接收天線波束形狀的捷變能力更易于實現(xiàn)。

由于天線方向圖函數(shù)是天線口徑照射函數(shù)的傅立葉變換，因此，陣列天線可以通過改變陣列中各個單元通道內的信號幅度與相位來改變天線方向圖函數(shù)，亦即改變天線波束形狀。

• 空間功率合成能力

相控陣天線的另一個重要技術特點是相控陣天線的空間功率合成能力。陣列天線可以在每一單元通道或每一個子天線陣設置發(fā)射信號功率放大器，依靠移相器的相位變換，使發(fā)射天線波束定向發(fā)射，即將各單元通道或各子通道中的發(fā)射信號聚焦于某一空間方向。

這一特點為相控陣雷達的系統(tǒng)設計特別是發(fā)射系統(tǒng)設計帶來了極大的方便，也增加了雷達工作的靈活性；它為遠程雷達及探測隱身目標與小目標的雷達提供了獲得特大功率雷達發(fā)射信號的可能。

• 多波束形成能力

相控陣天線易于形成多個天線波束。多波束形成可以在陣元級別上實現(xiàn)，也可在子陣級別上實現(xiàn)。多波束形成方法也很多，波束指向與形狀的控制也比較靈活。依靠轉換波束控制信號可以很方便地在一個雷達信號重復周期內形成多個指向不同的發(fā)射波束和接收波束，它們在時間上可快速指向不同方向。

• 空域濾波與空間定向能力

由于相控陣天線是由多個空間上分散布置的天線單元構成的，各單元通道中信號傳輸時間、相位與幅度在計算機控制下均可快速變化。因此，相控陣天線具有快速變化的空域濾波能力。這是一般機械掃描天線所不具備的。

在相控陣接收天線陣中，各天線單元接收到的來自同一方向的輻射源信號或目標反射的回波信號存在時間差或相位差。因此，通過測量各天線單元或子天線陣接收信號的相位差，可以確定目標的來波方向（DOA）。這一特點也是普通面天線所不具備的。

相控陣雷達的主要工作特點

• 能對付多目標

相控陣雷達利用電子掃描的靈活性、快速性和按時分割原理或多波束，可實現(xiàn)邊搜索邊跟蹤工作方式，與電子計算機相配合，能同時搜索、探測和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標，并能同時制導多枚導彈攻擊多個空中目標。因此，適用于多目標、多方向、多層次空襲的作戰(zhàn)環(huán)境。如下圖所示，相控陣雷達能同時探測、跟蹤多個目標。