更新时间：2023-08-15 17:26
是一种双座双发全天候远程超音速截击机/战斗轰炸机，最初是由麦克唐纳飞行器公司为美国海军研制的。由于具有高度的适应性，该机在20世纪60年代到80年代广泛装备于美国空军、美国海军陆战队和美国海军。越南战争期间，F-4大批投入实战。空军和海军将其作为主要的制空战斗机使用。在越战末期，该机在对地攻击和侦察方面也发挥了很大作用。
F-4于1960年服役，1970和1980年代成为美国空中力量的主力。取代F-4的是新一代的战斗机，如空军的F-15战斗机“鹰”式战斗机、F-16战斗机“战”式战斗机，海军的F-14战斗机“雄猫”式战斗机，海军和海军陆战队的F/A-18“大黄蜂”式战斗攻击机。F-4的改进型F-4G“野鼠”作为侦察机和电子战飞机参加了海湾战争，1996年退役。F-4曾经出口到11个国家，以色列空军的F-4参加了多次中东战争，伊朗空军的F-4参加了两伊战争。F-4目前仍在7个国家的空军担任一线作战任务，美国空军的一部分F-4改装为无人靶机。
F-4的生产从1958年一直到持续到1981年，总产量5,195架，在西方战斗机中仅次于F-86“军刀”式战斗机（产量约10,000架）。
F-4“鬼怪”（Phantom）是美国原麦克唐纳公司（现并入波音公司）为海军研制的双座双发舰队重型防空战斗机，后来美国空军也大量采用。F-4于1956年开始设计，1958年5月第一架原型机试飞，生产型则于1961年10月开始正式交付海军使用。1963年11月开始进入空军服役。
F-4是美国第二代战斗机的典型代表，各方面的性能都比较好，不但空战性能好，对地攻击能力也很强，是美国空、海军六、七十年代的主力战斗机，参加过越南战争和中东战争，也曾经是美国空军的“雷鸟”飞行表演队的表演用机。F-4采用外翼上反、带犬齿前缘、大根梢比、小展弦比的后掠式低单翼，机头为大型雷达罩，垂尾与下反的平尾之间形成120度的夹角。这些经大量风洞试验选定的特殊外形特征，加上采用了喷气襟翼等措施，使飞机着陆速度低、低速飞行时不易翼尖失速。该机采用两侧进气的气动布局，采用了带附面层控制板的侧面进气口，发动机为两台J79-GB-17涡喷发动机，单台最大推力为5385千克力，加力推力为8120千克力。其主要机载设备包括AN／AJB-7全高度轰炸系统，AN／APQ-120火控雷达，AN／ASA-32自动火力控制系统，AN／ASQ-91武器投放系统，AN／ASG-26前置角计算光学瞄准具，AN／APR-36、37雷达寻的和警戒系统等。F-4的缺点是大迎角机动性能欠佳，高空和超低空性能略差，起降时对跑道要求较高。
翼展 11.77米
机长 19.20米
机高 5.02米
机翼面积 49.24米2
机翼前缘后掠角 45°
机翼展弦比， 2.82
主轮距 5.45米
前主轮距 5.92米
重量及载荷
空重 13760千克
空战起飞重量 18820千克
最大起飞重量 28030千克
最大着陆重量 20875千克
最大载弹量7250千克 (内部满油) 5450千克
性能数据(除注*号者外，均指最大起飞重量为28030千克的数据)
最大平飞速度M2.27 2414公里/小时
失速速度 294公里/小时
最大爬升率 251米/秒
(最大起飞重量28030千克) 31米/秒
实用升限(超音速) 16580米
(一台发动机关车) 6490米
起飞滑跑距离 1338米
起飞距离(至15米高) 1792米
着陆滑跑距离(重量17211千克) 1152米
(重量同上，带阻力伞) 951米
着陆距离(自15米高度，重量17211千克) 1734米
(重量同上，带减速伞) 1533米
作战半径(截击) 1226公里
(防御性空战) 795公里
(遮断) 1145公里
转场航程 3184公里
限制过载(重量17000千克、对称机动) 8.5g
(重量17000千克、非对称机动) 6.8g
朝鲜战争结束后，空战理论与战斗机装备技术水平均有了长足的发展。在越南战争前，主流的战斗机设计思想包括如下要点:
1. 认为飞机的大速度是决定空中优势的主要因素。为了保证飞机具有大速度, 必须竭尽一切努力减小阻力，甚至不惜牺牲爬升率和机动性。F-104战斗机、米格-21战斗机就是典型的范例。到了研制F-4的时候，飞行控制与发动机技术相比起研制前两种战斗机的时候已经有了很大改善，因此比F-104、米格-21的情况要好些，但格斗性能仍然无法与之前的F-86战斗机、米格-17战斗机等轻型战斗机相比。
2. 主张研制多用途战术战斗机, 要求飞机兼有空战和对地攻击能力, 即主张研制歼击轰炸机，而不再像以往那样研制单纯的防空截击机或专用对地攻击机。最终F-4的确兼备了这两种作战能力，但在发动机推力有限、气动设计未尽完美的前提下，强求对地攻击能力反倒拖累了整体飞行性能，特别是携带对地武器时无法有效的与敌方战斗机交战。
3. 为对抗装备大射程对空/对地制导武器的敌机，截击机的战术被设想为利用速度优势追赶或快速逼近目标, 并利用先进的火控武器系统(以使用半主动雷达制导空空导弹为突出特征)在尽可能远的距离上将敌机歼灭。但由于火控与武器技术水平的限制，这一构思未能在F-4上有效的实现。
4. 为实现2、3两点指标，新研制的战斗机必须具有较大的航程。同时，为F-4研制的先进火控系统操作较为复杂，因此必须配备双人机组(飞行员与武器操作员)。这意味着F-4的体积、重量会比之前的战斗机有很大的增长，而气动、飞控和发动机技术却没有相应幅度的增长。
5. 认为截击机同时投入战斗的飞机数量将减少，实施攻击时机动动作“平直化”，力求一次攻击来结束战斗。于是当时认为格斗性能的下降是可以接受的。
6. 忽视航空机炮的作用。有人认为空空导弹出现之后，航炮作为一种武器已没有前途。当时几乎所有新研制的战斗机，包括F-4，都没有装航炮。很快这一决策被实战证明是极为错误的。
7. 不重视飞行员在空战中的作用。有人认为飞行员不需要学会判断空中情况，而是由地面指挥所代替他们下决心。
飞机设计师们就是按照以上这些想法研制了包括F-4在内的第二代喷气式战斗机。这代飞机的最大速度达M2左右、有的甚至达M3, 机载电子设备和航空武器系统的性能均有较大的提高, 重视对地攻击能力, “重型化”倾向明显。从其航空技术水平和飞机的性能来看, 确实比第一代战斗机有了明显的提高和发展。但在60年代后期开始进行的越南战争和其他局部战争中, 第二代喷气式战斗机的使用效果( 尤其是空战使用)，并不理想。从某种意义上来讲, 它在发展方向上走了一段“弯路”。这主要是因为实战中的空战作战方式与原先设想的有很大的差别。
空战的高度范围不是扩大了, 而是缩小了。这一情况引起了研究局部战争经验的专家们的特别注意。朝鲜战争中, 战斗机的空战曾发展到平流层。而越南战争中, 战斗机的使用高度不超过9000米。这一方面是由于战术航空兵遂行的任务性质决定的。战略轰炸机为避免进入防空导弹的毁伤区, 多半在低空活动, 担任掩护的战斗机也必须降低高度。另一方面，空战实践说明, 飞行员能目视观察到3600米以内距离的机动目标, 因而转弯半径不大于1800米较有利。在9000米以上的高度, 第二代飞机想以这样的盘旋半径实施不损失高度的速度机动是不可能的, 所以高度也受到限制。越南战争中空战格斗一般发生在1500～4500米高度范围内。
在局部战争中, 空战的速度范围也并不大, 尽管双方都具有速度超过M2的战斗机，但经常进行空战的速度范围是M0.5～-0.9。这一方面是由于空战开始的高度低, 飞机的速度受到结构强度的限制。另一方面是由于当时战斗机的超音速机动性能甚差, 想在速度超过音速时获取机动性的优势是很困难的, 因而也只能进入亚跨音速范围。局部战争的经验也证明。大部分空战仍是在双方目视能见度的近距离范围内进行的, 摧毁目标还须从后半球攻击来实现。空战中被击落的飞机中约有三分之二是被空空导弹击毁的, 三分之一是被炮弹击毁的。在中东战争中, 空战格斗的比例更大, 飞行员经常能有效地使用航空机炮。局部战争还证明, 协同仍是至关重要的, 战斗机的绝大多数空战都是编队空战。飞行员的素质对空战的结果仍有决定性影响。
F-4服役后参与几次局部战争的实战经验说明, 尽管该机取得了相当不错的战果，但由于设计时脱离实际，过度追求高空大速度飞行性能，以及远距离作战能力，令其在战斗中多次受挫。正是由于第二代战斗机研制时对作战环境的样式与实际情况有很大差别, 所以在实战中不可能取得预期的战果。
“鬼怪”的历史始于1953年8月，当时詹姆斯·史密斯·麦克唐纳设计师 Herman Barkley领导了一个设计团队，最初的目标是提升本公司F3H“恶魔”舰载战斗机的性能和多用途性以获得更多的订单。设计团队提出了几种差异很大的方案，公司非正式的将它们全部命名为F3H-X，因为设计理念都脱胎于 F3H。
第一个方案是 F3H-C“超级恶魔”，在一台J67的推动下在高空可以达到1.69马赫。J67是英国布里斯托尔公司奥林巴斯涡喷发动机的特许生产型，当时还没有进行测试。
接下来是F3H-E（内部编号98A）也准备采用J67发动机，但取消了“恶魔”的前起落架，只保留了三轮车式的主起落架。飞机采用45度后掠角，机翼面积450平方英尺。当时还没有任何美国飞机采用J67发动机。
F3H-G（98B）计划采用两台莱特J65-W-2（或者 W-4）发动机，其额定推力 7,800 磅。双发设计相对于单发更好的安全性吸引了很多海军官员的目光。设计上的特点还包括机身两侧进气道，后掠下单翼、全动式平尾。机翼面积略大于F3H-E，达到 530 平方英尺。机体设计遵循面积律以降低跨音速阻力。该机计划装备 Aero11B火控系统和AN/APQ-150雷达。固定武器是四门20毫米炮，也可以装备火箭发射器，全机9个挂点，每侧机翼下4个，机身下1个。设计最大速度1.52马赫。J65是英国阿姆斯壮西德利蓝宝石发动机的特许生产型，当时已经开始生产。海军当时正被J65的大量问题所困扰，而麦克唐纳公司则满心希望到F3H-G可以投产时，发动机的问题可以得到解决。
F3H-H在外形上和G型相似，发动机采用两台由通用动力生产的推力更大的J79。当时这种发动机还没有经过测试，如果推力能达到设计指标的话，飞机的最高速度可达1.97马赫。98F是98C的照相侦察型。98C/D分别采用三角翼飞机和平直翼，选用两具J65或J79发动机。98E（F3H-J）类似于98C/D，三角翼更大更薄。Herman Barkley的团队认为采用两台J65的98B方案最具潜力，随后放弃了其他所有方案。麦道开始制造 98B 的全尺寸模型，为了保险起见，模型的右半边做成适合安装J79的式样，左半边适合于J65。
1953年9月19日麦克唐纳主动向海军航空局提交了98B方案。那时候海军对类似的飞机还没有提出正式的需求。麦道试图发展可互换的单双座构型以便适应不同的战术需求。机头部分可以装搜索雷达、导弹火控系统、地形测绘雷达、照相机以及电子侦察设备。
虽然海军对麦道公司的设计印象不错，但还是在1953年4月和6月分别定购了格鲁门的XF9F-9和沃特公司的XF8U-1以满足海军对超音速战斗机的急需。不过海军方面也鼓励麦道继续设计一种单座双发全天候攻击机去和北美公司、格鲁门公司竞争。
麦道公司在1954年8月向海军正式提交了F3H-G/H方案，海军方面于10月份要求制造2架原型机和1架地面试验机。海军将计划命名为AH-1，意指其担负的对地攻击任务，它携带不少于11个武器挂架。1954年12月14日海军正式放弃对飞机的多任务要求，转而要麦道设计一种全天候截击机。军方要求取消航空机炮和除了机腹副油箱挂点以外的全部挂点。机腹部开槽以便半埋式挂载4枚“麻雀”空空导弹，雷达是APQ-50，飞机改为双座以容纳增加的雷达操作员。
1955年4月15日海军航空署正式通知海军战术司令部采用J79发动机，于是关于J65的工作全部停止了。同年5月26日航空署在对海军的需求深入研究后要求麦道公司制造2架双座全天候战斗机，武器全面导弹化。6月23日下达了正式编号YF4H-1，这是战斗机的编号。隔天麦道也公布了计划的新代号——98Q。98Q 的代号只用了很短时间，6 月 24 日麦道获得了制造 18 架新飞机的合同，其中包括 2 架原型机和 1 架地面静态试验机。不久该计划又采用了 98S 的代号，这是因为除了半主动雷达制导的麻雀外还可以增加了使用红外制导AIM-9响尾蛇导弹的能力。
1955年7月25日海军和麦道公司签署了详细的YF4H-1技术规格清单。海军要求新飞机能够在距离母舰250海里处巡逻2小时以上，在不空中加油情况下持续飞行3小时以上。同时F4H的前期发展计划也得到确认，海军定购了2架原型机和5架预生产型飞机（BuNo 143388—143392）。
YF4H-1的模型在1955年11月17到23日期间接受了检查。飞机将安装2台J79加力涡喷发动机，进气道为固定式。主要武器是4枚半主动雷达制导的麻雀，没有装备机炮。与此同时海军授权沃特公司制造2架单座单发的F8U-3“十字军III”同麦道公司的F4H-1竞争。实际上沃特的飞机更应该称为 F9U“十字军 II”，基本上是架全新的飞机。
经过大量的风洞试验发现麦克唐纳的新飞机在高速时稳定性有问题，如不能解决则最大速度将被限制在 M2 以下。为了解决问题，设计人员做出了几个重大改变。其一是将全动平尾下反 23 度，兼具稳定鳍的作用，这样在获得稳定度的同时也不干扰尾喷管，另一个好处就是在大迎角飞行时，下反的尾翼可以从主翼紊流中伸出获得必要的控制力；其二是将主翼的折叠外翼段上反12度，并设置锯齿，锯齿产生的涡流可以阻止机翼附面层向翼尖方向发展，推迟分离；另外还将进气道改为带附面层隔离板的式样，使得各种飞行条件下都能为发动机提供最合适的气流。这些变化在设计上需要时间加以整合，所以直到1956年12月31日才最终完成设计，而平尾的下反和外翼段的上反造就了“鬼怪”的奇特外形。
1956 年12月19日海军再次定购11架 F4H-1（145307—145317），这是第一批正式生产型。1957年8月F4H-1决定不采用APQ-50雷达，改用西屋电气公司的APQ-72，不过由于时间关系原型机仍然使用APQ-50。首架 YF4H-1 原计划使用J79-GE-8发动机，但由于研制时间拖延而装上了从空军借来的J79-GE-3A。该机属于技术验证机，没有雷达也不能发射导弹，腹部挂的4枚“麻雀”全是模型。为了配平机头装的是压舱物而不是 APQ-50雷达。在首架原型机上只布置了有飞行员的座位，后座安装的是测试设备。
YF4H-1安装了前缘襟翼，从翼尖一直向内延伸到 1/4 翼展处，以机翼折叠处为界分为两部分。在飞机低速飞行时襟翼向前伸出，提高升力。前缘襟翼和后缘襟翼都具有吹气装置，从发动机压气机中引出高压空气向后吹出，使机翼上表面气流在高攻角的状况下不分离。进气道斜板有5度的安装角。在雷达罩后面的下机身表面装有电子设备冷却系统的进气口。机翼水平部分的后缘分为两部分，内侧的是襟翼，外侧为襟副翼。襟副翼是副翼的一种，但只能向下偏转，不能向上偏，在它们前面的机翼上表面就是扰流板。如果要向左边滚转，飞行员就会向下偏转右侧襟副翼，同时竖起左边的扰流板，“鬼怪”没有通常意义上的副翼，滚转控制由襟副翼和扰流板完成。外翼段除了前缘襟翼外没有其他操纵面。另外在机翼下表面襟翼前方设置有向下开裂的减速板。全动平尾有 23.25 度的下反角，提供全部的俯仰控制。
1958年5月27日麦克唐纳公司试飞员RobertC.Little驾驶YF4H-1（142259）完成了首飞，地点在圣路易斯机场。首飞时起落架没有收起，并发现液压系统和发动机都有些问题，所以首飞时间比原计划缩短，不过飞机还是安全降落了。地面人员更换了右发动机，并把进气道斜板调整为4度。第二次飞行在5月29日，起落架仍然没有收。随后在5月31日和6月2日进行的第3，4次飞行情况好多了，飞机达到了1.68马赫。142259 号原型机被送往爱德华兹空军基地和F8U-3进行对比测试，最终后者于 1958年12月胜出。1958年12月17日麦克唐纳公司又获得24架F4H-1的制造合同（148252—148275），这样生产型总订货量达到了45架。
第二架 YF4H-1（142260）于 1958 年 10 月首飞。该机安装了 AN/APQ-50 雷达和完整的后座舱。可调进气道斜板的固定部分设定为 5 度，可调部分设定为 10 度。该机的扰流板没有打孔，在左侧进气道的上部安装有冲压空气涡轮。在紧急情况下该涡轮可以驱动一个应急液压泵给操纵系统提供动力。自动驾驶系统为 ASA-32。YF4H-1 144260 还安装了马丁贝克 MK H5 弹射座椅。1960 年该机具备了发射AIM-7麻雀导弹的能力。
1959 年 7 月 3 日 F4H-1 在圣路易斯麦克唐纳工厂的一个仪式上按公司传统被正式命名为“鬼怪 II”（Phantom II）。项目经理 Don Malvern 原想的绰号是“撒旦”（Satan），而 James S. McDonnell 则想把飞机命名为密特拉斯（Mithras，波斯神话中的光明之神）。“鬼怪”后面的罗马字母“II”是为了和第一代“鬼怪” FH-1 相区别，其实 FH-1 早已退役，并不存在混淆的可能。
第一架 YF4H-1 （142259）在一系列试飞后于 1958 年 10 月从爱德华兹基地返回圣路易斯工厂。在不久之后的 1959 年 10 月 21 日，它的第 296 次飞行时因为右发动机故障而坠毁，试飞员 Gerald "Zeke" Huelsbeck 身亡。
海军急于宣扬自己的最新型战斗机，并为此专门制定了计划，名为“创纪录飞行”（Top Flight）。第二架 YF4H-1（142260）在 1959 年 12 月 6 日创造了 98,560 英尺的升限世界纪录，飞行员是 Lawrence E. Flint 中校。原纪录 94,658 英尺是苏联飞行员 V. S. Ilyushin 少校驾驶苏霍伊航空集团 T-43-1 创下的。Flint 中校首先飞到 47,000 英尺并保持 2.5 马赫的速度，然后以 45 度角拉起爬升到 90,000 英尺。随后关闭发动机跃升到 98,560 英尺，滑过最高点后开始下坠。Flint 中校在 70,000 英尺高度重新启动发动机并正常着陆。George W. Ellis 中校还创造了 66,443.8 英尺的实用升限世界纪录。1961 年 12 月 22 日陆战队Robert B. Robinson 中校驾驶 142260 号“鬼怪”创造了 1,606.347 英里/小时的世界绝对速度新纪录，在他的第二次冲刺中“鬼怪”甚至在 45,000 英尺高度上超过了 1,700 英里/小时。这次飞行被称为天空燃烧者行动（Operation Skyburner）。为了创纪录，142260 在进气道内增加了水/酒精喷雾器对进入压缩机的空气进行冷却，以此增大发动机推力。
为满足对前所未有的高指标，F-4在设计上有着许多出众之处。
该机机翼为悬臂式下单翼。翼根翼型为NACA 0006.4-64(修形)、机翼折线处为NACA 0004-64、翼尖为NACA 0003-64(修形)。前缘后掠角45°，平均相对厚度5.1％，翼尖相对厚度3％，安装角1°，外翼上反角12°。前缘有锯齿。机翼为全金属结构，外翼可折起(海军型)。中翼和内翼为一贯穿机身的双梁抗扭盒式整体结构，抗扭盒又是整体油箱，容积达2380升。前、后梁位于15％和40％弦长处，由大锻件机械加工制成。蒙皮为带肋整体壁板，由6.35厘米厚板机加工制成。后梁之后还有一根由锻件加工的辅助梁，用以分担部分主起落架和减速板载荷。外翼也是双梁结构，梁位于15％和40％弦长处，并与内翼连接。外翼蒙皮厚7毫米，翼尖2.5毫米。蒙皮材料多用7178铝合金，锻件用7079铝合金。机翼后缘为整体铝合金蜂窝结构，后缘襟翼和副翼为带铝合金蜂窝结构后缘的金属结构，后缘襟翼和副翼为带铝合金蜂窝结构后缘的金属结构。副翼只能向下偏转30°。上翼面的扰流板可向上偏转45°，横侧操纵时两者协调动作，由两套独立的液压系统操纵。后缘襟翼和外侧前缘襟翼都有附面层吹除装置。后期的E、F型改用前缘缝翼，取消吹气装置。机翼下侧起落架舱后方有一块液压驱动的减速板。全金属半硬壳式机身结构，分为前、中、后三段。机身前段主要包括座舱、前起落架舱和电子设备舱，构件多为金件、承力部位采用锻铸件。为防止变形，进气道采用很多横向隔框，进气口前缘为锻件，经化学铣切制成。中段有发动机舱和油箱舱。与机翼连接的承力框为整体件，由铝锻件机加工制成。油箱舱在发动机舱上方，采用双壁结构导入空气进行冷却。靠近发动机的结构大量采用TC4。后段广泛采用钛和钢，下侧为双壁结构，用空气冷却。由于当时还没有在战斗机机体上采用较多份额的复合材料，F-4的重量居高不下，对飞行性能有着负面影响。
F-4曾是美国空军雷鸟飞行队及海军蓝天使飞行队的表演用机。
悬臂全动式整体平尾，下反角23°，以避开机翼尾流(英国的K和M型下反角为15°)。平尾前缘增加了缝翼。由于处于发动机燃气流中，平尾采用钢质肋骨和檩条。钛合金蒙皮和钢质蜂窝后缘。美国空军F-4飞机在使用过程中，发现平尾摇臂出现裂痕，结果迫使美国1600多架F-4飞机和其它国家600多架F-4飞机全部停飞检查，后经查明原因是材料的环境适应性差，对应力腐蚀比较敏感。可收放前三点式起落架。前起落架为双轮，无内胎，有减摆器和转向机构，向后收入机身。主起落架为单轮，向内收入机翼。舰载型弹射起飞时，前起落架伸长。有着陆钩。
两台通用电气公司的J79-GE-17加力式涡轮喷气发动机，该发动机是美国最为著名的涡喷发动机，发展了多种改型，装备于多个型号的美军作战飞机。单台加力推力79.6千牛(8120公斤)，耗油率0.2千克/牛顿·小时(0.84千克/公斤·小时)。机内总载油量7022升。腹下可挂一个2270升副油箱，翼下可挂一对1400升副油箱。有空中加油装置，也可挂伙伴加油吊舱。
座舱布局为串列式，两套操纵系统，有弹射座椅。机头相对下垂，保证以一定迎角飞行时的视野，同时也有利于对地攻击。3套独立的206×105帕(210公斤/厘米2)液压系统。冷气系统用于开闭座舱盖，伸长前起落架支柱和伸出应急冲压涡轮。主电源为交流发电机，没有电池。
机载设备包括CPK.92A/A24G-34中央大气数据计算机，AN/ASQ-19(B)通信-导航-识别系统，MS25447/MS25448计数器式加速表，AN/APQ雷达高度表，AN/AJB-7全高度轰炸系统，AN/ASN-64A导航计算机，AN/AJB-63惯导系统，AN/ASQ-91武器投放系统，AN/ASG-26前置角计算光学瞄准具，AN/APR-36、-37雷达寻的和警戒系统，AN/FSA-32自动火力控制系统，AN/APQ-120火控雷达，AN/arw-77 AGM-12控制系统，TD-709/AJB-7程序计时装置，ID-1755/A备用姿态参考系统，KB-25A瞄准照相枪。
F-4B/C使用的AN/APQ-72机载截击雷达属Aero-1A火力控制系统的一部分。主要特点为圆锥扫描、脉冲加连续波。圆锥扫描方式的缺点是测角精度较差、抗干扰能力不好，因此使用脉冲方式完成对目标的跟踪。除雷达外，Aero-1A系统还包括AN/APA-157导弹制导雷达，AN/AAA-4红外搜索与跟踪设备，Aero-1A导弹发射装置和大气数据计算机。红外装置装在机头下方，作用距离为30千米。雷达天线为抛物面型，液压驱动。该雷达具有较好的抗干扰能力。但由于大部分采用电子管电路，故体积、重量和维护性能较差。AN/APQ-120雷达是西屋电气公司电气(Westinghouse)为F-4各型飞机研制的雷达序列中的最后一个型号，采用脉冲连续波体制。1967年至1980年已生产2000部，现在的APQ-120已用新的数字计算机改进。从AN/APQ-72到AN/APQ-120的每一代都着重在改进性能和增加功能，特别是想把空对空工作状态与空对地工作状态结合起来。AN/APQ-120是一部多功能雷达，大量采用了晶体管电路和固体电路，在相参接收和多普勒技术应用上也取得一些进展。天线口径为70×62.3平方厘米，重量290千克。带数字计算机的新型APQ-120属AWG-10A火控系统。
武器包括一门M61A1六管加特林航空机炮(部分早期型号没有装机炮，后来根据实战经验，外挂或者加装了机炮)，6枚“麻雀”III或4枚“麻雀”III和4枚“响尾蛇”空空导弹。F-4战斗机共有9个外部挂架：机身下前后成对排列4个半埋式“麻雀”空对空导弹挂架，每个可挂1枚“麻雀”导弹，后一对挂架也可各挂2枚“响尾蛇”空对空导弹。机身下中间挂架使用Aero-27A弹射炸弹架，可以吊挂核弹、炮舱、2273L副油箱或多弹弹射炸弹架；机翼下内侧挂点使用的是LAU-17A挂架，可以挂1枚“麻雀”导弹或2枚“响尾蛇”导弹，也可以挂1个三弹弹射式炸弹架(用于挂各种炸弹)；机翼下外侧挂点使用的是MAU-12挂架，可挂1400L副油箱，或使用三弹弹射式炸弹架挂载各种炸弹。最大外挂重量为6042kg。表2.1是机身中央挂架和机翼下各挂架和各种武器的转接装置(过渡梁)。
对地攻击军械载荷最大达7250千克，包括各型AGM-12“小斗犬”无线电遥控导弹、AGM-62A“白星眼”电视炸弹、AGM-45“百舌鸟”反辐射导弹、AGM-65A“幼畜”电视炸弹、AGM-78B标准反辐射导弹、核弹、各种常规炸弹和火箭弹等。
“鬼怪”携带武器的多样性对其执行对地攻击任务极为有利。1972年，在“后卫”战役中，14架F-4“鬼怪”式战斗轰炸机投掷了24枚激光制导炸弹，成功摧毁了越方严密防守的含龙桥。此后，美国军队使用了22枚激光制导炸弹和7枚电子光学制导炸弹，将杜梅大桥彻底炸毁。上述战例成为了精确对地打击的典型范例。
AIM-7麻雀导弹“麻雀”是西方国家在1950年代至1990年代间最主要的超视距空战武器，是一种中程半主动雷达制导的空空导弹，F-4在空战中就主要倚仗这一导弹与AIM-9响尾蛇导弹“响尾蛇”导弹的组合。它现在仍在许多国家服役中，但更先进的AIM-120先进中程空对空飞弹正逐步取代它。“麻雀”导弹自1946年开始研制，到今年正逢花甲。60年间，“麻雀”导弹相继发展有12个型别，不断改进更新，颇显老当益壮。F-4在越南战争时大量使用了“麻雀”III改型，在目视范围外大约20公里的距离击落了极少量的敌机，当时这种空空导弹的命中率只有9％，战果平平。造成当时AIM-7麻雀导弹战果不佳的原因除了导弹的性能不好外，机载雷达的探测距离近也是一个主要因素。随着导弹技术、机载雷达探测技术的进步，到70年代末，空空导弹的速度、射程、机动过载等主要战术、技术指标得到了进一步提高，同时，机载雷达发现目标的距离亦达到100公里以外，这为超视距空战提供了有利条件，并在此后的几次局部战争中取得了很好的效果。如在1982年5月的中东战争中，以色列战斗机采用超视距战法用AIM-7F击落阿方10多架飞机，占击落敌方飞机总数的20％，初步形成了超视距空战的样式。这一空战样式在海湾战争中达到了顶峰，共击落敌机达26架，包括4架先进的米格战斗机29，这一数量占击落敌机总数的69％。在美国军队，现役的“麻雀”空空导弹主要有AIM-7F“麻雀”和AIM-7M“麻雀”。“麻雀”导弹弹长3.66米，弹径203毫米，最大飞行马赫2.5，最大射程45公里。F-4E战斗机是F-4各型飞机中最早装备固定航空机炮的型别。早期的F-4战斗机没有安装固定机炮，但可携带炮舱。F-4E的M61A1型20mm加特林机枪炮和供弹系统固定炮架上，炮架位于机身中心线上。炮架的上部支架安装供弹系统，下部Y形架及后支架安装机炮。Y型架和后支架与炮架悬挂固定，后支架上有水平和俯仰调节器。这种结构简化了机炮系统在飞机上的安装与调试工作。机炮采用液压马达传动，其功率要求为：当机炮射速4000rds/min时为71.9L/min(84.4kg/cm2；当航空机炮射速6000rds/min时为107.9L/min(118kg/cm2)。机炮旋转的加速和减速时间为0.5s，寿命为120000rds，故障间平均发数(MRBF)为10000rds，预检修期为15000rds。进弹机带有装弹机供在地面上往弹箱内装弹使用，所以往弹箱内装弹时不需要专门的外场设备。往弹箱内装弹时装弹机驱动弹带，使其进入进弹机，弹带通过进弹机后弹链被除去，炮弹被送入弹箱。
F-4E尚未采用平视显示器。该机采用的ASG-26瞄准具有空对空和空对地两种工作状态，可通过光学显示部件上的状态选择开关进行选择。选定工作状态后，再通过轰炸/武器投放开关、武器选择开关和其他开关选择各种攻击方式。1、空对空状态。是一种航空机炮攻击状态，瞄准具计算出前置角，并以光环的形式显示给驾驶员。驾驶员操纵飞机使光环跟踪并套住目标，此时机炮的射击方向指向目标的未来位置。2、空对地状态。根据预先装定的高度、俯冲角以及目标距离等算出下沉角，并使光环按此角下沉。攻击时使光环的中心光点与目标重合，稳定跟踪一段时间后即可投放武器。
F-4E采用AN/APQ-120火力控制雷达是在APQ-72、APQ-100和APQ-109雷达的基础上研制的设备。把脉冲搜索雷达、连续波制导雷达和目标截击计算机三部分结合在一个装置中。天线尺寸从APQ-109的直径79cm减小到69.9cm×62.3cm，但作用距离没有降低。由于广泛地采用了固体器件，因此提高了可靠性，而且体积减小，重量减轻。AN/APQ-120雷达有7种工作状态：即“关机(OFF)、“准备”(STBY)、“空对空”(A/A)、“空对地”(A/G)、“天线固定”(CAGE——天线轴固定在武器基准线上)、“自检测1”(BIT1)和“自检测2”(BIT2)。其中只有“空对空”、“空对地”和“天线固定”3种是战斗工作状态。天线高低扫描有1行或2行两种。显示形式有下列4种：小范围B型扫描(B-NAR)；大范围B型扫描(B-WIDE)；小范围PPI型扫描(PPI-NAR)和大范围PPI型扫描(PPI-WIDE)。B型扫描用于空对空状态，PPI型扫描用于导航和轰炸时的地形测绘状态。3、在空对空状态，雷达从A/A24G大气数据计算机得到高度、真空速、真攻角等信息进行截击计算。从AN/ASN?63惯导装置或AN/AJB-7姿态参考和轰炸系统获得控制天线所需的俯仰及滚动信息。从惯导装置获得偏流角。目标截击计算进行截击计算后，通过导弹发射架分别向AIM-7D/E“麻雀”导弹和AIM-9B/D/J“响尾蛇”导弹提供下列信号。
APQ-120雷达的显示器组合包括显示器和显示器控制装置两部分。F-4E-48-MC(s/n71-236)以前的飞机，装备IP-870/APQ-120(前座舱)和IP-871/APQ-120(后座舱)显示器和C-7347/APQ-120显示器控制装置，在F-4E-48-MC以后的飞机上，把上述装置改装为多传感器显示器组合(MSDG)OD-67/APQ-120。它包括IP-1093/APQ-120E(前座舱)和IP-1094/APQ-120E(后座舱)显示器以及C-8909/APQ-120E显示器控制装置。OD-67/APQ-120多传感器显示器组合除作雷达显示器外，还有显示电视图像的功能。因此，在同一个阴极射线管上，由状态开关控制，或显示雷达图像，或显示电视图像。IP-1093与IP-870显示器的直径一样。但IP-1094比IP-871显示器在长、宽各增大了19.05mm，因此显示器的面积增大了1倍，作雷达显示器用时有925条纵向扫描线；作电视图像显示器时有525条水平扫描线。因此，显示的雷达图像比原来的直储显像管的画面更清楚。电视图像的输入来自AN/ASX-1光/电目标识别系统、AGM-65A/B“幼畜”空对地导弹或GBU-27/28激光制导侵彻炸弹8/B、GBU?9/B等制导炸弹。ASX?1系统用IP-1093或IP-1094作显示器(AN/APQ-120雷达不工作时)。APQ-120雷达和ASX-1系统也可以同时工作。此时前座舱的IP-1093/APQ-120E作雷达显示器，后座舱的IP-1094/APQ-120E作ASX-1系统的显示器。反之亦可。当发射AGM-65A/B“幼畜”导弹、AGM-62“白星眼”制导炸弹和GBU-8/B、GBU-9/B制导炸弹时也使用OD-67/APQ-120作显示器。而“幼畜”导弹发射后的操纵使用4504A/ARW-77(“小斗犬”导弹控制器的改进型)控制器。从F-4E-36-MC(S/n 67-342)到F-4E-45-MC(S/n 69-7588)的一部分飞机进行了改装，增加了AN/ASQ-153(V)电/光目标指示系统。它与AN/AVQ-23(V)-2激光指示器组合在一直，用激光照射目标，增加了制导激光制导武器的能力。能把本机或僚机发射的AGM-65C导弹或GBU-27/28激光制导侵彻炸弹10/B、GBU-10A/B、GBU-10B/B、GBU-11/B和GBU-12/B等制导炸弹导向目标。
F-4E使用的AN/ASQ-91是一部计算武器弹道用的模拟计算机。其主要输入信号有：(1)AN/ASN-63惯导装置输出的地速、垂直速度、方位、机头真方位、航迹、离地高度、垂直加速度等各种信息；(2)AN/APQ-120火力控制雷达的测距信息和雷达十字线跟踪信息；(3)“低空轰炸/武器投放”开关选择的状态信息。ASQ-91计算机的输出信息分别送给：(1)AN/AJB-7姿态参考和轰炸计算系统；(2)AN/ASA-32飞行控制组合(机头方位误差、相对方位、目标距离)；(3)AN/ASG-26前置计算光学瞄准具；(4)向所选择的武器挂架发出投放或发射信号。AN/ASQ-91计算机有6种工作状态Ｍü?暗涂蘸湔？武器投放”开关进行选择。(1)小角度减速投弹(LADD)；(2)俯冲低空减速投弹(俯冲后进行低空减速投弹)；(3)俯冲拉起投弹(Dive Toss)；(4)目标定位轰炸(Target finding)；(5)偏差(间接)轰炸(offset Bomb)；(6)发射AGM-45反辐射导弹。发射AGM-45导弹时，AGM-45反辐射导弹把测出的电波源的相对角度(位置)输入ASQ-91计算机，据此算出飞机的操纵信号，并送给AN/ASA-32飞行控制组合。ASQ-91计算机的控制可在前座舱和后座舱的武器投放操纵板以及后座舱的计算机控制板上进行。在计算机控制板上以30.5m的精度输入目标距离、目标高度、投弹点的高度以及投弹点与目标的间距；以0.5s为单位输入从投弹点到通过目标上空的时间差。此外，还输入所投放武器的阻力系数。转动游标纵向跟踪和横向跟踪的指轮，使雷达显示器上的十字线压上目标。此时如果压下目标插入(TGT.lns)按钮，则AN/ASQ-91计算机开始计算。
右图为越南战争时一架携带炸弹的F-4E，该机是388联队的联队长座机，机身涂有相关标示条纹。AN/AJB-7姿态参考和轰炸计算系统是F-4E对地轰炸的大脑，作为全姿态参考系统解算导航的基本参数，投放普通炸弹和核弹时进行轰炸计算。在导航状态中，AJB-7系统连续地计算出飞机的俯仰、滚动和航向姿态，并显示在前座舱的姿态指引仪(ADI)上。在后座舱只在遥控姿态指示器上显示俯仰和滚动姿态。AJB-7系统计算飞机姿态时的主要输入信息来自AN/ASN?63惯导装置。在计算飞机方位时根据罗盘系统控制器状态开关的选择，有3种情况；(1)罗盘。这是把AJB-7系统中的罗盘发射机的磁方位作为信息源的应急状态。(2)陀螺方位仪。这是根据所选择的AN/ASN-63或AN/AJB-7系统中的陀螺方位仪显示器输入而工作的状态。(3)随动状态(Slave)。这是把罗盘发射机和陀螺方位仪显示器的2种方位信息综合使用的工作状态。在轰炸状态中，根据“低空轰炸/武器投放”开关的选择，AN/AJB-7系统能进行下列6种轰炸：(1)上抛(Loft)轰炸。这种投弹方式用于攻击防空火力强的目标。主要是投放威力大的核炸弹，但也可用于投放一般的武器。这种攻击方式的操纵如下：载机水平进入目标，在接近目标前急跃升，在跃升过程中投放武器，此后载机继续反转脱离目标。美国在越南用这种方法发射AGM?45“百舌鸟”反辐射导弹攻击地对空导弹阵地。通常“百舌鸟”导弹载机从低空接近目标，在地对空导弹射程外飞机拉起，以45°～50°的上抛角发射AGM-45导弹，载机向反方向脱离。这样，即增加了AGM-45导弹的射程，同时载机的安全也得到了保障。在投放核弹时，为了获得更长的抛物线弹道，通常在空气密度小、阻力小的高空(如10670m)投弹。(2)即时越肩轰炸(INS O/S)。当所攻击的目标位置不清时使用这种方法。飞机通过目标上空的同时开始半滚拉起，在机头上仰角大于90°的某瞬间投出炸弹。主要用于投放核武器。(3)计时越肩轰炸(T.O/S)。用于轰炸已知坐标的目标。根据已知的目标坐标，预先装定突防航线和突防速度，并选定轰炸参考点。在突防航线上通过目视或雷达识别参考点，并事先装定好从参考点到目标的飞行时间。在正确地通过目标上空的同时开始越肩轰炸。通常使用核炸炸弹。对已知坐标的目标也可进行上抛轰炸。选用越肩轰炸是为了保证低空进入目标的突然性和投放空炸核炸弹。(4)直接轰炸(direct)。在俯冲中对目标投放武器。(5)计时水平轰炸(T-L)。用于轰炸已知坐标的目标。与计时越肩轰炸相似，只是在水平飞行中投放武器。(6)计时小角度减速轰炸(TLAD)。也叫小角度减速投弹(LADD)。与越肩轰炸一样，低空突防和采用参考点。在预定的拉起点转为45°跃升，在通过目标上空的同时投下带阻力伞的核弹。目前也常用于投放“蛇眼”等减速炸弹。
1965年, F-4到越南战场, 使空战进入了新阶段。F-4装备的较为先进的雷达火控及航空武器系统使其空战攻击能力与以往的美国军队战斗机相比有着大幅度的提高，特别是中远距离的攻击能力得到了空前的改善。其多用途能力明显增强，既可以进行空战，也可以胜任对地攻击、乃至精确打击的任务。
其典型的作战方式为，
1、空对空截击
火力配置是4枚AIM-7麻雀导弹“麻雀”导弹，起飞重量为20900kg，作战速度在M数2.2以下，升限21000m，以M数0.9～0.92的速度返航，作战半径为650km。
2、制空战斗
火力配置是2～4枚AIM-9响尾蛇导弹“响尾蛇”导弹和1个副油箱，起飞重量为20900kg，以M数0.7～0.91的速度巡航，滞空时间2h，在1830m左右的高度作战5min。如果在战斗前抛掉副油箱，则最大速度可达M数2.4。作战半径在925～1290km之间。
3、F-4C/D对地攻击
火力配置是MK82和M117通用炸弹、AGM-12“小斗犬”空对地导弹、LAU-3火箭弹发射器等空对地武器 3个副油箱，包括副油箱的总外挂物重量不超过6000kg。采用在12000m以上巡航飞行和在目标上空作5min低空超音速飞行的“高-低-高”作战剖面时的作战半径为925～1290km；采用“低-低-高”作战剖面时的作战半径为550～740km。
F4H-1 (F-4A) 携带炸弹
采用空中加油时，其作战半径可以增大。
F-4B/C/D三型战斗机都参加过越南战争，在空战中F-4战斗机总共击落107架米格战斗机，占被击落飞机总数的78%以上。被击落的飞机中包括33架米格-17战斗机、8架米格-19战斗机、66架米格-21战斗机。
F-4B战斗机主要执行护航和空战作战任务，曾在东京湾发生过僚机把长机击落的恶性误伤事件。但其很快就被其他两种型别的飞机取代。
F-4C在空战中共击落了42架米格战斗机，其中米格-17和米格-21各21架。
F-4D于1966年开始参加越南战争。在空对空作战中，1967年6月5日，F-4D在河内近郊首次击落米格-17，在整个战争期间共击落了44架米格战斗机，其中有12架米格-17、4架米格-19战斗机和28架米格-21战斗机。在空对地作战中参加了攻击桥梁等重要目标的战斗。例如，1972年5月12日，第8战术战斗机联队的16架F-4D战斗机攻击了杜梅桥，其中4架飞机每架带2颗907kg的GBU-8/B电光制导的炸弹，其余的12架每架带2颗907kg的激光制导炸弹。
以色列的F-4G“野鼬鼠”参与了贝卡谷地之战。1991年美国军队的同一型号参与了海湾战争。
但是，F-4在实战中也暴露了很多缺点。美国飞行员当时采用的战术是根据自动导引系统的指令实施程序飞行, 借助雷达瞄准具用空空导弹攻击敌机。实战表明, 这些战术是不成功的。因为第二代战斗机，例如F-4的最大飞行速度虽已达到M2左右, 但不能进行超音速持续飞行，而且超音速机动能力较差, 空战主要是在亚音速范围内进行。另外，当时的“麻雀”空空导弹的作用范围、作战效能还都很有限，实战效果十分不好。由于敌我识别技术尚未完善，存在着错误识别的危险，F-4不得不放弃了视距外发射导弹攻击敌机的能力。所以，F-4的空战方式与以外的战斗机相比，不可能有根本性的变化。
右图为一架F-4C正在转向越军地面目标。越南战争实期, 美国战斗机被用来实施对地攻击。越南用机动性能较好的亚音速战斗机来对付载弹的F-105飞机很有效。美国随即建立了战斗机掩护编队, 用空空导弹迫使米格-17战斗机放弃攻击, 但空空导弹的命中概率相当低, 经常只有百分之几。越南人民军空军在空战中经常采用一些新战术, 如利用速度较小、飞行高度较低的米格-17作诱饵, 而让装有导弹的米格-21战斗机在较高高度上待机, 当担任掩护飞机攻击米格-17时, 米格-21即发起突然攻击, 这使得美国战斗机的损失率不断上升。
越南战争和其后的一些局部战争中, 协同作战仍然显示重要作用, 战斗机的空战绝大多数仍为编队空战。各种战术机种编队任务的变化, 是战斗机战术上的新发展。编队常由伴动队和突击队组成。显示佯动队假意图的有很多战术方法, 如割裂敌机战斗队形, 引诱敌机进入突击队所在区域等等。力图在敌机下方实施攻击。越南战争和中东战争的实战经验表明，F-4不能满足未来空战的要求。其中一些经验教训总结如下：
1.预警指挥机对空战胜负起着关键的作用。它保证了每天24小时连续不断的警戒，并能向已方在空中巡逻的战斗机通报敌情, 并引导战斗机进入有利攻击位置。据称, 预警指挥机能使空战效果提高7.5 ～30倍。F-4与当时的预警机的协同开始使得上述特点的优越性得以体现。
2.超视距空战日显重要。由于预警指挥系统和机载探测系统的发展, 战斗机远距探测能力明显提高。F-4代表了这一向超视距空战的转变的趋势。
3.近距空中格斗仍是空战的一种重要形式。现代空战包括超视距空战和目视格斗空战两个阶段。由于空空导弹已具有全向攻击和良好的离轴发射能力, 所以在空战中应尽快使机头指向目标。这不仅是一种重要的空战战术, 同时对飞机的敏捷性和机动性提出了新的要求。F-4在这一方面不能满足未来的需求。
4.空空导弹已是空战的主要武器, 航空机炮已降到辅助地位。F-4服役时，中距空空导弹不具有很好的机动能力，近距格头导弹也不具有全向攻击能力。空空导弹的可攻击区不大, 命中概率不高, 航炮并不能被完全替代。随着机载火控系统和航炮性能的提高, 航炮的作战效能也有所增强, 仍不失为一种辅助性的空战武器。
5.编队空战仍是基本的空战形式, 协同作战能力和飞行员的素质仍对空战结果有重要的影响。编队规模一艘较小, 同一编队的飞机一般不宜超过4架。多机空战可缓和和缩小对抗飞机之间的性能差距。
6.飞机的下视和发现低空飞机目标的能力尚未提高, 导弹的上射、下射能力不强，在实战中进行导弹攻击限制很多。
7.敌我识别仍然是限制空战能力的一个重要因素。美国空军在越南战争中规定不允许只凭载机敌我识别装置的判断而实施攻击，直接影响了原本已经不太强的F-4超视距作战能力的发挥。
F-4A(原F4H-1) 舰载舰队防空战斗机，装两台通用电气J79-GE-2涡轮喷气发动机，单台加力推力71.1千牛(7200公斤)。没有航空机炮，装AN/APQ-72空中截击雷达，带4枚“麻雀”III空空导弹。第一架原型机1958年5月试飞。继两架原型之后订购了21架试验用的飞机和24架预生产型飞机，预生产型(公司编号为Mode 98AM)飞机于1959年首飞。共生产了45架。
F-4B(原F4H-1F) 海军和海军陆战队用的基本型全天候战斗机。装两台J79-GE-8发动机，单台加力推力75.7千牛(7710公斤)。A型和B型都是防空和空战型战斗机，在当时“以导弹代替航空机炮”思潮的影响下，两者都没有装备机炮。其火力控制设备基本相同，装备的是视准式光学瞄准具、Aero-1A机载导弹控制系统和投放战术核炸弹用的AN/AJB-3(或-3A)姿态参考和轰炸系统。Aero-1A系统包括AN/APQ-72单脉冲搜索/测距雷达、AN/APA-128(F-4A)或AN/APA-157(F-4B)火力控制组(也称目标截击计算机或连续波制导雷达)和AAA-4空对空红外探测器。有部分F-4B飞机被改装成几种专用飞机，计1架EF-4B、2架NF-4B、228架F-4N和44架QF-4B等。飞机有两套操纵系统，后座雷达操作员也可进行操纵。共生产649架，包括12架F-4G。美海军将226架翻修，编号改为F-4N，第一架1973年2月交付，1978年春交付完毕。
RF-4B(原F4H-1P) B型的侦察型，1965年3月试飞。侦察系统同RF-4C，无军械，单操纵系统，共生产46架。30架于1978年底改装，增加了AN/AAD-5红外线扫描设备、AN/APD-10侧视雷达、AN/ASN-92舰上惯性导航系统和AN/ASW-25自动着舰系统。
F-4C(原F-110A) 由B型改进的空军用战术战斗机。装两台J79-GE-15发动机，单台加力推力75.7千牛(7710公斤)。主要改变是增加了空对地攻击能力和在后座舱加装了飞机操纵系统。火力控制设备方面的改动是：在导弹控制系统中用APQ-100雷达代替APQ-72，主要改进是增加了地形测绘和手控投弹时显示距离的空对地功能；用AN/APA-157代替AN/APA-128，拆掉了AAA-4红外探测装置；系统编号改为Aero-1A。此外，把AN/AJB-3换成AN/AJB-7姿态参考和轰炸系统、增加了AN/ARW-77“小斗犬”导弹控制器和A24G中央大气数据计算机等。虽然翼下挂架可以挂各种炸弹和火箭弹发射器，但由于没有有效的瞄准设备，攻击精度不高。C型飞机于1965年参加了越南战争，战争后期约有27架F-4C(s/n 68-594～611和s/n 69-349～357)装备了AN/ARN-92罗兰D，用作盲目轰炸时的瞄准测距器(pass finder)。机翼内侧挂架可挂AGM-45“百舌鸟”反辐射导弹。采用两套操纵系统，空中加油装置改为伸缩套管式，代替原来的锥套式。1963年5月试飞，1966年停产，共生产583架，包括出口西班牙36架。
RF-4C(原RF-110A) C型的侦察型，用于取代RF101。为携带侦察设备，机头加长0.84米。带3种主要侦察设备；侧视雷达，用于记录航路两侧地形的高分辨率雷达图；夜间侦察地面情况用的红外探测器；前视和侧视照相机。侦察系统由后座控制。YRF-4C于1963年8月试飞，生产型于1964年5月试飞，1973年底停产，共生产505架。
F-4D C型的改型，加强了对地攻击能力，用来代替F-105D。装两台J79-GE-15发动机。其1号机(s/n 64-929)于1965年12月9日首飞，1966年3月10日开始交付，共生产了825架。F-4D的火力控制设备增加了AN/ASG-22前置计算光学瞄准具、AN/ASQ-91武器投放计算机、在后座舱中增加了1个电视显示器和外挂的AN/AVQ-10或AN/AVQ-23激光系统吊舱。D型飞机装备的Aero-1A系统使用的雷达和火力控制组分别改为AN/APQ-109和AN/APA-165，增加了空对地测距和手控地形跟踪功能。在第27批以后的飞机的机头加装有红外搜索跟踪装置(IRST)。部分D型飞机的对地攻击武器增加了AGM-65小牛导弹“幼畜”空对地导弹、AGM-62白星眼电视制导炸弹以及GBU-15模式制导滑翔炸弹8/B、GBU-9/B等制导炸弹等。D型飞机也参加了越南战争，而且F-4D-32以后的部分飞机(约51架)装备了能利用东南亚地区罗兰站进行盲目轰炸的AN/ARN-92罗兰D。装备了AN/APS-107雷达寻的和警戒系统(RHAW)的飞机可以使用AGM-45“百舌鸟”反辐射导弹。1965年12月试飞，共生产825架，其中包括出口伊朗32架，出口韩国36架。
F-4E D型的多用途改进型，主要用作制空战斗机，兼顾对地攻击。装两台J79-GE-17发动机，单台加力推力79.6千牛(8120公斤)。机身内增加一个7号油箱，总载油量增加。外部挂架数量保持不变，但在前机身内增加了1门固定安装的20mmM61“火神”6管炮。F-4E-41于1967年6月30日首飞，截止到1978年5月31日，共生产了1383架，占F-4的各型飞机生产总数的26.6%，是F-4中生产最多的型别。除美国空军外，还装备了德国(前西德)、韩国、以色列、土耳其、伊朗和埃及等国。目前仍在韩国、以色列、土耳其和埃及等国服役。F-4E战斗机装备的火力控制设备有：AN/ASG-26前置计算光学瞄准具、AN/APQ-120雷达、AN/ASQ-91武器投放计算机、AN/AJB-7姿态参考和轰炸系统和外挂式的激光照射/ 跟踪吊舱等。F-4E-42-MC(s/n 66-236)以后的部分飞机装备了AN/APR-36和AN/APR-37雷达寻的和警戒系统(RHAW)，最终有72架被改装成F-4G“野鼬鼠”电子战飞机。1973年初，F-4E-48-MC(s/n 71-237)以后的飞机装备了AN/ASX-1电/光目标识别系统。后期又用机翼前缘缝翼代替吹气襟翼。1967年6月试飞，截止1978年交付1350架，是F-4各型中生产数量最大的。
F-4EJ 1968年11月日本决定仿制的F-4E，由美国提供两架，其余由日本生产(部分零件由美国提供)。1971年1月试飞。更改设备包括尾部警告雷达和为三菱重工AAM-2空空导弹配套的发射装置。共生产了140架，1981年5月停产。
RF-4E 德国等国使用的侦察型，除J79-GE-17发动机和侦察设备外，基本上同RF-4C。共生产了138架。
F-4F 德国订购的简化型双座战斗机。机翼采用前缘缝翼，以改善机动性，取消了惯导系统、轰炸系统和空中加油装置，导弹只能用“响尾蛇”，飞机重量减轻1500千克。德国订货175架，1973年5 试飞，1976年7月停产。
F-4G B型的改型，装AN/ASW-21数据交联通信系统，只生产了12架。
F-4J F-4J是作为F-4B的后继机研制的舰载防空战斗机。3架原型机都是用F-4B改装的，第1架原型机于1965年6月4日首飞，批产型飞机于1966年5月27日首飞。1966年10月1日开始交付，同年12月27日VF101中队开始改装成F-4J战斗机。1969年根据美国海军的加强“响尾蛇”导弹截获能力(SEAM)计划，加装了目视目标截获系统(VTAS)，后来又加装了AN/AYK-14计算机。总共生产了522架F-4J战斗机，其中有248架后来改装成F-4S战斗机，15架卖给了英国，剩下的飞机被改装成DF-4J和EF-4J。装J79-GE-10发动机，单台加力推力79.6千牛(8100公斤)。采用可向下偏转16.5°的副翼和前缘开缝的平尾，从而降低进场速度，改善着舰性能。改用AN/AWG-10脉冲多普勒火控系统、AN/AJB-7轰炸系统、30千伏安发电机。1966年5月试飞，共生产了522架，1972年停产。
F-4K 英国皇家海军用的改型，由B型改进，但采用了F-4J的某些成果。装两台英国自制的加力式斯贝(开始是RB-168-25R Mk201，后改用Mk202、Mk203)涡轮风扇发动机，进气口加宽152毫米，增加了进气门。用AN/AWG-10脉冲多普勒雷达火控系统，机头雷达罩可折转，以减小飞机长度，适应英国服役中的航空母舰。采用了F-4J的可下垂的副翼和带开缝前缘的平尾，平尾下反角减小到15°。主起落架加强，前起落架支柱加长至1.02米，从而能以最佳安装角弹射。装马丁-贝克弹射座椅，武器包括“麻雀”空空导弹和“马特耳”空对地导弹。1966年试飞，生产型1969年交付，共生产52架。
F-4M 英国皇家空军用的改型，基本上同K型，用F-4C的低压轮胎和更大的刹车装置，取消平尾的开缝前缘。1967年试飞，共订货118架。50％零件在英国制造。K型与M型换装斯贝发动机，效果不理想。据报道，虽然斯贝发动机的推力比原来的增大12％，但由于外形尺寸特别是直径较大，飞机的某些性能却下降了，如英国型F-4的速度只能达到M2.1，低于其他F-4型号。
F-4S 美海军将265架F-4J改为S型，先加强结构，使服役寿命延长96个月，然后改装前缘缝翼、改进的J79-GE-10B发动机和AN/AWG-10数字式武器控制系统。两架原型机于1977年试飞，改装工作到1983年完成。
F-4G“野鼬鼠”美空军把116架F-4E改型为F-4G“野鼬鼠”型，专用于发现、识别敌方地面防空雷达和地-空导弹阵地，并用反辐射空对地导弹攻击，配合其他战术攻击飞机完成任务。该机除一般的电子干扰设备之外，还有定向天线、计算机控制的接收装置、信号活动监视设备和地对空导弹发射告警装置。F-4G拆去了前机身左侧的20mmM61火神式机炮，武器挂架的数量与F-4E相同。外挂的空对空武器有AIM-9“响尾蛇”和AIM-7麻雀导弹“麻雀”导弹；空对地武器有AGM-45“百舌鸟”反辐射导弹，AGM-78标准反辐射导弹，AGM-88高速反辐射导弹，AGM-65小牛导弹“幼畜”空对地导弹，GBU-15模式制导滑翔炸弹15制导炸弹，“石眼”反坦克子母弹，通用炸弹，CBU-55/B油气子母炸弹87综合效应弹药，航空火箭和炮舱等。
在中东多次局部战争中，特别是在1982年的叙以贝卡谷地战争中, F-4大出风头。叙军在贝卡谷地部署了20个SA-2 、SA-3 、SA-6导弹营。为了扫除这些威胁, 以军先出动小型无人机诱骗目标雷达开机, 尔后出动大批F-4“鬼怪”和F-4G“野鼬鼠”飞机使用灵巧炸弹和反辐射导弹(在距目标雷达约35公里处发射AGM -45“百舌鸟”反辐射导弹)，仅用了6分钟就摧毁了19个叙利亚导弹营, 取得了显赫的战果。
F-4CCV 根据美国空军和麦道公司的联合研究计划，在F-4上加装前翼的试验机，用以鉴定随控布局技术在战斗机上的应用。装有全权电传飞行控制系统。和瑞典的Saab-37一样，前翼的位置选在发动机进气道的上方，以在机翼上产生有利涡流，修改外侧襟翼用作进行机动载荷和直接升力控制的襟副翼。为研究随控布局技术，需要减小安定性，为此在后机身下面装了铅块，使重心后移，前翼面积约3.72米2。1972年4月首次试飞。
QF-4 QF-4靶机系F-4"鬼怪"飞机的遥控操纵改型，大量用于美国先进对空武器试验。英国BAE系统公司是向美空军提供QF-4靶机的唯一供应商，它将在其位于Mojave的工厂完成改型工作，生产工作将于2008年7月结束。
为了延长F-4的使用期，美国、德国、日本、以色列等国目前都在对其现役的F-4飞机进行设备更新，以提高作战能力。这些改型工作包括：
美国 1986年，美国空军正式与波音公司军机部签订了一项合同，为美国战术空军司令部的300多架F-4E和RF-4C研制并安装先进的数字式机载设备和武器发射系统。此NWDS(Navigation and Weapon Delivery System)改进计划包括：与环形激光陀螺惯性导航系统相联的数据总线，新的任务计算机，机载设备接口单元，数据传输系统和新的座舱控制与显示系统。NWDS计划采用了B-1B、F-16战斗机和A-6入侵者式攻击机上的一些技术，使F-4E的攻击精度能达到前线战斗轰炸机的水平。改装的第一架F-4E于1987年中期试飞，1989年9月8日交付美国空军，1990年9月改装完毕。
德国 1986年，德国国防部开始实施一项所谓的“ICE”(改善战斗效率)计划。根据这项计划，将对正在德国空军第71和74战斗机联队服役的110架F-4E“鬼怪”II型战斗机进行设备更新。更新内容包括：用APG-65全数字式多功能雷达替换原来的APQ-120型雷达。这种先进的X波段雷达具有30项空对空及空对地功能，以及扫描跟踪10个目标的能力，并可以同时显示其中的8个目标。APG-65雷达子系统包括一个低旁瓣平板阵天线，一台16位存储器和一台具有电子反干扰措施的雷达数据处理器。另外还将更新雷达控制板及敌我识别系统，安装一台数字式火控计算机，H-423激光制导导弹发射器，惯性平台，CPU-143/A数字式大气数据计算机，一台带有先进应用软件并具有抗电子干扰及其它干扰能力的MIL-1553数字式数据总线。改型后的F-4F最多可携带4枚AIM-120空空导弹。这项改型工作由德航宇公司作为主承包商，APG-65雷达将由德国引进专利在AEG无线电公司生产。1986年12月，该计划进入了全尺寸发展阶段，1991年有2架验证机已开始试飞，其中一架装有AN/APG-65雷达，另一架装有AMRAAM发射系统。此外，德国还计划把另外40架F-4F进行部分改装，改装的主要内容包括：数据总线、惯导系统和大气数据计算机，将来也可能按照ICE的标准进行改装。
日本 1987年日本开始实施F-4EJ的设备更新计划。根据这一计划，日本航空自卫队将对它现有125架F-4EJ中的100架进行设备更新。更新内容包括安装AN/APG-66火控雷达，LN-39INS，平视显示器，CP-1075/AYR大气数据计算机，AN/APX-79A敌我识别系统以及J/APR-4Kai雷达告警系统。改进后将称为F-4EJKai，这些飞机将可以携带AIM-7E/F“麻雀”和AIM-9P/L“响尾蛇”导弹，具有下视/下射能力，还可携带2枚ASM-1反舰导弹执行反舰任务。此外，日本还计划把另外17架F-4EJ改成RF-4EJ战斗/侦察机，这些飞机和现有的14架RF-4EJ将装备得克萨斯仪器公司的AN/APQ-172雷达和数字式显示器，其电子情报吊舱是在汤姆逊-CSF公司的Astac系统的基础上研制的，Astac系统普装在法国空军的“幻影”F1-CR上。改型后的飞机将主要用做近距空中支援，不再执行截击制空任务。预计全部的改装工作将在1995年完成。
日本的RF-4E侦察型的外形与RF-4EJ改型易于区别，RF-4E配备一个照相机舱、机舱内配有雷达和多种照相机设备，而RF-4EJ的外形则与RF-4EJ改进型战斗机类似，机载照相设备以外挂夹舱挂载。由于战术侦察机的任务危险性和技术难度较高，机上除了照相设备外还需配备监视雷达、精密导航系统、红外探测装置和电子干扰装置等，执行全天候侦察照相任务，并保障任务的安全。航空自卫队于1972年引进RF-4E 14架，目前还有12架在服役。RF-4E是美国盟国广泛使用的战术侦察机，机上原配备有：AN/APQ-99型前视雷达、AN/APD-10型侧视雷达、AN/ASN-55型惯性导航装置、AN/AAS-18A型红外探测装置、J/APR-2型雷达警告装备和机舱侦察照相系统等，该机经过性能升级后，具备图象处理能力的AN/APQ-172型雷达取代原来的AN/APQ-99型雷达，并以J/APR-5型雷达预警装置取代原来的J/APR-2型。
RF-4E的机舱内共装有三种侦察照相机，分别是KS-87B型前方侦察照相机、KA-91B型高高度全方位侦察照相机、KS-127A型远距离侦察照相机。其中KS-87B型是一种可将镜头焦距设在3、6、12、18英寸的侦察照相机，这种相机采用宽为5英寸、全长为500英寸的底片系统，该机集中了自动曝光控制和前置补偿，每秒钟可拍摄6张照片。KS-87系统是世界上使用量最大的侦察相机，KS-87B型可作前方倾斜、垂直侧倾方向拍照。KA-91B型是一种镜头焦距为91英寸的全方位侦察相机，使用宽为5英寸、长为500英寸的底片，可拍摄出大范围的广角照片，适用于中高空侦察照相任务使用。KA-91B型采用模块化设计以简化维修，这种相机的最大优点是能作区段扫瞄，可设定不同的横跨跟踪扫瞄角度，能左右自由摄影或作60度至93度的拍摄。照相机并且具有内建式滚动稳定装置以保障底片的质量，为了减少载机运动时所导致照片影象模糊，KA-91B型还使用特殊的传动镜头前置补偿装置。KS-127B型是一种装置在侦察机机舱内并且特别适用在远距离倾斜照相任务的侦察相机，可选用照相底片或光电感测器工作。KS-127B型的镜头焦距为66英寸，使用宽为5英寸，长为1000英寸的底片，具有主被动稳定、自动对焦和影象稳定等特点。配备KS-127B型相机的侦察机通常在35000英尺执行任务，至少可拍摄到35公里以外的目标区。
KF-4EJ是在1993年进行改装的新型战术侦察机，机上装备有包括AN/APQ-172型前视雷达在内的新型雷达、导航设备，该侦察机经过修改后可根据任务需要使用三种侦察夹舱，执行任务时这些夹舱通常挂载于侦察机的机腹中线位置。
第一种夹舱是战术侦察(TAC)夹舱，内装3部照相机，分别是KS-153A型低空侦察照相机、KA-95B型高空侦察照相机和D-500型中低空夜间侦察照相机。KS-153A型装设在夹舱的前段位置，它装有3个对焦距80厘米的镜头，对侦察机前斜方目标进行照像。KA-85B型是一种结构紧凑的全方位照相机，它装有一个12英寸镜头，并使用5英寸底片，可拍摄出最大覆盖角度190度的大范围广角照片。这样相机最大优点是区段扫瞄，最多能设定6种横跨跟踪扫描角度，并采用模块化设计，具有易于维修的优点。D-500型是一种红外直线扫瞄器(1RLS)，是由AN/AAD-5型1RLS发展而来，可用广角式窄角模式拍摄地面的红外连续画面，并且拍摄时能在-20度至 20度范围的滚动中作电子自动修正。
第二种是远距离侦察(LOROP)夹舱，夹舱内装有KS-146B型照相机，夹舱中段两侧各装有一个照相观景窗。KS-146B型照相机装有一个对焦距高达1650厘米和超长镜头，由飞行员控制对目标区进行高空远距离左右斜向照相。这种照相机具有极高的分辨率，侦察机在30000英尺以上高度飞行时，具有对18.5公里至92.6公里范围内长度为1米目标的识别能力。最新的EDKS-146型照相机已改用CCD感应阵列取代传统的照相底片，能即时将侦察影像以数字方式传送到地面接收站，或是以机上的数字式录音带作记录。
第三种是战术电子侦察(TACER)夹舱，它采用RP222780-G01型电子侦察装置，能够大范围侦测并接收各种电波，经识别后判定其发射位置，同时也能传送到地面接收站进行处理。在配备了战术电子夹舱后，RF-4EJ便可执行电子情报汇集任务。
韩国 韩空军运用新技术对现装备的F-4、F-5等几种机型进行现代化改造，为F-4战斗机安装了APG-68型机载雷达、夜间低空导航设备、红外搜索设备，以及先进的武器投射系统等，可携带AIM-7麻雀导弹"麻雀"和AIM-9L"响尾蛇"空空导弹，具有中远距攻击能力。
以色列 为延长F-4的使用寿命，增强其执行任务的能力，改善飞行安全性、可靠性和使用维护性，以色列空军制定了“鬼怪”2000的改进计划。改进的内容主要包括：加强飞机蒙皮和机身、机翼内的油箱，重新布线，装2套MIL-STD-1553B数据总线，更新液压系统并重新布置，减少机载设备盒的个数，增加自我诊断功能，在进气道侧面增加小边条，以改进飞机的机动性和稳定性，此外对座舱的舒适性和仪表布置也将进行改进。在该改进计划中选用的机载设备主要包括：诺登UTC多模态高分辨率雷达广角平显，集成化通讯和通讯/导航系统，改进的电子对抗系统和自卫干扰系统。机载设备的改装工作由艾尔伯特公司统一负责，中央数据处理器由以色列目前F-16C/D上装备的ACE-3改进而来。1987年8月11日，“鬼怪”2000原型机首飞，1989年4月9日改进后的飞机正式交付以色列空军，1991年2月5日首次投入使用。到1991年年中，已有20多架飞机完成了改装，并保持每月2架的改装速度。此外，以色列还于1986年提出了“超级鬼怪”的F-4改装方案，主要是用普惠公司的PW1120发动机取代原来的J79发动机，并对飞机的结构和机载电子设备进行改进。1986年7月30日，换发后的“超级鬼怪”开始试飞，试飞结果表明飞机的性能有了很大提高。在1987年的巴黎－布尔歇国际航空航天展览会上，以色列展出了他们改装的F-4战斗机，并表示可以为全世界的F-4用户提供改装服务。
关于F-4价格，到1974年麦道公司共接受订货4974架，其中美国国防部订货3976架，计划费用104.91亿美元，平均每架264万美元；国外订货998架，共支付50.66亿美元，平均每架507万美元。
尽管F-4在实战中存在着不少问题，甚至不乏血淋淋的教训，但该机仍然取得了辉煌的战果，占据了世界战斗机发展史上一个极为重要的位置。总的来说，F-4不愧为战后第二代喷气式战斗机中的经典之作，将空战装备的技术水平推到了一个全新的高度，并为后来大获成功的各种第三代战斗机的研制奠定了基础。
F-4F 是改进自美国空军 F-4E 的德国空军专用型。第一架生产型 F-4E（序号 66-0284）在 1967 年 6 月 30 日由亨特（R. D. Hunt）和韦恩•怀特（Wayne Wight）驾驶进行了首飞。它根据越南空战的教训在机头下方安装了一门 6 管 20 毫米 M61A1 加特林炮，是第一种安装固定机炮的 F-4。该机还装有带目标拦截计算机和连续波照射器的 APQ-120 雷达，故也是美国空军第一种装备火控雷达的 F-4，因为此前美国空军的 F-4C/D 都采用独立的火力控制组控制 AIM-7麻雀导弹 “麻雀”拦射导弹，而 1966 年 5 月 27 日首飞的美国海军 F-4J 已经装有更先进的 AWG-10 脉冲多普勒火控系统。
1968 年，为了对抗苏联米格-21战斗机 的扩散，美国空军宣布了一项“国际战斗机”（IFA）计划，目的是发展一种以米格-21 为作战对象的低成本军援战斗机。由于 F-4E 过于昂贵，所以麦道公司在它的基础上提出了名为“98MZ 型”的单座简化方案参加竞标，并将它编号为 F-4E（F）。这种亚改型去掉了 F-4E 的后座舱、用前缘缝翼代替了前缘吹气襟翼、采用简化的机载设备，并且不具备使用“麻雀”导弹的能力。F-4E（F）的竞争对手是凌•特姆科•沃特公司的 F-8“十字军战士”轻型化方案 V-1000、洛克希德公司在 F-104“星战士”基础上改进的 CL-1200“枪骑兵”和诺斯罗普公司在 F-5A“自由战士”基础上发展的 F-5A-21。最后 F-5A-21 获胜，并最终发展出 F-5战斗机/F“虎” Ⅱ。这样 F-4E（F）方案就被暂时束之高阁了。
60 年代德国空军装备的主力防空战斗机是洛克希德的 F-104G，近距支援攻击机则是意大利菲亚特的 G.91。60 年代末德国和英国、意大利联合开展了“多任务战斗机”（MRCA）的研制，并计划用其截击型和对地攻击型分别替换 F-104G、G.91。但不久德国空军就意识到 MRCA 截击型难以在预定的 1975 年开始服役，于是从 1971 年开始寻求一种过渡机种以填补该机服役前的空白。
麦道公司见有机可乘，立刻向德国政府抛出了 F-4E（F）方案。这次它的竞争对手是多国联军，除了 V-1000 和 CL-1200 外，还有诺斯罗普公司的 P-530“眼镜蛇”（F/A-18 的前身）、瑞典萨伯公司的萨伯-37“雷”和法国达索飞机制造公司的“幻影”-F1。精打细算的日耳曼人总喜欢首先从成本考虑问题，经过比较分析，他们认为 F-4E（F）可以和 1969 年订购的 RF-4E（F-4E 的侦察型）通用大多数零部件，降低维护和使用成本，并且其空战格斗性能也比较好，所以决定选择该机。但在麦道公司开始制造第一架 F-4E（F）之前，德国空军又改变了主意，选择直接让 F-4E 保留双座并进行低成本简化改进，改进后的飞机编号为 F-4F，麦道公司称为“98NQ 型”。
F-4F 的主要部件由德国 MBB 公司和 VFW-福克Inc.授权生产，所装的通用电气 J79-GE-17A 发动机也授权慕尼黑发动机和涡轮联合股份有限公司（即 MTU 公司）生产，编号也改称 J79-MTU-17A。第一架飞机在 1973 年 5 月 18 日首飞，同年 9 月 5 日交付德国空军，1976 年 4 月全部 175 架交付完毕。其中有 12 架在美国用来训练德国空军飞行员期间曾被非正式命名为 TF-4F。这 175 架 F-4F 在 F-4 序列中的生产批次、生产序号和在德国空军中的编号情况见下表：
首先换装 F-4F 的是著名的“李希特霍芬”（Richthofen）战斗机联队（第 71 战斗机联队，JG71），随后该机又装备了 JG74“莫尔德斯”（Molders）战斗机联队、JBG36“威斯特法伦”（Westfalen）和 JBG35 战斗轰炸机联队。其中 JG71/74、JBG36 联队换装 F-4F 前都装备 F-104战斗机G，JBG35 联队的前身是 LKG42 强击机联队，装备 G.91R 攻击机，1975 年 4 月开始换装 F-4F 后改制成 JBG35 战斗轰炸机联队。
F-4F 突出了格斗空战能力，它的主要特点是：
（1）取消了平尾的前缘缝翼：F-4E 从第二架生产型（序号 66-0285）开始在平尾前缘增加了缝翼，因为在机头增加固定航空机炮（包括机炮、装有 639 发炮弹的弹鼓等）后重量增大，采用缝翼可以保证平尾的操纵效率。
（2）主翼采用前缘缝翼：这是美国空军 1971 年才签订生产合同的 F-4E 最新生产批次——第 48 批刚开始采用的技术，第一架采用前缘缝翼的 F-4E（序号 71-0238）在 1972 年 2 月 11 日才首飞。前缘缝翼取代了 F-4E 原来的前缘吹气襟翼，明显提高了飞机的机动性——它使 F-4F 的失速速度由早期型 F-4E 的 295 千米/小时降低到 233 千米/小时，扩大了飞机的飞行包线，提高了飞行的稳定性和操纵性。前缘缝翼的采用和飞机减重带来的推重比提高，使 F-4F 在 9,000 米高度以下的空战机动性有了明显改善：如完成 180° 盘旋，早期型 F-4E 需要 19 秒、转弯半径是 1,190 米，过载 3.3g；而 F-4F 只需要 14.2 秒、转弯半径 890 米，过载 4.5g。
（3）去掉了后机身的 7 号油箱和空中受油装置：F-4E 为了平衡机头固定机炮的重量，在后机身增加了一个容量约 357 升的 7 号油箱，使全机最大内部燃油容量增加到约 7,548 升。不过这是第 41 批次 F-4E 之前的数据，从 1968 签订生产合同的第 41 批开始由于自封闭油箱的采用，容量减小到约 7,022 升，所以 F-4F 机内最大燃油容量大约是 6,665 升左右。如果需要更大的航程，F-4F 可以像 F-4E 一样在机腹中心挂 1 个约 2,271 升的副油箱，左右机翼下外侧挂架各挂 1 个约 1,400 升的副油箱，这样最大载油量可达 11,736 升，对于德国空军来说已经足够了。
（4）尽量简化机载设备：F-4F 首先拆除了后座舱的操纵装置，飞机只能由前舱飞行员操纵。火控和传感器设备方面，取消了 F-4E 的 AJB-7 姿态参考/轰炸计算系统等攻击性设备以及 ASN-63 惯性导航装置，雷达也改用 APQ-120 的简化型 APQ-94，这样既减轻了重量，又节省了费用。不过 AJB-7 系统的取消使 F-4F 投射炸弹时只能依靠目视瞄准和轰炸双向定时器，轰炸精度比较差；而 APQ-94 取消了连续波照射器（Constant Wave Illuminator，CWI），使 F-4F 成为唯一不能使用“麻雀”的 F-4 系列作战型。
结构上的改进和机载设备的简化使 F-4F 全机重量比 F-4E 降低了约 1,500 千克，提高了飞机的推重比，也有利于提高空战格斗性能。
F-4F 在德国空军服役期间进行了 3 次比较大的改进，按时间顺序依次是“和平莱茵河”（Peace Rhine）计划、“结构寿命延长计划”（SLEP）和“提高战斗效能”（ICE）计划。
“和平莱茵河”计划
从 1980 年 11 月到 1983 年底，德国空军和美国联合对 F-4F 执行了这项改进。改进内容包括增加空中加油装置、把 APQ-94 升级到 APQ-120 的水平并采用 AYK-14 数字计算机、配备 1978 年服役的 AIM-9L“响尾蛇”格斗导弹、增加使用 AGM-65小牛导弹“小牛”空地导弹和 AVQ-23“宝石长钉”激光标定吊舱的能力和加强电子战能力等。
APQ-120 雷达采用了许多晶体管器件，这主要是为了减小体积和重量，适应 F-4E 机头下方布置固定航空机炮的需要，同时也提高了可靠性。该雷达采用 AYK-14 计算机后也被称为 AWG-14 火控系统（原编号 AWG-10A，因为 AYK-14 是 F-4J 上 AWG-10 火控系统计算机的改型）。该计算机比 APQ-120 以前使用的目标拦截计算机能提供更有效的武器发射方程解算，尤其是在使用“麻雀”导弹时计算方程能考虑目标的机动情况，使“麻雀”从拦射导弹转变成现代意义上的超视距空空导弹，而以前的目标拦截计算机只能较好地计算“直线碰撞”的情况。在“和平莱茵河”完成约半年后的 1984 年 6 月 12 日，我国的歼-8也首飞成功。根据公开的信息，歼-8Ⅱ早期的雷达虽然综合了连续波照射装置，但火控系统也只能解算“直线碰撞”问题，配用的拦射弹是“霹雳”-4 甲（最大拦射距离 18 千米，接近 AIM-7D，但 1985 年因性能不满足使用要求而下马）。直到 1995 年的改型歼-8ⅡB 才真正具备了超视距作战能力（同时也具有了较强的对地攻击能力），这比 F-4F 晚了 12 年。
AVQ-23 吊舱由西屋电气公司生产，带有激光测距/标定装置和与激光光学装置共瞄准线的热成像跟踪器，能在昼夜和一定的不利气象条件下由控制员手动操纵跟踪目标。激光标定时激光的脉冲重复频率编码由武器控制员在飞行中选择，可以引导本机或友机投射的激光制导武器，还能为投射本机携带的非制导对地攻击武器提供数据。
经过“和平莱茵河”计划改进的 F-4F 成为一种具有超视距空战和精确对地攻击能力的多功能战斗机，其作战能力与美国空军后期生产批次的 F-4E 相当。这次改进计划也表明德国空军决定放弃装备“狂风”的截击型（MRCA 在 1974 年 9 月命名为“狂风”），使 F-4F 从一种过渡型战斗机一跃成为德国空军直到 21 世纪初的主力制空战斗机。
“结构寿命延长计划”
为了延长 RF-4E 和 F-4F 的服役时间，德国空军在 1979 年就发布了“结构寿命延长计划”（SLEP）的要求。“和平莱茵河”计划完成后，戴姆勒－奔驰宇航公司（DASA）从 1984 年开始研究 SLEP 改装措施，1987 年开始对 RF-4E 进行改装，1990 年全部完成，但随后德国空军就开始逐步淘汰该机（其中有一些转让给了希腊）。第一批 F-4F 的 SLEP 改装也在 1987 年开始，1992 年完成；第二、三批的改装分别在 1989 年、1991 年开始，1992 年、1996 年结束。
延寿改装后的 F-4F 具有 6,000 小时的使用寿命，可以一直服役到 2005 年。如果需要，使用寿命还可以进一步延长到 10,000 小时，使飞机服役可以到 2012 年。SLEP 计划还使飞机的基地例行大修时间间隔延长到 72 个月，降低了飞机的全寿命周期成本（LCC）。
“提高战斗效能”计划
“和平莱茵河”计划完成后，德国空军又开始了“提高战斗效能”（ICE，德语缩写 KWS）计划，目的是使 F-4F 具备先进三代机的下视/下射和多目标攻击能力。经过两年的计划定义阶段，1986 年德国政府正式为该计划拨款，同年 12 月计划进入全尺寸发展阶段。
F-4F 的 ICE 改装主要由梅赛德斯-奔驰集团宇航公司承担，德国空军第 62 航空维护站也有参与。改进工作分两个阶段进行，第一阶段的内容是为当时保有的全部 F-4F 装备 1553B 数据总线、霍尼韦尔的 H-423 惯导和英国 英国通用电气公司马可尼航电公司的 CPU-143/A 大气数据计算机。这个阶段从 1988 年 10 月开始，1989 年又决定增加利顿工业公司的 ALR-68（V）-2 雷达告警系统。1990 年 3 月开始改装第一架飞机，到 1993 年上半年完成了全部改装工作。
第二阶段的内容是对部分经过第一阶段改装的 F-4F 进行进一步改进。改进内容包括采用休斯飞机公司的 APG-65 脉冲多普勒雷达、利特弗公司（由利顿工业在德国建立）的数字式任务计算机、新的敌我识别系统和先进的作战飞行程序（OFP）等。经过第二阶段改进的 F-4F 称为 F-4F ICE，可以使用休斯公司的 AIM-120“先进中距空空导弹”（AMRAAM）。
德国空军最初只打算改进 JG71/74 联队的 75 架 F-4F，但 1990 年 11 月德国空军将 JBG36 改成 JG72 战斗机联队（仍然称为“威斯特法伦”），并决定对该联队的 F-4F 也进行第二阶段改进，使计划改进的数量增加到 110 架，只有 40 架仍然保持第一阶段改进完成的状态。德国空军首先将 3715 号 F-4F 改装成试验机，在 1989 年 7 月首飞，目的是验证 AIM-120A 导弹的挂载兼容性和挂载导弹后的气动性能。第二架试验机改装自 3713 号，也是第一架 F-4F ICE，直到 1990 年 5 月 2 日才首飞，因为美国政府当时对技术转让的限制延误了该机雷达和软件的综合工作。对 3 个战斗机联队的正式改装工作从 1991 年 7 月开始，10 月改装机前往位于加利福尼亚州穆古角的美国海军太平洋武器测试区进行 AIM-120 导弹的火力测试，11 月 22 日进行了第一次实弹发射，1992 年 4 月第一架完成火力测试的 F-4F ICE 在 JG71 联队重新服役，到 7 月已有 6 架完成测试的改装机在该联队服役，1992 年 9 月 F-4F ICE 完成了全部火力测试，之后的改装机直接交付各战斗机联队。1996 年 10 月第二阶段改装工作全部完成。整个 ICE 计划在 1985～1991 年间累计花费了 2.57 亿美元，从 1991 年开始的正式改进工作累计花费 5.34 亿美元，这样相当于每架 F-4F（包括只进行一阶段改进的）改进费用约 527.3 万美元。
1553B 数据总线的采用使 F-4F ICE 的航电设备实现了综合化，也使将来增加新设备更加方便。APG-65 雷达原来装备F/A-18，德国空军在 1985 年 4 月为 ICE 计划选择该雷达，并由本国德律风根系统技术公司（TST）下属的 AEG 公司授权生产它的一些部件并重新设计和制造雷达控制板，休斯飞机公司则负责改进雷达显示器、提供关键软件和包括行波管（TWT）在内的核心部件，并从 1987 年 4 月开始向德国交付部件。这种采用新控制面板和改进显示器的 APG-65 称为 APG-65GY（GY 表示“德国”），后来还用来改进希腊空军的 F-4E。
APG-65 是率先采用可编程栅控行波管发射机和可编程信号处理机的实用机载雷达，这使它能发射多种形状的波束和通过改变程序提高性能。该雷达实现了全数字化，是世界上第一种同时具有完善的对空、对地功能的机载雷达，并采用“频率捷变”技术对抗电子干扰。在“边扫描边跟踪”模式下该雷达能同时跟踪 74 千米范围内的 10 个目标（在雷达显示器上可以显示其中 8 个），并制导多枚 AIM-120 中距导弹攻击多个目标。在对地工作时能以“地面活动目标指示”（GMTI）模式跟踪地面低速移动目标，在“多普勒波束锐化”（DBS）状态下具有 19：1 的锐化比（比值越大，分辨率越高），并可对小块地区采用“聚焦式多普勒波束锐化”模式将锐化比提高到 67：1。除了 F/A-18，后来还装备了美国海军陆战队、西班牙和意大利海军的 AV-8B＋。
利特弗公司的任务计算机采用摩托罗拉的 32 位 68020 微处理器，带有快速静态随机存取存储器和可重编程只读存储器。它采用专用集成电路（ASIC）减小了功率消耗、体积和重量，并利用多层中心熔合、表面贴片等技术实现了高密度封装，还有两个空余的电路板插槽可用来进一步扩充性能。该计算机重约 6.5 千克，输入 28 伏直流电，最大功率消耗 50 瓦，高质量的硬件和自检测技术的广泛应用使它具有良好的可靠性。
第一阶段改进中采用的 H-423 惯导是美国 80 年代中到 90 年代初的最新产品，重约 22 千克，由 3 个霍尼韦尔中国有限公司的 GG1342 环形激光陀螺、3 个桑德斯创德的固态 QA2000 加速度计以及相关电子部件组成，并有双余度 1553B 总线接口。该惯导在预置 22 条航线时导航精度优于 0.8 海里/小时，在战斗机或直升机上使用时平均故障间隔时间（MTBF）达到 2,000 小时，在战略运输机上使用时则可达 4,000 小时，自检测系统能提供高于 95% 的故障检测能力。1985 年 8 月该惯导被美国空军选为 C-130 运输机的标准装备，后来还装备了皇家澳大利亚空军的F-111战斗轰炸机、美国、比利时和丹麦空军的 F-16战斗机、瑞典的 JAS-39战斗机“鹰狮”和印度的 LCA。有消息说台湾的IDF 也计划采用该惯导（目前该机使用利顿工业的 LN-39，是美国空军 F-16 早期的标准装备）。H-423 还有一种软件增强的高精度型 H-423E，已经用于美国空军 F-117A 的升级。
CPU-143/A 是马可尼航电公司“标准中央大气数据计算机”（SCADC）中的一种，SCADC 是该公司按美国空军和海军的要求在 1981 年研制的通用计算机系列，目的是取代当时美国军队使用的包括 15 个不同型号、40 种不同型别的大气数据系统。SCDAC 总共只有 CPU-140/A～CPU-143/A 和 CPU 152/A 、CPU-175/A 六种不同的构型，其中 CPU-143/A 就是用于 F-4 系列的构型，重约 20.68 千克，功耗 80 瓦，具有 1553B 总线接口。SCDAC 每种构型只通过 1～2 个专用模块提供不同的飞机接口，核心部件的通用率超过 80%。内置的自检测系统故障检测和隔离率超过 95%，而地勤人员的检测对所有“外场可更换单元”（LRU）故障的检测和隔离率可达 98%。高度的通用化设计和高度的可靠性使该 SCADC 的全寿期成本大大降低了。
通过在机身半埋式挂架安装弗雷泽•纳什研究公司的弹射发射架，F-4F ICE 能同时携带 4 枚 AIM-120 中距导弹。最初使用的是 AIM-120A，1995 年中通过价值 6,420 万美元的合同订购了首批 96 枚 AIM-120B，目前可能已经使用最新的 AIM-120C“国际型”——AIM-120C5。
这样，德国 F-4F 从最初唯一不能使用“麻雀”的 F-4 系列作战型演变成了最早具备使用 AIM-120 能力的作战型，并成为德国空军直到 2002 年 12 月获得第一架 EF2000 之前唯一具有超视距多目标作战能力战斗机。由于 AIM-120 在 1991、1993 年才分别进入美国空军、美国海军航空兵服役，所以德国空军也是世界上第二支能实战使用该导弹的空中力量。
从 2002 年开始只进行 ICE 计划第一阶段改进的 F-4F 已开始退役，截至到 2003 年 3 月还有 147 架 F-4F 在服役，预计要到 2010 年左右才会全部从德国空军中退役。目前德国空军F-4F的装备情况见附表。
附表注：
1、.3834 号机退役到柏林加图德国空军博物馆；
2、JG72 联队在 2002 年 1 月改成德国空军作战训练单位，基地是位于赖讷附近的 Hopsten，只保留了两架 F-4F（3733、3743），其余或退役、或转到了 JG71/74、WTD61 等单位。2006 年该作战训练单位将撤消；
3、JG73“施坦因霍夫”（Steinhoff，1998 年命名）联队第 732 中队的 F-4F 在 2002 年 3 月已全部转到 JG71/74 等单位；731 中队的米格-29 也将在 2004 年全部转给波兰空军。德国空军订购的 EF2000 将首先装备该联队，到 2003 年 10 月 1 日前将装备 8 架；
4、第 20 中队常有一些飞机在美国新墨西哥州霍洛曼空军基地训练；
5、TSLw1 表示“德国空军第一技术学校”。该校的 F-4F 用来对学员进行介绍性教育；
6、WTD61 的基地在慕尼黑附近的曼兴；
7、表中未列出的 3746、3747 也已经拆毁，其中 3746 退役时间是 1994 年 9 月 2 日，此前进行了 ICE 第二阶段改进；3747 原属 JG72 联队，没有进行 ICE 第二阶段改进。