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空對空飛彈泛指所有裝置在空中飛行的載具上面，攻擊其他的空中目標的飛彈。
最早的空對空飛彈是由德國在二戰末期研發出來的 Henschel Hs 117 Schmetterling，用以對付盟軍的轟炸機群，企圖重新奪取制空權，但未及投入實戰。二次大戰之後，空對空飛彈的研發也在各國逐漸發酵，當時研發的主要目的都是要對付攜帶原子彈的戰略轟炸機。[1]
空對空飛彈的分類方式有很多種：
以射程的長短加以區分為短程，中程與長程飛彈。然而在射程的定義上並不嚴謹。一般說來，射程在20公里以下的算是短程，介於20公里到100公里的算是中程，以上的是長程，各家的說法不一，沒有統一的定義。
空對空飛彈的導引訊號有兩大類，分別是紅外線與無線電，現在無線電訊號在空對空飛彈上面所指是由雷達所發射出來的導引訊號，但空對空導彈發展初期曾經有無線電遙控導引，現在基本上已被淘汰。
第二次世界大戰末期的導引構想包括無線電遙控與有線導引，然而這兩種方式在面對護航戰鬥機的壓迫下，即使是對付運動力不佳的轟炸機也相當困難。二戰之後則有雷達乘波導引受到短暫的使用，包括蘇聯的AA-1飛彈。乘波導引在面對遠距離目標上有摽定不夠精確和訊號衰減的問題，對付高運動性目標上要遲鎖定非常困難，因此很快的退出空對空飛彈的領域。
目前空對空飛彈的導引方式分為三大類：主動雷達導引，半主動雷達導引，以及被動導引，其中被動導引又分成被動雷達導引和紅外線導引兩種。
空對空飛彈基本上都有下面的數個部分：
除了採用乘波導引以外的空對空飛彈，都需要接收來自於目標的訊號，譬如說半主動導引接收反射自目標的雷達訊號，紅外線導引接收自目標發射的紅外線訊號，為了取得最佳的接收效果，付負責接收訊號的導引部分都集中在飛彈的前端。
彈頭是實際上對目標產生主要殺傷力的部分。除了早期少數的特例以外，目前服役中的空對空飛彈都是採用傳統炸藥，由於空對空飛彈的重量限制較為嚴格，彈頭重量較低，在設計上多配合可以產生高速物體的結構或者是附加物，增加在爆炸時利用這些物體產生的破片對目標的摧毀能力。
較為常見的彈頭設計包括使用連續桿或者是鋼珠的搭配。連續桿類似活頁門或是扇子，彈頭引爆的時候會張開，以高速撞擊目標達到殺傷的效果。
引爆彈頭的引信是不可或缺的重要角色，因為引信必須要恰當的時間啟動，過早會降低能量與破片的傳遞，讓目標得以逃過被擊落的下場，過晚可能錯過目標而無法達到效果。現役飛彈多具備接觸與近發兩種引信。前者在與物體碰撞下才會啟動彈頭的炸藥，後者則是藉由發射的訊號來判斷目前飛彈與目標之間的距離，然後在預設的距離和角度以內引爆。美國的AIM-4飛彈曾經因為只有接觸引信而飽受批評。
近發引信採用的訊號包括紅外線、雷射與無線電。目前的發展趨勢除了強調引信的可靠度之外，還加入判斷目標與飛彈相對位置的能力，在引爆的階段集中能量與破片在目標的方向上，進一步強化彈頭的效果。
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