346系列艦載有源相控陣雷達系統

(上與下)中國海軍052C導彈驅逐艦首艦蘭州號(170)。052C是中國海軍第一種具備相控陣雷達系統、

垂直發射區域防空導彈系統的高性能防空驅逐艦,船艛四周共裝置四面346型有源相控陣

雷達的陣面。346型是中國海軍第一種實用化的多功能艦載相控陣雷達。

052C導彈驅逐艦濟南號(152)的346相控陣雷達近照。346相控陣採用氣冷設計,天線外面有一層弧形外罩來包住冷空氣

。氣冷的缺點是萬一雷達罩出現破損倒制冷空氣流失,就可能使陣面溫度升高而不得不停止工作。

中國首艘航空母艦遼寧號(16)也裝置四個346有源相控陣。

(上與下)中國海軍052D導彈驅逐艦首艦昆明號(172)。052D是052C的改進型號,改用346A相控陣,

其陣面不僅比346型更大,而且改用內建的液冷系統,不再需要346型的弧形外罩,因此天線陣面外部

是平坦的。 

052D導彈驅逐艦銀川號(175)的346A相控陣近照。其陣面外觀是平坦的。

一艘052D導彈驅逐艦的船艛,可以看到朝前與朝後的346A相控陣面。

中國第一艘自行建造的國產航母(001A型),艦島上部裝置四座346A相控陣。

 

 

 

──by captain Picard

 


 

 

346型相控陣雷達

052C艦橋兩側的346型相控陣特寫,弧形外罩內充滿了用來冷卻天線的冷空氣。

外罩中間鼓起是因為中間的T/R組件最多,需要更大的通風量。

在1990年代末期,中國開始加大力道進行軍事事務現代化;而海軍方面的一個重要發展,就是研製具有多功能相控陣雷達、垂直發射區域防空導彈系統的高性能防空艦(性能類似美國海軍宙斯盾艦),為水面艦隊撐起防空保護傘。中國海軍推出的第一種高性能防空驅逐艦,是在2003年4月底首度下水的052C型導彈驅逐艦。052C最引人注目之處,就是艏艛四周加裝了四具大型的固定式 相控陣天線;這就是中國研製的第一種艦載相控陣雷達系統,由南京電子部第14所主導研發,一開始被中國網友稱為「板磚」。

346相控陣概述

在1998年,中國電子學會推薦時任南京第14研究所(南京電子技術研究所)副所長周萬幸角逐第六屆中國青年科技獎並成功獲獎,其記載如下: 「現擔任H/LJG346艦載有源相控雷達總設計師,這套雷達的技術水平在國際前沿,國內領先。作爲中國艦載相控雷達領頭人的周萬幸, 擔任一段時間相控陣雷達總師以後,轉爲項目總指揮,並成爲南京第14所副所長,領導該所探索世界雷達前沿技術」。這段記載證實「板磚」就是H/LJG 346有源相控陣 ; 此外,中國又稱346型雷達為艦載有源相控陣系統(Shipborne Active Phased Array Radar System,SAPARS)。在2003年,346型相控陣雷達裝在中國海軍畢昇號(891)實驗艦上進行海上測試。

依照中國電子科技集團公司第十四所(即南京第14電子所)網站在2016年10月24日的撰文,「中華神盾」在1997年立項,是中國第一部全固態三座標相控陣雷達;由於當時中國國內相關基礎薄弱,研製難度極大,一段時間都沒有突破性的進展。在2000年,14所內任命邢文革擔任346相控陣雷達的副總設計師,在接下來數年攻克了許多研製雷達的重大問題,包括帶領團隊上艦出海研究克服海上背景雜波以及船艦搖晃影響偵測等問題(約花費三年時間)。在2007年,346相控陣順利完成研製工作,此雷達具有對空搜索、對海搜索、對空引導(配套艦上的海紅旗-9防空導彈)、目標指示、同時多目標跟蹤等功能,是中國海軍有史以來技術水平最高、功能最強、系統組成最復雜的雷達系統,不僅是中國海軍電子裝備發展史的重要里程碑,也列於世界先進水平。由於346相控陣雷達的研製成功,邢文革也因此獲得國家科技進步特等獎。在346相控陣的開發過程中,邢文革首次深入研究傾斜波束低角測高技術,使此型雷達具備「探測距離遠、測量精度高、抗干擾能力強、可靠性高、自動化程度好」等特性,在當時榮獲電子工業部科技進步特等獎。 

根據2005年11月加拿大漢和信息的報導,346型是一種有源相控陣,其技術來自於烏克蘭Kran-Radiolokatsiya公司,該公司先前已經推出幾種 有源 相控陣的 設計,不過本身不負責製造 。此一消息表示,中烏之間早在1999年便已針對此一系統展開合作,由量子研究所(Kran-Radiolokatsiya)設計,並轉移技術給中國製造;俄羅斯工業界稱此雷達為「海獅」,由Kran-Radiolokatsiya的C波段 有源 相控陣衍生而來,有效偵測距離為150~160km,能同時追蹤150個目標。 然而,根據日後公布的文獻,南京第14所早在1989至1990年就開始發展有源相控陣的技術,顯然不會是烏克蘭成套技術轉移的仿製品。

根據日後烏克蘭軍方高層的透露, 中國曾在2001年4月派出由曹剛川上將率領的軍方高層訪問團,訪問烏克蘭幾家主要的大型軍工企業,包含Kran-Radiolokatsiya等機構,當時雙方很快便達成多項軍事技術協議, 其中便包括「海軍防空系統」的開發,這很可能關係到346型 相控陣的項目;此外 中國從2002年開始,每年都向Kran-Radiolokatsiya訂購價值數千萬美元的基礎設備。

除了052C之外,中國在2009年開始動工改建從烏克蘭購入的瓦良格號航空母艦船體(之後成為遼寧號),也裝備346型相控陣雷達系統。  

技術分析

(上與下)在畢昇號試驗艦(981)上的H/LJG346相控陣原型,

天線座下方與兩側有許多外露的管道。後方是YJ62反艦導彈的發射器。

早期外界曾熱議346型相控陣是有源相控陣或無源相控陣;隨著相關資料的逐漸披露,346型雷達被證實是有源相控陣。操作波段方面, 外界早期多半推測346型雷達採用C波段, 這是因為過去推測HHQ-9沿用SA-N-6的TVM導引機制(見下文),故346型雷達需兼具搜索與射控能力, 使用C波段為較合理的推測;不過實際上HHQ-9彈道終端階段採用主動雷達制導, 因此346型採用的波段也可能是波長較長、偵測距離較遠的S波段。依照日後逐步公開的資料,346型相控陣應以S波段操作,具有廣區域搜索、精確追蹤目標,並支持HHQ-9防空導彈的中途指引作業(包括追蹤在空中的HHQ-9導彈,並透過C波段天線將修正的飛行指令傳輸給HHQ-9)。

最早透露346型是有源相控陣的相關記載是天線陣面的冷卻散熱系統;由於有源相控陣的發射源是天線陣面上的T/R元件, 因此陣面產生的熱量遠高於由後端發射機供應射頻能量的無源相控陣;而346型雷達陣面使用了回流通風式氣冷系統,顯然是有源陣面的明顯跡象。346型雷達天線表面的冷卻系統為靜壓箱孔板送風方式,天線陣面與弧形外罩之間的空間是一個靜壓箱 ,天線反射面上開有許多通風口;一個風機透過管道,將空氣由陣面四個角落的進氣口引入靜壓箱並形成靜壓層,氣流透過陣面上的通風口將陣面元件的熱量帶走。照片顯示在 中國畢昇號(891)實驗艦上的346型雷達原型系統基座周圍設有不少管路,可能包括送風管路。在實際測試中,陣面以大功率運轉時,陣面出風口的最小風速達到9m/s,超過原始要求的8.1m/s,且出風口處的最大溫差值僅有攝氏3.5度,十分均勻,顯示陣面工作環境的氣溫相當穩定;在惡劣的外在環境下,風冷系統也能將陣面工作溫度控制在設計標準以下。這套氣冷系統散熱效率比以往高4.6倍,重量減輕且成本降低,為此開發此冷卻裝置的 南京第14所還獲得電子工業部科技進步二等獎。

 在2006年12月,衢州市科技局的網站進一步披露 「H/LJGXXX多功能相控陣雷達」(顯然就是H/LJG-346)的冷卻系統細節,包括可為四個天線陣面提供一定溫度、濕度、流量的乾冷循環空氣,為四個天線陣面內部的子陣功放/波控電源及後端艙室內的2組發射電源機櫃提供具備一定溫度、流量的冷媒水(蒸餾水),以及為26個密閉電子機櫃提供一定溫度和流量的冷媒水(淡水);此系統在研製過程中突破了多項技術關卡,包括冷卻系統的全天候穩定運作、不同水溫/風溫的供給技術、PLC軟件控制技術、防海水與乙二醇腐蝕技術、防電磁干擾技術、可靠性分析設計技術等等。此冷卻系統於2003年3月安徽省科學技術委員會的鑒定會議中,被認爲填補了國內相關領域的空白,並達到國際先進水平。這些資料不僅介紹了冷卻系統,更提供此型 相控陣的部分硬體線索,尤其是從天線陣列子陣的功率放送/波控電源及位於後端艙室內的二組電源發射機等,明顯展現了有源相控陣的技術特徵。

如同前述,346型雷達的回流通風氣冷系統利用天線罩形成通風道;這種設計最大隱憂在於,萬一天線罩因戰損而出現大破洞(小破洞影響還不大),就會徹底破壞冷空氣循環的靜壓風道,即使相控陣本身還能運作(就算一部分單元損壞也能繼續運作),也會因為陣面失去冷卻而過熱,不得不停止工作。而陣面外罩採用弧形也是因為陣面中央T/R組件最多,為了增加靜壓通風風力,天線罩中間只能鼓起來,這增加了天線罩被擊中的機率。當時南京14所也曾研擬冷板或內循環液冷等方案,然而 早期的設計要點在於減輕整個陣面的體積重量、T/R組件小型化等,加上結構工藝限制,實在沒有餘力在陣面中再加入其他冷卻裝置。

而052C之後再下一型的052D導彈驅逐艦(2010年代出現)使用的346A相控陣,天線外罩就是平板型,顯示不再使用原本的靜壓風冷系統,可能已經改用凝冷板或循環液冷系統;加上346A的陣面又比346型加大,顯示南京14所在T/R組件小型化、輕量化等方面又有了進一步突破。  

一艘建造中的052C導彈驅逐艦(首艦蘭州號或二號艦海口號),此時相控陣的弧形外罩

尚未安裝,可以觀察陣面的T/R組件排列;陣面角落的四個開口

則是風冷系統的進氣口。注意到主陣的上、下各有一組長條天線陣列,

這是用來與海紅旗-9防空飛彈進行上/下鏈傳輸應答的C波段天線。

052C的相控陣正在安裝弧形外罩。

 

據稱346型雷達在早期研製階段面臨的最大障礙之一,是單一微波集成電路(MMIC)生產技術不成熟,導致相控陣所需的T/R模組的單位生產成本高達1.25萬美元,是同時期美國產品的25倍,根本無法量產。中國透過管道引進以色列半導體產製技術(可能也包括烏克蘭Kran-Radiolokatsiya的協助),大致解決了T/R組件的量產問題;不過整體而言,346型雷達系統的價格仍十分昂貴(與南京14所簽署的合約價值約為每套5億人民幣),佔全艦價格的1/6。 依照2009年的文獻,中國專家表示雖然透過研製空警2000/空警200等預警機,中國已經掌握機載有源相控陣的技術,但由於製造成本還是太高(是美國同類產品的5到8倍)、機載大功率直流電源問題沒有解決、發熱量過大,還不能應用到戰鬥機上。

依照後續資料,中國南京第14電子所在1990年開始研發有源相控陣的T/R模塊,研發團隊在僅有若干外文資料的情況下開始摸索研;在前期研究之中,研發團隊就整理出18項需要突破的關鍵技術,在中國艦載雷達發展史上可謂前所未有 。在1996年12月,中國海軍正式立項發展艦載有源相控陣,由南京14所擔綱。為了減輕重量,346型雷達的天線陣面骨架以鋁質蜂窩狀結構的夾層板構成,單一陣面的骨架重量僅1.25噸,而每個天線陣面本身則重3.5噸;由於第十四所的努力,346型雷達在早期研發過程中,系統成功減輕了2.1噸的重量。在2001年12月下旬,346型雷達原型在中國北方的地面積地開始展開與導彈武器系統的整合,需要連續10次在試驗中(以實際發射的靶機為目標)才算通過;測試工作於2002年4月首度展開,曾遭遇技術問題,歷經數個月才解決。346型雷達在2003年裝置於畢昇號上進行測試,在2004年6月進行最後的調整測試作業。 依照若干公開資料,早期346相控陣遭遇的問題包括易受海面/近岸雜波干擾、艦體搖晃就會影響偵測結果等,後來都一一解決。

 依照中國船舶總工業公司第724研究所(即南京船舶雷達研究所)在1994年2月的論文,中國研製有源相控陣的相關單位研究論證了使用硅雙級晶體管技術或砷化鎵(GaAs)製作射頻組件(GaAs能在1~20GHz頻率內做放大器,涵蓋艦載雷達的各種波段 ,是第二代艦載有源相控陣的技術主流;而雙級晶體管工作頻率1~3GHz,只適合用在較低的工作頻率如L頻,如果要用來製作S波段雷達,信噪比性能就不如GaAs組件,只能將發射功率縮小,降低最大使用距離),使用分立器件的混合微波集成電路(HMIC)或者以單一微波集成電路(MMIC)技術來構成T/R模組;相較於將不同分立晶體組件製作成HMIC的方式,MMIC的體積與重量都低得多,而且製作與裝配工序大幅簡化,單位成本也因而壓低,而且批量生產的均一性好,可以做到較佳的質量管控;這篇論文表示此時中國以能研製有源相控陣所需的T/R器件,但此時中國的MMIC生產工藝技術仍較為落後,導致T/R組件單位成本過高,不利於量產,而此時中國國家正透過計畫投資,從國外引進較先進的工藝生產技術,使MMIC得以量產。此篇論文建議在開發T/R組件時,較為成熟的部分如(低聲噪接收放大器)盡量採用MMIC,而較不成熟的部分(如功率發射組件)則使用GaAs的分立器件,結合HMIC與MMIC的特性來製作T/R模塊(類似英國1980年代的MESAR 1的作法)。該論文同時提到,724所當時規劃研製的T/R器件尺寸為130~140 x 50 x 30mm,重量低於500g,尖峰功率超過6W,具有BITE能力。結合以上信息,以346型相控陣的工作頻段(推測為S頻),其T/R模塊以GaAs製作的半導體射頻器件較為合理,而整體結構可能是在性能與技術難度之間取得折衷,混合MMIC與HMIC(部分組件製程MMIC,再與分立的射頻器件集成為T/R模塊)。

根據1997年4月南京第14所的公開資料 ,提到該所發展S波段(3.1~3.5GHz)有源相控陣系統(應為一種砲兵校正雷達),此型S波段有源相控陣發射單元由四種功率模組構成,把毫瓦(mW)級高穩定信號經過放大與功率分配,在每個天線陣面形成567路高頻信號,每一路信號各餽入一個天線上的T/R移相器模塊。 結構上,四單元的T/R組件要求體積小於3200立方公尺、重量不大於2.6kg。此種T/R模塊的發射機由激勵信號放大模塊、前級放大模塊、激勵功率放大模塊與天線陣面的T/R組件功率放大模塊等四大模塊構成,激勵 信號放大模塊是一種MMIC電路組件,是由GaAs技術製造的FET放大器,由若干個PH8983(功率65W)組合而成 ,以正負12V穩壓電源供電,作用是將10mW左右的激勵信號放大為大於2W的脈衝功率輸出;前級放大模塊採用硅雙級晶體管技術 ,由最大輸出功率3W的PH8981晶體管和最大輸出功率50W的PH8982晶體管串聯,可將0.8W左右的輸入信號放大為大於30W的脈衝功率輸出,此信號由一根長5m的低耗損電纜傳送到天線座下面的激勵功率放大模塊;激勵功率放大模塊由5個PH8983晶體管構成,將前級放大模塊送來的約13W輸入信號放大成220W的脈衝功率輸出信號,一個天線陣面的雷達發射機由13個激勵功率放大模塊構成;而構成天線陣面的T/R組件功率放大模塊則把信號放大 至100W以上並輻射至大氣中 (由此看來應為T/R模塊完成信號移相之後再次放大),單一組件最大輸出功率不低於100W,尖峰功率約150W,占空比10%;每一面天線有567個T/R功率放大模塊構成 ,四面天線共有2268個T/R模塊,單面天線的尖峰功率 約56.7KW。而同時期14所發展的另一種有源相控陣的T/R模組則由若干個功率110W的PH2226晶體管構成,單一組件的輸出功率達300W,占空比10%。

 

346型艦載相控陣的論證階段

依照2016年2月一份當年南京電子部14所的346型相控陣研製人員的回憶材料,南京14所早在1989年就開始了相關的研究,為當時規劃的052B防空艦提出了S波段有源相控陣方案;然而,設計海紅旗-9艦載防空導彈系統的 北京航天部二院也配套提出C波段無源相控陣方案,與南京14所激烈較勁數年,才由南京14所勝出。

1989年11月,中國海軍裝備技術部(簡稱海裝)在海南島三亞舉行「052B艦載雷達研討會」,這是14所第一次參與艦載相控陣的相關研討。052B是052驅逐艦(即旅滬級)的後續艦,打算搭載新型相控陣 雷達,艦載防空導彈則考慮由空軍正在發展、由北京航天二院研製的紅旗-9陸基長程防空導彈衍生而成(後來成為海紅旗-9)。其中,中國海軍對新型艦載相控陣的尺寸上限是每個陣面寬度、高度各4米。在1991年夏初,北京總參三部討論「863高技術課題的研究」,也就是「多功能空間目標監視相控陣雷達關鍵技術」;中國海軍希望此項目一旦確定,能在3到5年內裝艦。在當時,南京電子部第14研究所是中國唯一曾研製出多功能多目標相控陣雷達(例如陸基原7010大型預警相控陣雷達)的單位,擁有較佳的經驗以及完整的系統研發團隊;先前在1989年時,伊拉克、伊朗都接洽中國來研製欲警用的大型陸基相控陣,中國中央將此任務交給南京電子14所,工程代號分別為893雷達(L波段)與894雷達(P波段),要求在2年半至3年的時間完成;當這些計畫完成總體設計和分系統設計、準備開始付諸製造時,兩伊戰爭進入尾聲,訂單遭到取消,因此南京14所的相關人力就移轉到「863課題」上,而893、894雷達也為南京電子14所奠定了相關基礎。

南京電子部14所與航天部二院參與了新型相控陣的競爭。當時,研發紅旗-9的航天二院由第23所提出C波段無源相控陣(採用集中式發射機),南京 電子14所則參考美國SPY-1艦載相控陣,提出S波段有源相控陣(兼具廣區域搜索、目標追蹤能力),搭配一組與艦載版紅旗-9防空導彈進行資料上/下鏈的C波段陣面 。C波段的波長約5cm,S波段約為10cm,兩者相較C波段鑑別度較高但衰減快、有效探測距離較短。最初中國海軍參考23所的C波段雷達方案,並考量紅旗-9導彈的制導需求以及052B艦對於雷達的重量、安裝高度、陣面面積、國內的材料與工藝水平和條件等,將新型艦載相控陣的搜索距離指標訂在200公里(C波段的波長比S波段短,鑑別度較高,但傳遞時信號衰減較大);而南京14所則 認為,依照陣面寬度、高度4x4米的規格,若採用S波段,搜索距離應可達到300公里以上。 如果依照200探測距離200公里的需求,南京14所估計每個陣面紙需要3456個T/R單元就足以因應。

在1992年3月,南京14所內部正式成立S波段艦載相控陣試驗雷達(所內產品代號115)的設計班底 ,任命了系統設計師(兼電訊主持師)、結構主持師、工藝主持師、可靠性主持師、標準化主持師、 檔案員和情報員。為了確保方案設計正確,南京14所與南京的船舶工業部724研究所進行了聯合論證,由724所的軍代表和研究人員提供關於雷達在艦艇上工作的參數與建議;此外,14所的相關人員也到中國海裝的艦載相控陣項目組交流,聽取項目組的意見和建議。在1992年上半,中國海裝在北京香山組織了兩次論證會;在論證會中,海軍裝備部比較認可南京14所的方案。當時航天 部23所主要負責導彈系統的火控雷達,對於多功能艦載雷達缺乏經驗(雷達能量與系統資源分配 在不同任務的情況下),例如南京14所就推論以航天部二院23所的C波段陣面設計,在擔負多功能時連200公里的搜索距離指標都無法達成;而南京14所是當時中國唯一曾研製出多功能多目標相控陣雷達的單位,擁有較佳的經驗以及完整的系統研發團隊。此外,依照實戰需求和國外軍事技術水平,雷達搜索覆蓋距離的指標以300公里以上更為合理。然而,航天部二院 作為紅旗-9的研製單位,在研製配套雷達方面佔據主動優勢;因此,航天二院23所就以紅旗-9的導引距離、 中途制導的應答傳輸、導彈雷達反射截面(因為雷達必須有效追蹤在空的紅旗-9)等方面著手,使得南京14所的S波段方案更難與紅旗-9配套。當時中國軍工研發的各單位經費極度缺乏,艦載相控陣項目不僅有2.1億研發經費,還有2000萬元的基礎設備改建費用,對任何一個單位都是莫大的吸引力。

在第二次香山的論證會之後,中國海裝要求南京14所最以300km的搜索覆蓋距離為基準來擬定一個詳盡的方案, 希望能在第三次論證會議中就確定整個項目。依照中國海裝的新指標以及艦載版紅旗-9導彈的相關要求,南京14所的115雷達設計單位在1992年5月初完成新的艦載相控陣的系統方案,並邀請了負責設計船艦的南京船舶工業部724所以及南航、砲工等院校的專家、教授一同審核。在此一方案中,艦載相控陣系統由四個固定式陣面組成,每個面陣保證在俯仰範圍0~+90度、水平方位左/右各120度範圍內實現多目標截獲與追蹤,無目標漏失,並要求在艦體以正/負20度橫搖時探測不受影響,並具備導引 海紅旗-9導彈的工作模式。為了滿足將探測距離提高到300公里的需求, 南京14所規劃將每個陣面的T/R單元數量從3456個增加到4768個;為此,對陣面的重量、散熱、可靠度、可維護性、生產作業(包含良率、成本等)都做了更嚴格的審核。在1991年6月8、9兩日,南京14所向中國海裝彙報此一方案,最後中國海裝的專家認為這個方案是先進、可行、符合國情的。隨後在6月10日,中國海裝通知南京14所,部內審核團一致同意將評審結果上報中央軍事委員會,批准後通知各個相關部委院所,配合14所的艦載雷達研製工作。 同年7月,中央軍委下達通知,14所的相關人員在7月下旬到負責052B艦總抓的武漢船舶工業部701所進行調查研究,獲得船艦分配給相控陣的面積、重量、厚度、雷達艙室佈局的大致情況,並討論將來相控陣的安裝位置、角度、冷卻系統設計、電磁兼容以及對其他武器系統效能發揮所造成的影響等等;隨後,南京14所人員又去武漢的709所等艦載相關設備研製單位進行調查研究,包含艦載計算機、電羅經等與雷達設計有關的系統。

此時,南京電子14所還無法製作出符合此一提案所需的S波段T/R組件,在香山的論證會議中就遭到專家質疑;論證會議中,在南京14所和13當場做出保證的情況下,才使方案通過。對此,航天部23所就大加攻擊,因此中央軍委下達指示,要求南京14所短期內突破此一關鍵技術,否則不予撥付經費。先前南京14所雖然在「863議題」中研製過L波段的T/R組件,但這次是波長較短的S波段,因此要求的T/R組件的 間隔更小(依照相控陣天線理論,相鄰天線單元之間間隔要在半個波長附近,才能良好形成波束,假設S波段波長取10cm,相鄰的天線單元的間距就只有約5cm),每個單元之間 相互干擾或者散熱的問題便更加顯著。為了降低整個系統的體積重量,南京14所採用將四個T/R單元整合成一個組件的方案(許多西方有源相控陣也用類似設計);依照雷達波長需求,每個四單元T/R組件的尺寸必須在45 x 20 x 5cm的體積內(正面為20 x 5 cm)。由於4個T/R單元的整體鋒值功率將近100W,在這樣緊湊的體積內就帶來散熱、相互之間的物理干擾等許多難題;大功率發射不僅帶來發射管可靠性和自激等問題,同時收發開關和環流器隔離度的要求也提高許多。南京14所組織了四單元T/R組件技術研發團隊,包括天線、組件電訊(組件聯合調整和測試、環流器設計等)、發射模塊、接收模塊、收發開關、移相器模塊、移相器控制、工藝、 微電子等部分,從1992年9月到1993年4月積極地進行實驗與調整,在1993年4月終於製成各項指標都滿足整體性能要求的四單元T/R組件;緊接著,南京14所邀請中國相關研究所、院校的專家與教授對此一組件進行嚴格的測試和評審,大家一致認為此一組件無論是電訊、結構、電磁兼容性等主要指標不僅滿足雷達整體需求,也達到國內一流水平,甚至不輸給國際先進水平。南京14所的四單元T/R組件獲得 獲1994年電子工業部科技進步獎特等獎和1995年國家科技進步獎二等獎。

雖然南京14所完成了四單元T/R組件的研製,然而在這段期間北京航天二院對於14所的S波段雷達提案大加攻擊,並且透過航天部送至總理李鵬手中(李鵬立場親航天部); 因此,中央軍委 決定在1993年5月底對14所和航天二院23所的方案再次進行評審,此次由10位中國工程院的院士組成的評審團負責。在評審中,南京14所提出自己的計算仿真結果,顯示此方案S波段相控陣在任何情況下,都能保證覆蓋距離在320公里以上(正/負60度低角保證320公里,其餘範圍都在350公里以上,中心達375公里以上);南京14所也評估,航天部23所的 規劃C波段雷達在大部分情況下,搜索距離不到120公里(南京14所指出 航天二院23所的計算公式有錯誤),無法滿足軍方的性能指標。然而,航天二院23所以該院是紅旗-9導彈 設計方的有利條件為基礎,突擊式地提出海紅旗-9的新技術指標(南京14所先前未獲告知),包括將海紅旗-9傳送回發射艦的應答信號強度大幅降低(理由是提高隱蔽性)、要求的導引距離增加(比原先論證指標增加數十公里)、尾部與側面雷達截面積變小(比導彈頭部反射面積還小);在新的指標下,14所 方案的S波段主相控陣加上C波段小型應答陣面將無法配合海紅旗-9的導引需求,只有23所自己的C波段雷達方案才能滿足;此外,23所也攻擊S波段的低角追蹤性能不如C波段。在院士最後的表決中,有人提議C波段雷達專門負責追蹤與導彈火控,另外配合一部S波段長程搜索雷達(例如南京14所的503雷達)負責廣區域監視;然而,參與評選的潘鏡芙院士(先前的052導彈驅逐艦總設計師)反對,表示052B艦上不可能裝這麼多大型雷達(潘鏡芙基於船艦整體設計而支持南京14所的S波段相控陣)。由於最後評選結果並非10院士一致通過某方案, 海軍技術裝備部只能答應雙方再進行進一步論證,等得到共識以後再確定新雷達選項。 

為了因應航天二院23所的突擊,南京電子14所的相關單位進行計算與模擬,盡量設法提高S波段相控陣的低角追蹤性能;此外,也在南京航天大學等單位的協助下,對海紅旗-9導彈各種角度的雷達反射節面積進行仿真模擬計算 ,檢驗航天部23所提出的指標是否合理。在兩個月時間內,南京14所開發出一些提高雷達低角追蹤性能的方法(曾與南京理工大學的相關專家合作),而南航也協助南京14所對 海紅旗-9的雷達截面積進行仿真模擬, 認為航天部23所提出的海紅旗-9雷達反射截面不合理(最明顯的問題是導彈尾部反射截面積比導彈頭還低)。在1993年9月,南京14所還到上海航天部八院(以研製導彈為主)請教導彈制導模式的相關問題,主要是主動雷達導彈 在中途被動制導階段能由船艦導引的最大距離、導彈與發射艦之間傳輸應答天線的功率和靈敏度、導彈上應答天線的信號接收方向、導彈發射段的彈道、中途被動制導階段時對目標指示精確度的要求,以及導彈頭部、尾部、側面等各方向的雷達反射截面積的實際數據等,將導彈系統與艦載雷達的關係釐清。在上海航天八院研究調查後,南京14所進一步調整方案,利用多功能相控陣的資源分配靈活性而對雷達能量分配做了優化處理,在確保性能指標要求的多目標追蹤精度以及雷達搜索覆蓋距離之下,盡量將工作模式簡化,節省下來的能量用於提高 中途制導過程中,追蹤海紅旗-9導彈精確度;經過調整後,仿真計算顯示即便按照航天二院23所所謂海紅旗-9導彈尾部反射截面積比導彈頭還小的條件下,也能保證整個中途制導階段所要求的追蹤精度。

在1993年11月,南京14所向中國海裝提交關於海紅旗-9的雷達截面積特性的計算仿真結果對,同時還寫了一份詳細的分析報告給軍委副主席、海軍司令員劉華清;這些報告指出航天部二院23所給出的海紅旗-9新指標的各種不合理之處,以及強調艦載相控陣必須採用S波段。在1994年3月,海軍裝備部組織南京14所與航天二部23所討論關於海紅旗-9的雷達反射截面積的問題,雖然南京14所拿出自己的仿真計算結果力爭,並指出航天二院的係數選取是刻意刁難;然而作為海紅旗-9實際設計製作單位,航天23所自然不買帳。

為了應付南京23所的阻撓,電子部雷達局在1994年5月對南京14所的方案進行內部評審,主要是審議14所在1993年11月提交的雷達能量優化方案 ,並討論接下來與航天部23所較量時的策略。例如,對於南京23所攻擊的S波段低角追蹤性能,20所的所長張履謙院士建議14所不能單純地被動接招、隨便就說已經有解決方法,因為這些方法還沒經過實際驗證,提出來只是徒留把柄;14所應該以S波段有源陣面相較於23所無源陣的優勢 主動攻擊,包括理論安裝高度較高、波束運用彈性較佳等 。23所無源相控陣採用重量較大的集中式發射機,導必須與天線在一直線上並以波導連接,會限制整個天線的安裝高度(否則船艦會重心過高),而14所的S波段有源陣方案理論上安裝高度反而相對較高,對於低角度的追縱性能有利。此外,波長5cm的C波段,低角度追蹤性能不比波長10公分的S波段好多少,兩者是在同一數量級。

在1994年8月下旬,中國海裝召集負責船艦總抓的701所、南京的14所與二院23所進行討論,並要求701所確定使用的雷達方案;然而在這次會議中,由於14所與23所的激烈爭執,701所無法表態。 雖然南京14所針對優化S波段雷達低角性能、重新分配雷達用來追蹤海紅旗-9導彈等方面下了功夫,使海紅旗-9尾部雷達截面積和中途導引工作距離不再是問題, 北京航天二院23所 仍強調海紅旗-9導彈與發射艦之間的通信應答信號強度不可能再增強(因為海紅旗-9由航天部設計),14所方案的C波段小陣不可能有效接收到。而南京14所則以23所的C波段無源相控陣整體重量過大(052B的規格中,每面相控陣重量上限4噸,而23所的C波段無源相控陣勢必只能使用銅質波導,整體重量勢必超過4噸),影響載台重心以及其他設備布置), 而起需要配合其他長程搜索雷達(23所的C波段相控陣專門用於追蹤與火控),不僅增加艦上設備重量、耗電與風阻,而且搜索雷達若與追蹤雷達分開,目標交班的實時性與可靠性都會受影響(考慮到船艦搖晃,可能在雷達交班時丟失目標)。對此, 北京航天二院23所仍強調,南京14所方案的C波段小陣面的面積注定無法滿足海紅旗-9的中途導引應答工作,只有23所的C波段相控陣才能滿足;至於船艦整體重心、航速等相關問題由船艦總抓的701所想辦法,在這種情況下052B的總設計師袁敦壘無法表態。

由於中國海軍對於新艦需求不能再拖,而國產相控陣與海紅旗-9都還要花許多年的驗證測試才可能形成戰力,於是中國海裝擬訂了權宜方案,先從俄羅斯引進頂板(Top-Plate)相位掃描雷達與Shtil-1防空飛彈系統來裝備052B,使之盡快服役並形成戰力;而國產相控陣與海紅旗-9則用於下一階段的052C導彈驅逐艦。

對於 航天二院堅持的海紅旗-9應答信號指標,南京14所最後想出一種解決辦法,利用船艦設計規格給相控陣基座上、下各20cm的預留空間(内部用來設置相控陣所需的電纜),設置供海紅旗-9使用的長條形C波段應答傳輸天線(與主陣一起隱藏在天線罩內);如此,理論上C波段應答天線長4公尺、寬0.2公尺 (面積0.8平方公尺),面積比原提案在S波段陣面右下角的C波段小陣(直徑60cm,面積僅0.3平方公尺)大得多,能配合23所提出的海紅旗9應答信號指標 ,並還有餘裕。完成構想後,南京14所要求北京航天二院23所確認海紅旗-9應答信號強度不會再改變。在1994年10月,南京14所將包含長條型C波段接收天線的方案文件提交中國海裝,然而兩個月之內都沒有接到回應。隨後,14所決定提交一份文件給國家主席江澤民(江澤民原本是電子部的部長)以及中軍委副主席、海軍司令員劉華清,闡述14所的S波段相控陣的優越性、可行性,以及調整C波段應答天線後全面滿足海紅旗-9的導引指標等。

在1995年5月,中國海裝再度舉行大型方案評審會,由12名院士參加(名字不公開,以免有人在背後施壓);評審的方式也有所改變,南京14所和北京航天二院23所只提交方案而不到場,完全由評審專家自己閱讀方案並給出評審意見,如有疑問則先由中國海裝回答,若回答不了,再由海裝向14所或23所詢問。此次評審 會之後,基本上就決定採用14所的S波段有源相控陣方案。

在1995年7月,船舶工業部724所、南京電子部14所等相關單位實地考察上海江南造船廠,考察將來實際建造船艦的場地,並登上當時海軍現役護衛艦,瞭解艦上武器裝備運作狀況,對接下來艦載相控陣實際施工方案進行準備;其中,14所與負責載台設計的專家特別著重討論4公尺高的相控陣面後方的艙室布置以及相控陣相關附屬設備排放等。在8月,中國海裝就S波段雷達裝艦問題組織了一次提問討論會,由南京14所團隊回答其他專家對於相控陣裝艦等相關配套議題的疑問,包括設備安裝要求、電磁兼容性、抗鹽霧、防腐蝕等等。

在1995年10月,中國海裝又組織一次大型提問會,由院士、相關專家和海軍作戰技術部門為主要提問方,主要針對S波段雷達的作戰能力和各項戰術指標進行提問,並給出評判;在提問會中,海紅旗-9的中途導引階段的傳輸應答方面很快就獲得通過,因為南京14所的長條型C波段應答天線設計可以滿足應答信號較低強度的指標;對於海紅旗-9導彈的中途導引階段的追蹤與雷達能量分配比例合理性(南京14所打算以30%能量來追蹤海紅旗-9,同時支持8枚在空中的海紅旗-9導彈),以及雷達追蹤精確度(分辨海紅旗-9以及敵方來襲導彈)等議題,在場專家大致對南京14所的回答表示認同,只表示一些細節要進一步深入討論與實際檢驗。這一次的大型提問會形成的文件,認為經過8月與10月兩次問答會的討論,14所的S波段有源相控陣加上支持海紅旗-9火控工作的長條C波段應答天線的方案全面滿足了軍方、艦總海紅旗-9導彈等各方面的要求,同意成文上報中央軍委和中央相關部門,等待最終批復。在1996年11月7日,中國高層正式發文,052C的艦載相控陣雷達由電子部14所研製,雷達正式型號為H/LJG346,經費由2.1億增加到2.8億。在1996年4月1日「863課題」十週年的國家級成果彙報中,南京14所在北京軍事博物館向中國黨政中央領導展示「863課題」的相關成果,包括展示一個由128個T/R組件構成的縮小型實體相控陣(包含寬頻帶天線和饋線、加權稀疏陣、大功率T/R組件等)。

在1996年5月,中國海裝對艦載相控陣實施最終評審,之後設計就不能再做主要變更,並以此進入實際製造測試。在進入最終評審前的修改與調整中,南京14所進一步將原本方案每個陣面T/R組件的數量由4768個增至5000個以上,這是因為在在南京14所在這兩年時間努力下,又成功將T/R組件的長度從原本指標的45cm減至40cm,組件結構也採用更輕的材料,因此完全能在現有的陣面尺寸、重量指標之下,增加T/R組件數量。增加T/R組件數量能增加雷達總功率、使波束更窄更集中。原先為了追蹤海紅旗-9而佔用較大比例雷達能量資源,此時雷達搜索距離與其他特殊功能就遭到犧牲,而增加雷達整體能量資源之後這個現象就進一步改善;每個陣面T/R組件增加到5000個以上後,理論上雷達波束覆蓋區域全面高於375公里,雷達中心區域更在400公里以上。最重要的是,增大陣面孔徑使波束角更窄,顯著提高雷達單脈衝測角精確度;過去的思維是採用累積前後接收到的脈衝來增強信號的信噪比,但由於船艦在海上有晃動,先後接受的脈衝一定有偏差,很難適用於這種方法(而且累積不同脈衝的作法,也會讓敵方的電子干擾有更多機會成功以類似雷達脈衝的信號達成干擾效果)。最後,由於先前南京14所無法獲得艦載相控陣的先期研究經費,沒辦法在進入實施階段以前進行一些必要的先期研究,如實際測試海基雷達在搖晃情況下(利用陸基搖擺平台模擬)快速捕捉並獲取收斂的目標軌跡的演算法;而增大陣面使追蹤飛彈的有效距離增加,信噪比增大也提高了目標初次截獲的精確度,對於提高目標彈道測軌的收斂速度大有助益,能將這些先前未驗證的未知因素影響減至最低。當然,增加雷達總能量資源也為日後擴充功能留下更好的基礎。

改進型號:346A型相控陣雷達

2012年上旬的照片中,畢昇號實驗艦換裝新的相控陣,日後出現在052D導彈驅逐艦上。

新相控陣的型號為346A,陣面的表面相當平坦,而不是原本346型相當明顯的弧形外罩。

一座在海邊模擬052C上層結構的建築,用於測試艦上346型相控陣以及其他電子裝備等。

上圖模擬船艛較新的照片,相控陣已經換成346A型,此外上層建築周邊也裝上類似055

導彈驅逐艦的各型平板天線,顯示進行055電子系統的相關研製工程。 

(上與下)在2018年1月中旬,中國中央電視台節目披露中國電子科技集團(中國電科,

南京第14研究所的母集團)的測試場地。途中雷達很可能是055導彈驅逐艦等

使用的346A相控陣雷達。

 

在2012年6月,一張在網路上曝光的畢昇號實驗艦照片顯示,該艦安裝了一種新的相控陣雷達進行測試,其天線外罩為平板狀,而不是原本346型呈現明顯的弧形;此外,陣面也比原本346型更大。這就是346的第一種重大改進型號:346A型(H/LJG346A)。346A首先裝備於052D導彈驅逐艦(052C的改進型,首艦在2012年8月底下水)。之後,滿載排水量超過一萬噸的055導彈驅逐艦,以及中國第一艘純國產航空母艦001A型,也都裝備346A相控陣。

346A的天線外罩為扁平狀,不像原本053C的346型相控陣表面裝置弧形外罩;這顯示346A以新的液冷循環或冷板系統,取代原本346的回流通風氣冷系統 (原本346雷達的弧形天線罩是因為雷達陣面中央T/R組件最多,該處需要更強大的靜壓風力);在值勤與作戰中,原本346型雷達的氣冷外罩一旦出現較大破洞,就會導致雷達失冷而無法繼續運作。最 初346雷達使用回流通風冷卻系統就是一種權宜之計,因為當時計畫主要方向是盡量減輕陣面的重量,加上結構工藝限制,沒有餘力再設置液冷循環或冷板系統(若採用液冷循環系統,對於船艦平台設計的困難度就會增加)。顯然,346A系統在 T/R組件小型輕量化以及散熱技術等方面又有了長足進步,才能使陣面加大,並在雷達陣面安裝液冷或冷板系統。相較於346型,346A許多性能指標都有所提升。

依照中國人民解放軍海軍裝備論證研究中心綜合論證研究所高級研究員伊卓少將在軍事節目中的說法,原本052C的346相控陣電子組件還有一些類比部件,而346A實現了全面數字化,且雷達器件實現全固態化,改善運作效率並減少了熱量發散,提高了長時間連續工作的能力。