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相位阵列雷达概述

──by captain Picard

传统雷达的限制
在 介绍相位阵列雷达之前，先简单地归纳出仰赖机械旋式旋转以及抛物面天线技术的传统式雷达的几个重大基本限制：
1.波束角太宽、旁波瓣太大
传统式的陆基与舰载雷达使用抛物面天线等未经任何相位合成的雷达天线，其波束角的大小（即雷达波束的集中程度）取决于天线的孔径（即直径）大小。波束角越小，意味着将雷达射频能量集中在更小的面积上，雷达的侦测距离与解析度也越好。又，如果以维持相同波束角为条件，则波长越长的雷达，就需要比短波长雷达孔径更大的天线。一般而言，雷达波强度随距离的平方成反比。长距离舰基/陆基雷达为求增加搜索距离，都使用较大的波长以利于长距离传递；但天线的尺寸却不可能无限制地增大，导致传统式搜索雷达都有一个不小的波束角，加上波长越大解析度自然越低，解析度自然难以让人满意。例如 舰艇在搜索第二代掠海反舰飞弹这类低RCS的目标时，传统长程搜索雷达即便在目标进入搜索范围后，第一次扫瞄到目标时，往往因为讯号强度不足或干扰而没有足够的「证据」，只好先将资料放入暂存区，等天线下一回转动到相同位置时，再比对暂存区中的目标是否依旧存在；故传统雷达必须连续在同一方位上多次（通常是三次，例如美国 的SPS-48E）侦测到同一讯号，才会将之列为追踪对象，浪费不少宝贵的反应时间。为了弥补这个弱点，这类长程搜索雷达只好将雷达旋转速度降低(往往需要十秒钟以上才能回转一圈)，让天线在同一个位置上停留更久，以接收更多的脉冲讯号，然而这样又会使目标更新速率恶化。除了精确度的问题外，传统雷达天线在辐射雷达波时，也会产生一系列周边的旁波瓣 ；对于雷达而言，旁波瓣是有害而无益的损耗（因为主波瓣才有侦测效益），不仅浪费射频能量，更因旁波瓣散射他处而大幅增加被敌方察觉与干扰的机率 。由于一般雷达采用周期扫瞄方式进行搜索，让方位角很窄的雷达主波束依序完成空域扫瞄，因此对电子支援系统等信号接收装备而言，雷达主波瓣经常是一闪即逝，而且每隔十数秒至数十秒才能收到一次，难以直接对其追踪与锁定；因此，这类雷达信号接收器主要是靠 着持续而稳定、朝四面八方辐射的旁波瓣来锁定敌方雷达。所以一般而言，旁波瓣是最容易让雷达「露馅」的头号元凶。干扰方面，目前最主要的电子反制手法就是在对方雷达的旁波瓣中灌入强大信号，使雷达误以为这是目标回波，如果进入旁波瓣的干扰强度高于主波瓣，雷达便失去侦测目标的能力 ，所以旁波瓣又是让雷达被敌方干扰的最大罩门。
2.机械旋转机构的限制
对于舰载或陆基雷达而言，传统式雷达天线靠着旋转来涵盖所有方位；而如果要持续追踪同一个目标的轨迹，就要等天线完成一个旋转周期回到原先位置后，才能作目标资料的更新 。如同前述，长距离舰载/陆基搜索雷达由于天线尺寸重量较大，加上 必须在同一方为累积足够的脉冲信号，因此转速都不可能太快；例如，美制SPS-49舰载对空搜索雷达的旋转周期是30秒/周，意味每分钟只能实施两次目标资料更新。又，如同前述，传统式雷达需要对同一目标扫瞄三次左右，才能获得足够的资讯，进一步使问题恶化。此等更新速率在面对高速突进的目标时，将显得力不从心；对于舰艇而言，这样的更新速率很难有效应付各式新一代高速先进超音速反舰飞弹。至于用来描绘目标轨迹的舰载追踪雷达则拥有较快的天线转速(例如每秒转一周)以及较短的波长，尽量缩短目标更新时间，但也使得天线较难持续接收同一目标传回的讯号，侦测距离大幅缩短。因此，长距离侦测以及精确追踪对传统式雷达而言，是不可兼得的鱼与熊掌。
战斗机上的射控雷达也有类似情况；传统式战机雷达天线也需要旋转机构来改变天线方位，以扫瞄各个空域。战机雷达往往也会提供自动锁定模式，在此模式下，天线靠着伺服机械的带动持续对准目标的方位。由于机械运动的速率有限 ，导致目标更新速率过慢，致使战斗机雷达在进行多目标精确追踪等耗费较多资源的工作时，需将天线扫瞄范围限制在左右各40度、上下各10度的范围内，才能获得可接受的目标更新速率。这种限制意味着战机雷达专注于视距外多目标接战时，能处理的空域范围极为有限，也不可能同时兼顾空对空与空对地等不同需求。范围过窄的另一问题就是：敌机很容易藉由急遽的运动（侧转、改变高度）或将机群散开，进而逃出战机雷达的有效搜索范围。 此外，许多天线具有自动锁定模式，藉由机械伺服机构将天线持续对准目标；不过由于伺服机构动作速度有限，目标同样也能藉由大范围剧烈机动来摆脱雷达的锁定。以冷战时代美国长程拦截能力最优秀的F-14战机而言，虽然号称能同时以凤凰飞弹攻击6个目标，不过 前提是这六个目标必须在天线纵轴左右各40度以内。欲以传统方式增加天线伺服机构的动作速度，例如使用低阻尼超高速雷达伺服马达，可改进的幅度也十分有限，终究不是治本之道。
3.倚赖都卜勒虑波技术
都卜勒技术是一种广泛被雷达采用的虑波技术；藉由测量雷达回波的都卜勒频移，讯号处理装置就能将地形背景、海面波浪、天空中鸟群产生的低速率讯号滤除，只保留 相对速度较高的目标──也就是人为的飞机或飞弹；而舰载近迫武器系统（如早期的美制方阵系统）更是以都卜勒虑波器排除低速目标（包括水面快艇或慢速飞行器），专 挑高速来袭的反舰飞弹。不过正由于都卜勒虑波器的特性，使得敌机能以侧转等方式使雷达与目标的相对速度瞬间降低或归零，于是就自动被都卜勒虑波器排除，造成目标流失。在1991年波湾战争中，便有一架伊拉克Mig-25利用连续的侧转，一连使美国F-15战机发射的好几枚AIM-7麻雀半主动雷达导引空对空飞弹脱锁，一路冲至目视缠斗的距离，才被机动性较高的美军F-15以机炮击落。为了应付这种战术，某些雷达的操控软体在发现目标准备进行脱锁动作时，立即关闭都卜勒虑波器避免丢失目标，不过如此又会使问题回到原点。

解决之道： 相位阵列雷达
欲解决前述传统机械动作雷达天线的几个根本问题，基本原则就是「用天线元件直接改变雷达波束指向」，而不是「转动天线」，因为小型电子元件的开关切换的速度比机械伺服快得多 ；而这种不靠天线运动就能改变波束指向的雷达，一般称为「电子扫瞄雷达」。电子扫瞄技术主要有两种，第一是频率扫瞄（以改变波束频率的方式变换指向），第二则是改变波束的相位：其中，频率扫瞄只能在一个维度上改变波束指向，故此种雷达多半是利用旋转基座改变雷达水平方位，并以频率扫瞄方式在垂直方向改变雷达波指向，进而达到三维 （方位、高度、距离）侦测能力，例如美国海军的SPS-48C/E或者俄罗斯海军的顶板（Top plate）就属于这类雷达；由于仍需要机械式旋转天线，因此频率扫瞄雷达并不能根除传统式雷达的先天弱点。至于改变波束相位的方式由于可同时在水平与垂直方向进行，才真正实现了「天线固定就能在三度空间内改变波束方向」的理想；由于这类雷达以大量的小型天线元件构成天线阵列，故一般称为「相位阵列雷达」（Phase Array Radar），大陆则多半翻为「相控阵列雷达」，此种雷达在今后都将是新型高性能雷达的主流发展方向。相位阵列雷达以「大量密集排列的小型天线元件（又称移相器，Phase Shifter）」取代「单一的一个大天线」；与高中物理课本杨格双狭缝实验相同，各天线单元发射的电磁波以建设性干涉原理强化并合成一个接近笔直的雷达主波瓣，而旁波瓣则由于破坏性干涉而大幅减低。此外，每个小型天线 元件的开/关均可个别控制， 换言之就是藉由不同的开/关时机，制造各天线单元之间的相位差；由高中物理课本的海更士波前原理可得知，透过各天线单元发射波束的相位差，就能改变所合成的雷达波束的指向。
相位阵列雷达从根本上解决了前述传统机械式雷达的种种先天问题。由于小型天线元件的开关切换都是在瞬间完成，意味着相位阵列雷达可在微秒内完成波束指向的改变，在极短的时间内就能将天线对应到的搜索空域扫瞄完毕， 扫瞄速率是机械式天线的数十甚至一百倍，因此在扫瞄范围内都能维持很高的目标更新速率。由于相位的控制迅速而自由 ，因此可运用自动回馈机制，在雷达波束与可疑目标接触后，便立刻控制波束回头对该目标多送几道波束 进行确认，之后才继续扫瞄其他的方位；因此目标只要进入相位阵列雷达的侦测范围，多半很快就可有效搜获（除非雷达截面积太小），不像传统式天线得等伺服机构下一次将天线对准同一方位 才能进一步累积资讯。此外，相位 阵列天线的单元可分成好几组子天线，各自执行不同的工作。藉由天线分割运作，相位阵列雷达能对搜索范围内的大量目标各分派一道波束（注一）进行个别监控 ，故以往用来对付搜索雷达的单机/多机脱锁动作都将失去效果，因为飞得再快也比不过天线单元改变相位的速度，传统机械伺服天线赶不上目标剧烈运动的情况遂被根治了。发现可疑目标后，相位阵列雷达便在极短时间内朝目标方位进行密集扫瞄，精确地追踪目标航迹，所以能同时进行搜索与追踪功能，不像传统式旋转雷达在这两种功能上难以兼顾；而如果使用波长较短、精确度高的C或X波段，相位阵列雷达还能直接担任武器射控的功能(不过由于短波长电磁波在大气中耗损较快，故搜索距离会有所牺牲)。另一方面，这种由阵列元件组成的扫瞄天线也解决了传统式天线波束角太大、解析度差的问题：在相同的孔径与操作波长下，相位阵列天线能获得比传统式天线更集中的波束（注二），因此能获致更远的侦测距离以及更大的精确度，而旁波瓣也远低于传统式天线（注三）。 又，由于相位阵列雷达波束能在三度空间内自由移动，因此能获得完整的目标三维资讯，这也是优于传统式2D雷达之处。
相位阵列雷达指向性高、旁波瓣极低、天线能分割运作等特性，使其在电子作战方面拥有诸多先天优势。旁波瓣越小， 使敌方电子支援系统或反辐射飞弹寻标器要搜获并标定目标雷达的困难度大幅增加，更让前述在旁波瓣内灌入干扰波的电子反制手段难以实施。此外，部分雷达为了反制这类利用旁波瓣的干扰，会在雷达旁加装一到两具专门接收旁波瓣的副天线（但接收不到主波瓣），因此当遭遇干扰时，副天线便会持续接收到杂讯；等到主天线对准干扰源时，副天线反而接收不到讯号，此时便能精确标定干扰源位置。如果雷达功率大于干扰源，就能烧穿(Burn-Through)干扰波而抵达目标，破除敌方电子反制作为；万一压不过，也可过滤干扰方位的讯号，在其他方位仍能运作 。以上雷达用来过滤干扰源的技术，又被称为「自适性干扰消除能力」 ，而单脉冲雷达寻标器来标定干扰源方位的原理也大同小异（单脉冲寻标器本身的天线就分割为数个部分，藉由比较每个部分收讯的时间差来判定方位）。传统机械式雷达天线最多只能装置一、两具这类副天线（又称为Guard频道），而相位阵列雷达则可分出部分单元构成多具虚拟的副天线，分配上更为自由，而副天线数目越多代表定位精度越高 ；此外，相位阵列雷达波束精确度与指向性均比传统雷达高，故能更精准地指向干扰源方位，而不会「滥杀无辜」；而拜波束较为集中强大之赐，相位阵列雷达也比同尺寸的传统式雷达有更大的能力去「烧穿」敌方电子干扰波。
当然，相位阵列雷达并不是在任何特性上都绝对地胜过传统式雷达。对于战斗机而言，固定式相位阵列雷达天线的最大水平扫瞄范围低于使用机械伺服转动的传统式雷达 天线；在进行视距外空战（BVR）时，战斗机在射出视距外空对空飞弹后，必须一面进行高速机动以免被敌方雷达锁定，同时又必须让目标保持在自身雷达扫瞄范围内，以 持续为空对空飞弹提供中途指令修正，而这对于水平扫瞄范围略逊一筹的固定式相位阵列雷达而言，就比较吃亏。不过这并不是无法弥补的，只要也使用机械装置来转动相位阵列雷达的天线，或者干脆在机身两侧加装侧面天线阵列，问题便迎刃而解。 由于引进转动机械只是为了增加相位阵列天线的水平扫瞄范围，而不像传统雷达完全依赖伺服机构马达来改变波束方位甚至持续锁定目标，所以战机用相位阵列天线的伺服机械反应速度需求并没有像传统雷达那么高，而且只需要在一维方向（水平）摆动即可，并不会面临前述传统式雷达的机械伺服限制。例如，瑞典Ericsson为该国JAS-39战机的升级而开发的NOAR主动相位阵列雷达，便将阵列天线安装在一个可横向摆动的机械扫瞄平台上，使该雷达拥有广达200度的水平搜索角；而美国为F-22战机的APG-77雷达 则在未来考虑纳入额外的机身侧面阵列 天线，使战机获得最高水准的雷达搜索范围以及广区域监控/目标更新能力。对于陆基或舰载相位阵列雷达系统而言，由于往往使用四面固定式天线涵盖所有水平方位，或者使用单面天线搭配360度水平回旋基座，因此不会面临水平搜索范围的问题。此外，相位阵列雷达在最大有效搜索距离边界附近，性能会急速衰减，而传统式雷达情况就比较好；不过考虑到相位阵列雷达有效侦测距离大于传统式雷达，加上前者凡在有效侦测距离内的目标都能确实掌握，这并不能算是一个明显的缺点。
总之，相位阵列雷达的反应速度、目标更新速率、多目标追踪能力、解析度、多功能性、电子反反制能力等都远优于传统雷达。不过，相位阵列雷达需要等到小型可控制相位射频元件的成熟，方可能进入实用 与普及化的阶段；而相位阵列雷达大幅增加的目标资料处理量，意味着对后端软硬体的更高要求。如果要求单一天线单元能同时在俯仰与水平方位改变电磁波相位，就必须由两组重迭的移相器构成 ；而在1960至1970年代前半，移相器等小型固态射频元件的技术尚未成熟，不仅成本过于昂贵，体积、重量与耗电量也嫌太大， 距离大量运用于舰艇、航空器上还有一段距离。美国海军在1960年代曾使用 的SPS-33对空搜索/追踪雷达，装备于体型较大的长堤号核子动力飞弹巡洋舰（USS Long Beach CGN-9）以及企业号核子动力航空母舰（USS Enterprise CVN-65）；SPS-33采用四面固定式平板阵列天线，此种天线以频率扫瞄方式负责俯仰方位， 垂直方向的改变则由移相器负责，因此单凭天线本身就能在三度空间内变换波束方位。SPS-33的设计使其不必完全采用当时仍嫌昂贵的移相器， 相对也压低了系统成本，此种雷达堪称舰载相位阵列雷达的先驱 。不过由于当时科技仍不够先进，导致SPS-33天线重量太大且不易维护，可靠度亦偏低，在1980年代都被采用单面旋转式频率扫瞄天线的SPS-48E 3D对空搜索雷达取代。此外，美国海军在1960年代初期发展的台风（Typhoon）舰载防空飞弹系统（见神盾作战系统一文），其中的核心──SPG-59追踪/射控雷达便堪称是全世界第一套多功能舰载电子扫瞄阵列雷达，集搜索、追踪、飞弹中途导引与终端照射等功能于一身。这种雷达的天线部分采用伦波（Luneberg）电磁透镜技术，整个电磁透镜天线为圆柱状，圆柱内部为能让射频电磁波通过的材质。使用时，电脑计算出波束的相位关系，控制雷达发射机产生特定的射频讯号，透过电磁透镜内数千个由电脑控制的射频输入端，将能量传送至透镜内部彼端聚焦形成波束，再由雷达天线塔顶数千个射频单元将雷达波束送入空中；藉由电脑控制输入端的开关切换，便能在瞬间改变波束指向。由于采用柱状造型，因此单一天线就能包办360度的全方位空域；而今日典型的相位阵列雷达则采用平板阵列天线，因此在完全不需要机械动作的前提下，若以每面天线包办90度来计算，需要四面天线才能涵盖所有空域（注四）。由于1960年代相关技术仍不成熟，SPG-59遂面临成本过高、耗电量 惊人、系统体积重量过大、各元件缆线与导波管连接公差无法在要求以内等问题，而且透镜设计亦无法满足伦波电磁透镜理论的要求，导致此系统旁波瓣过大，在测试中性能与可靠度均远不如预期，最后在1963年底落得取消的下场。全世界第一种实用化的战机用相位阵列雷达（被动式），是前苏联Mig-31战斗机上的Zaslon，其开发始于1969年，并于1980年代初期进入服役阶段 （注五）；而差不多在同一时间，美国空军则有AN/APQ-164多功能被动相位阵列雷达部署于B-1B轰炸机上。而全世界第一种实用化的舰载相位阵列雷达系统，则是美国的SPY-1系列（同为被动式），此雷达是著名的神盾战斗系统中最重要的一环，同样在1980年代初期投入服役。因此，前述几种1960年代「壮烈牺牲」的「先驱」们，在相关背景技术尚未成熟的情况下，只能自叹「生不逢时」了。
对于舰艇而言，雷达位置越高，代表水平侦测距离越远；不过由于相位阵列雷达体积重量不小，尤其是某些拥有四面天线的系统（如美国SPY-1、俄罗斯Sky Watch等），必须整合在上层结构内，很难安装全舰最高的位置 （桅杆顶部）。某些舰载相位阵列雷达采用单面旋转阵列天线，体积重量大幅减轻，遂得以安装在全舰最高的位置；这类天线本身的波束能在90度的半球内自由移动，但整面天线得靠旋转基座才能进行360度扫瞄，因此目标更新速率不如以拥有四面天线的系统（但仍 然远高于传统式天线），而且由于旋转式天线不可能保持在固定方位上，遂不可能像某些使用四面固定天线的X频相位阵列雷达系统般兼作舰载防空飞弹的终端照明雷达。此外， 目前相位阵列雷达的耗电量比传统式雷达高，而拥有四面固定式天线的相位阵列雷达系统更意味着四倍的电力需求。对于美国神盾巡洋舰、驱逐舰等大型舰艇而言，由于动力充足， 足以供应四面阵列天线同时开机工作；而采用SPY-1F的挪威南森级巡防舰便由于载台供电能力有限，只能让四面阵列天线依序轮流开机来扫瞄所有的方位，使目标更新速率 大打折扣。

被动式与主动式相位阵列雷达
相位阵列雷达又分为「被动式」与「主动式」，其中技术门槛较低的「被动式」在1980年代才有较成熟的系统部署于舰艇及中/小型飞机上，而性能更优异、发展前景更好但技术门槛较高的「主动式」则到了1990年代末期至2000年代初期才 有实用的战机用与舰载系统开始服役。
顾名思义，被动相位阵列雷达（Passive Phase Array Radar）的天线本身不制造雷达波，射频功率是由后端的雷达波发射机（行波管）提供，再由导波管馈送至天线；而阵列天线本身只负责改变波束的指向（也就是控制各个移相器开/关的时机来改变相位）并接收回波，简单地说像是一面能改变雷达波方向的「电磁透镜」。因此，被动相位阵列雷达的移相器被称为「R单元」（Receive modules）；而由于天线本身不负责制造雷达波，中国大陆多半将此形式的雷达称做「无源相控阵列雷达」。
相对地，主动相阵雷达（Active Phase Array Radar，APAR）表面上的天线单元 整合了使用积体电路科技的微型发射机，故每个元件就拥有制造/发射接收雷达波与控制相位的功能，载台只需提供电源以及传递指令的信号线而已，因此种天线单元上被称为「T/R单元」（Transmit/Receive modules）。相对于被动式相位阵列雷达上早已行之有年的行波管/导波管技术，主动相位阵列雷达所需的微波积体电路科技(MMICS)起步与成熟较晚，因此实用化的脚步也落后于被动相位阵列雷达十几年以上。等到MMICS技术以及所需的砷化镓半导体科技成熟，能制造出几公分大小且够轻便可靠的电磁波收发装置，主动相位阵列雷达才得以实现。由于天线本身就负责制造雷达波，中国大陆将此型式的雷达称为「有源相控阵列雷达」。 全世界第一种实用化的主动式相阵雷达是美国在1960年代末期服役的AN/FPS-85飞弹预警/太空追踪雷达，由于这种大型陆基雷达没什么体积重量的限制，以当时相关元件的技术水准尚能实用化。第一种进入服役阶段的主动相位阵列雷达是日本F-2战机使用的J/APG-1，紧接着则是美国F-22战机上的AN/APG-77，以及一系列由现役APG-63、68、73等传统构型雷达发展而成的系统。至于全球第一种进入服役的舰载主动式相位阵列雷达则是荷兰主导开发的APAR， 同时期的舰载系统还包括日本FCS-3以及英国的Sampson等。
以下便分别介绍被动相位阵列雷达的不足，以及主动相位阵列雷达优越之处：

被动式相位阵列雷达的不足
整体而言，被动相位阵列雷达最大的弱点，就是精密昂贵、易损坏且热损耗大的发射机（行波管）与导波管，这是因为行波管与导波管在先天上属于「真空管层次」的科技。由于物理特性的限制，行波管/导波管的性能表现（效率、反应速度等）很难再有突破，而其体积/重量较大、脆弱易受损的缺点，更是难以摆脱的先天包袱。
在运作方面，行波管与导波管是被动相位阵列雷达最脆弱的部位（相位阵列天线反而可靠得多，不仅因为小型移相器较不易受损，而且就算部分移相器，天线仍然能够运作），换而言之也是最大的罩门；只要发射机或导波管之中任一方挂了，整个雷达系统就会瘫痪。对于高功率的陆基或舰载雷达系统而言，集中式的发射机需要产生较大功率，相对也会产生高温，故周围需要功率强大的冷却系统。而导波传递的电磁波是相当精密的G(10的9次方)Hz级，因此为了降低能量馈送途中的损耗与失真，导波管的长度越短越好，而且要尽量减少弯曲，最好一路都是直的（曲折的导波管是相当艰难的工程挑战）；如此，阵列天线与发射机就不能相隔太远，于是体积庞大的发射机势必得安装在舰体或上层结构内（对于舰载系统而言），导致阵列天线的安装位置往往必须迁就发射机而也得安装于上层结构；安装高度受限后，雷达的水平搜索距离就会减少。总之，如果因为将被动相阵雷达位置架高而使天线与发射机之间距离增加而且不在同一 层甲板上，即便减低天线的尺寸与重量，还是躲不过导波管较长以及转折的问题，必须在可靠度、传输损耗以及工程难易度等方面有所牺牲，例如西班牙的F-100神盾巡防舰；如果希望导波管尽量短直，则相位阵列天线就必须安装在高度较低的位置，代价则是降低水平侦测距离，如 美国柏克级飞弹驱逐舰与中共的052C飞弹驱逐舰。此外，对舰载系统而言，导波管从发射机到天线的路上必须穿过舱壁、甲板，设计时就必须在舰体上挖洞，降低了整体结构强度。
总之，被动相位阵列雷达已经比传统雷达跨越一大步，但主动相位阵列雷达能办到的又远比被动相位阵列雷达更多。

主动相位阵列雷达的优越之处
由于主动相位阵列雷达把讯号发射的部分由被动阵列雷达的「真空管」一举提升到「积体电路」的层次，就跟当年电脑从真空管时代进步到积体电路一样，势必会在性能与可靠度方面取得飞跃的进展。
在系统运作方面，主动相位阵列雷达所有电磁波相关收发机能都集中在阵列天线表面的T/R单元，因此整个系统更轻、更小、更坚固耐用，也免除由后端馈送射频能量的不必要损耗。由于主动相阵雷达上的每个天线单元都是独立的收发装发装置，并且采用并联方式与后端处理器连结，所以部分天线单元的损坏不会导致整个系统的停摆，其他完好的单元仍能正常运作。此外，主动相位阵列雷达若欲提升总功率，只需要增加天线单元数量即可，远比被动式相阵雷达便利（后端发射机与导波管都要改，大费周章）；例如德国新开发的CEA-FAR型S频主动舰载相阵雷达的天线就由许多各有256个T/R单元的模组构成，客户可根据需求与预算来选择天线要由多少个模组构成。现役被动相位阵列雷达的平均失效间隔（MTBF）介于60至400小时（多半是基于行波管/导波管的拖累），而主动相位阵列雷达则至少从500小时起跳，未来还会朝着数年、甚至整个服役生涯都无须特别维修的目标来发展。由于主动相阵雷达的发射工作是由大量小型低功率收发单元分摊，并靠着各单元以累加合成的方式达到高功率输出，因此每个单元的峰值功率不必很强，不仅元件的耐热要求可以降低，能量损耗也降低了 （注六） ；所以在理论上，整个系统的体积、重量与成本都可以压低。虽然目前主动相位阵列雷达的成本仍相当惊人，但随着技术日益成熟，主动相阵雷达系统的降价是迟早的事。
纯就性能而论，主动相位阵列雷达也有非凡的优势。被动相位阵列雷达 的每组天线阵列只有少数几个讯号发射源（以SPY-1相位阵列雷达为例，每面天线由8个并连的发射器供应能量），而且这种发射器属于控制精确度较差、反应较为迟钝且效率较低的真空管科技；而主动相位阵列雷达上每个天线单元都是独立且能个别控制的小发射源，而且使用动作精确迅速、效率高的积体电路，自然 可在运用与分配 的弹性上取得突破性的进步（注七）。由于每个T/R单元都能各自发射电磁波，因此只要拥有适当的控制软体，同一组阵列天线上的T/R单元就能可自由划分成许多组各自独立运作的子阵列，各自产生独立的波束，每个子阵列的波束的动作、强弱甚至波形均各自管理 ，因此在波束管理与工作分配上的弹性比被动相位阵列雷达高得多。此外，由于积体电路T/R元件的开关控制精确 ，效率亦高于传统行波管，使得主动相位阵列雷达的效率、旁波瓣抑制、低杂讯比、自适性波束管理（Automatic Waveform Management）等能力都比被动相位阵列雷达更为优异。故在相同的系统体积与功率等级下，主动相位阵列雷达的各项性能表现（精确度、侦测距离、电子反反制能力 、电磁波管制等）高于被动相位阵列雷达，一般而言侦测距离可为后者的1.5至3倍。例如，德国/荷兰合作的APAR主动相位阵列雷达虽然使用波长较短的X（I/J）频（鉴别度高但不利于长距离传递），但是其150km的侦测距离却高于法/义合作、波长较长（C频）的EMPAR被动相位阵列雷达。 而几种欧美新一代战机使用的主动式相位阵列雷达如美国F-22的APG-77、欧洲EF-2000的CAESAR，均标榜能同时兼顾多种操作波段、扫瞄范围各异的侦搜工作（包括高空剧烈回避的高性能战斗机，低空来袭的固定/旋翼机、巡航飞弹，以及对地扫瞄/地貌追沿等，并将指令传输给正朝目标进击的空对空飞弹），并在精确排除所有干扰源与杂讯的情况下，维持所有移动目标的讯号强度（不受都卜勒虑波器的限制）。
在安装方面，由于主动相位阵列雷达天线为平面状，没有任何机械动作，背后也不需要连着麻烦累赘的导波管与行波管，因此在安装上便更加自由，也更能融入载台的外型，这对于外型与体积有着严格限制的航空器而言格外具有价值；以空中预警机为例，主动相位阵列雷达天线能以适形方式融入机身各部位的外观，不一定要像E-2/3等传统预警机般非得在背上背个碟型旋转天线不可，载具本身的飞行性能遂得以大幅提升。而未来战斗机使用的侧面或翼面雷达天线，最适合的技术同样非主动相位阵列雷达莫属，毕竟想在厚度有限的机翼里塞入被动相位阵列雷达所需的行波管/导波管，是强人所难。对于舰载系统而言，免除导波管与发射机的主动相位阵列雷达 ，其安装位置相对而言也较为自由，比较有「高架」的条件；例如荷兰/德国的APAR虽使用四面固定天线的构型，但由于采用波长较短的X波段，使得天线本身尺寸较小，加上主动阵列雷达体积重量较轻的优势，遂得以置于舰上塔式桅杆的顶部，达到较理想的水平侦测距离。
主动相位阵列雷达 由于波束相位控制更精确、旁波瓣与杂讯更低，加上天线分配更具弹性，所以拥有比被动式相位阵列雷达更上一层楼的自适性干扰消除能力（如前述）。主动相位阵列雷达由于T/R单元管制最具弹性且控制精准， 能更弹性而动态地建立副天线来接收敌方雷达的旁波瓣；例如，英国实验性的MESAR-2最多能建立16具侦测旁波瓣的虚拟副天线，而且因为主动相位阵列雷达能更精确地控制波束方位，故英国宣称该雷达能精确地过滤 多个干扰来源，但仍保留相当接近的目标回迹。 此外，由于T/R元件的控制相当灵敏，主动相位阵列天线能控制波束进行极不规则的波束动作（包含强弱、波束方位、脉冲频率等），使得单位时间内同一方位累积的雷达波讯号变得不规则，比较不易被敌方电子支援系统截获，更增加了敌方干扰的困难度 ；虽然理论上被动相位阵列雷达也能这么做（关键同样在控制软体），但受限于行波管的性能以及发射机的数量有限（注八）， 这方面的表现将不及主动相位阵列雷达 。

主动相位阵列技术的未来发展
将目光放远，主动相位阵列天线技术提供了一个「效能优异、功能强大」的电磁波收发工具；既然如此，只要拥有适当的控制软体，这种杰出天线的功能就不仅止于作为「雷达」而已。 许多新一代整合式电子战系统或者是高频宽资料传输系统，都以相位阵列天线来取代传统天线，目的就是要获得更高的性能。
在电子战方面，以操控灵敏、波束笔直精准、功率强大的主动相位阵列天线取代传统天线后，无论对于主动式的电磁波干扰或被动式的截收，性能表现都会大大地增强：对被动截收而言，相位阵列天线由于分割弹性广泛、反应灵敏，将提供极高的定位精确度，使载台可在不需要以本身雷达朝敌方电磁波来源进一步确认的情况下，便获得精确度足以直接发射武器攻击的目标方位资讯；对主动反制而言，主动相位阵列天线能制造功率更强大的干扰波束以及更迅捷多变的干扰模式，自由的天线分割能力使其能同时产生多道波束分别干扰不同的目标，而优秀的旁波瓣抑制能力可将天线外泄至其他方位的电磁波降至最低。此外，未来日渐成熟的主动相消干扰技术（发射震幅与频率与敌方雷达波相同但相位完全相反的电磁波，如控制得当，有机会彻底消除载台自身的雷达回波，在敌方雷达萤幕上完全隐形），由于需要极高的敌方雷达电磁讯号精确分析处理能力以及正确而即时的相消干扰波束产生能力，因此天线部分也以最精确灵敏的主动相位阵列天线为上选。而发展中的直接能量电磁脉冲（EMP）硬杀科技，也得依靠主动相位阵列天线笔直而强大的波束，将脉冲能量投射至敌方电子回路与硬体上造成实体损坏。 瑞典Ericsson为JAS-39战机开发的MIDAS整合式电战防护系统，便采用平板式主动相位阵列天线，无论在被动截收监听距离、威胁标定精确度都远胜过传统式同类系统；拜优秀的天线机能以及杰出的后端控制软硬体，Ericsson宣称加装此一整合于机体内的内建式系统后，JAS-39的整体电子作战能力将不输给现役其他需要外挂大量各式电战荚舱的专业防空压制（SEAD）战机，而且不需要占用任何机上挂架。
在资料传输方面，现阶段美国等先进国家大力发展的网基作战，包括协同接战能力（CEC）、全球即时精准打击作战、同时指挥大量无人载具、整合战区内所有单位/载台的感测装置去持续追踪匿踪目标等工作，传输的资料量即为庞大，绝非现有包括Link-16在内的战术网路系统所能负荷；而主动相位阵列雷达强大的发射能力，正好为这些传输工作提供了良好的解决方案，其高指向性的笔直波束亦使这些通讯难以被接收方以外的第三者截获 。综合以上，主动相位阵列天线技术不仅在侦测的老本行有着更出色的表现，在电子软/硬杀与战术通讯/资料传递等领域也展现了不可限量的潜力。 不过相位阵列天线高指向性的特点，在进行通讯用途时，传输的各个载台必须保持在特定的相对位置而不能任意运动，才能顺利传输笔直的波束，而传输之前各载台必须精确标定彼此之间的相对位置才能开始传输资料，这在使用上会造成一些不便，美军在测试协同接战能力的相关设备时，已经发现了这个问题；反观传统资料传输天线的波束朝着四面八方「广播」，只要在主波瓣与各旁波瓣收讯范围内都能收到讯号。
以未来二十年内全球性能最强的战机用雷达──美国F-22战斗机的APG-77主动相位阵列雷达的性能表现，就能从中领略主动式相位阵列雷达领先于被动式相位阵列雷达之处 ，以及其不可限量的发展前景。目前APG-77的机鼻阵列天线由1500至2200个瓦片式砷化镓T/R单元构成，能划分为多个独立的子雷达、被动电子截收器、电子反制系统，在同一时间内各自操作 ，未来还可能增添位于机身侧面的阵列天线，使F-22的雷达视野范围激增。拜主动相位阵列天线赋予的超高波形调整速率、资料更新速率以及分配弹性之赐，APG-77能同时执行多个波形、资料更新速率各异的对空/对地模式。又，由于T/R元件精确敏捷的控制，APG-77能实行灵敏而严格的电磁波管制，在维持所需的战况意识（Situation Awareness，SA）的条件下，随时对雷达波束的强度、发射时间与波束范围进行调整，将其减至最低，最大限度地减少因电磁波外泄而遭敌方截收侦获的机率。此外，APG-77亦具备封闭回路追踪（Closed-loop tracking）能力，也就是持续修正雷达波的能量与脉冲频率，在保持有效获得目标的前提下将雷达波的能量降至最低。而在ALR-94整合式电子战系统的支援下，APG-77能将雷达波束窄化成有如雷射般（仅2X2度），能强化波束探测能力，并将其他方位的电磁辐射降至最低。将来APG-77还有许多更具前瞻性的发展，例如美国空军曾以APG-77进行通讯传输测试，结果显示此雷达天线在数秒之内的资料传输量（包括传送与下载），以目前的Link-16资料链得耗时30~60分钟才能传输完毕，这对于现阶段经常苦于传输频宽不足的美军而言有如天降甘霖。 此外，美国空军亦打算以APG-77的硬体为基础，搭配新研发的控制软体，发展一种电子软/硬杀武器，其功能包括直接以集中的高功率波束，烧毁敌方在空中、地面的雷达天线或电子硬体设备，或者利用其强大的资料传输能力，在敌方军用资料传输网路内散布病毒，预计在2010年代正式推出。
主动相位阵列天线的终极发展目标，便是透过同一套能任意分配、改变频率的主动阵列天线系统，配合不同功能的控制软体，进而包办一个武力投射平台上所有相关的电磁波收发机能（注九）。这种全功能阵列天线能根据战场上的需求，将天线分组来执行所需的各种功能，而分配给各功能的T/R单元数量也是完全根据任务所需。前述美国APG-77以及欧洲EADS集团正为EF-2000战机发展的新型CAESAR主动相位阵列雷达，便打算以一面阵列雷达天线包办以往在一架战机上需要各式天线分工合作才能完成的全部机能，包括多功能雷达（包括对空、地貌追沿等）、电子反制、电子反反制、被动电子信号监听截收、敌我识别、通信传输、导航、飞弹导控传输等等。而德国海军研发中的「2020年水面舰艇计画」（FDZ-2020）中，也预计采用 一种IMSEM整合式多频谱电子桅杆系统， 以一座配备多频谱相位阵列天线系统的封闭式桅杆来包办一艘舰艇所需的各种电磁波收发机能，包括导航搜索、对空/平面搜索、追踪、射控导引、电子战、通讯、指管通情、资料链传输等等。
总之，由传统机械式天线或被动相位阵列雷达过渡到主动相位阵列天线技术，将是各国军方今后的必经之路。

（注一）不一定是真的「为每个目标发射一道波束」，因为过度消耗资源而且没有必要。由于方位切换速度极快，因此同一道波束可利用分时多工的方式，轮流在某些原本已经搜获目标的方位上，多送出几道波束加强监控，或者是轮流执行几个射控导引工作，巨观来看就像是每一个目标都有一道波束在专门负责监控，或者是同时导引多件武器进行接战。当然，后端处理能量通常不允许对每个在雷达搜索范围内的目标都进行射控等级的高精确度监控，但是容许的数量与追踪精确度远优于传统机械式天线雷达。
（注二）当然，这并非意味相位阵列雷达不必遵守基本物理定律。在相同的操作频率与发射功率下，天线单元数较多（意味等效孔径较大）的相位阵列天线，波束的强度、集中度以及旁波瓣的抑制程度要优于天线单元数较少者。
（注三）事实上，第三代战斗机使用的雷达天线便已经部分运用了阵列雷达的原理，其天线是由大量小型射频单元构成的平面阵列，便能制造出更为集中笔直、旁波瓣更小的雷达波束。只是这类雷达的天线元件并不能直接控制波束的方位，还是需要透过天线的机械伺服机构来转动天线。
（注四）美国在21世纪初期规划的DDG-1000陆攻驱逐舰以三面相位阵列雷达天线涵盖360度空域，故每面天线负责的方位角为120度。
（注五）美国在1960年代曾于少数RC-135大型机上部署的主动与被动相位阵列雷达，用于追踪弹道飞弹等用途，堪称是同类型系统的早期先驱；但此时主/被动相位阵列雷达领域的相关技术还没有到成熟普及 的阶段。
（注六）由于主动相位阵列雷达把射频制造的工作由以往的后端发射机转移到天线上，因此纯就天线部分而言，要比只负责改变波束方位的被动相位阵列天线更「热」。
（注七）主动相位阵列雷达的天线本身固然性能非凡，但还是要靠背后控制软硬体的发挥，才能展现出优于被动相位阵列雷达之处。打个比方，主动相位阵列天线科技固然是倚天剑之流的名刀，但还是必须握在武林高手（ 波束控制技术）掌中，才能成为所向无敌的神兵利器。例如，日本F-2战斗机的J/APG-1主动相位阵列雷达是由日本领先全球的砷化镓半导体科技打造而成，但日本在雷达控制软硬体的发展却是远远不及，导致J/APG-1服役初期的实际性能表现比起老一代的F-5战机相去不远 （在2002年3月有消息传出，其有效侦测距离仅37km