频率篇:小火箭军用雷达关键技术系列报告之二

小火箭出品

本文作者:邢強博士

本文共1736字, 19圖。 預計閱讀時間:4分鐘


本系列, 小火箭將和大家一起, 回顧雷達發展的歷史, 展望雷達技術的未來, 梳理和分析雷達的三大關鍵技術。

讀罷本系列, 小火箭期待好友能夠在三個方面產生對雷達的深度了解:

第一:雷達工作在不同的波段, 使用不同的波長和頻率;

第二:怎樣在有限的功率條件下, 產生強大的雷達信號;

第三:預警雷達、雷達制導的導彈、戰斗機雷達是如何判讀和計算目標距離的。

在第一篇《》中, 小火箭和大家一起探討了雷達的起源。

本文是小火箭雷達系列報告的第二篇, 咱們聊雷達的工作頻率。

早在第二次世界大戰期間, 人們便對電磁波的波長進行了人為的劃分。 按照波長從長到短的順序, 有超長波、長波、中波、短波以及分米波、厘米波和毫米波等(當波長再小, 進入亞毫米波范圍時, 便進入了紅外線的世界)。


上圖為國際電信聯盟劃分的標準。

雖然上述劃分為衛星領域的標準, 不過大家還是較為常用電氣和電子工程師學會IEEE的標準:




和小火箭一樣, 國際電信聯盟也是一個國際組織。 不過, 不同的是, 國際電聯主動靠近官方機構, 并且已被吸納為聯合國的一個部門。

國際電聯的前身是1865年5月17日在巴黎創立的國際電報聯盟, 是世界上最悠久的國際組織, 主要負責確立國際無線電和電信的管理制度和標準。 其主要任務是制定標準, 分配無線電資源, 組織各個國家之間的國際長途互聯方案。

當然, 在1957年10月4日, 人類第一顆人造地球衛星進入太空之后(詳見小火箭的公號文章《小火箭講述人類第一顆人造衛星的傳奇》), 國際電聯有了新的使命:協調地球上空的衛星的頻率和軌道。


北約另有一套標準, 按頻率從低到高, 將電磁波劃分為從A到M這幾個波段。



用來發射電磁波的硬件尺寸與該雷達的工作頻段上的波長成正比。 這類似于聲波的概念。 獅子和家貓同是貓科動物。 但是因為聲帶尺寸與發聲原理的區別, 獅子發出的聲波頻率較低, 波長較長。 而家貓的叫聲則比較尖銳, 聲波的波長較短。



地面警戒雷達主要用于地面警戒, 向攔截機中隊(或攔截導彈)預報來襲轟炸機(或導彈)的方位。 主要強調的是遠距離探測能力, 對尺寸和發射功率沒有過多約束。

因此,這種雷達多工作在波長較長的波段,如HF、UHF、VHF等。較長的波長可以較好地利用電離層的反射作用,并且可以減少大氣對信號的衰減,這些雷達的尺寸往往在300米以上,很難搬到飛機上。



有些預警飛機(比如E-3預警機)背部的大盤子代表著尺寸最大的一類機載雷達。它們的工作頻率通常在1.55到3.4GHz的S波段。S是Short的縮寫,表示比L(Long)波段的波長要短。這樣的大盤子明顯無法塞進戰斗機的機頭整流罩內。

小火箭風格:

上圖的雷達,為了實現全向探測,需要以每分鐘6轉的速度旋轉。

打開大罩子后,里面是這樣的:




看來機載雷達的工作波長還需要進一步減小。以嚴謹和精確著稱的德國人早早便開始了減小機載雷達波長的嘗試。他們采用了中心波長為1.5厘米的無線電波段。

充滿民族自豪感的德國人以Kurtz(德語“短”)命名了這一波段。這便是K波段的來歷。

可是,這種波長的電磁波恰好處在大氣中水蒸氣的吸收高峰處,成了水蒸氣“最愛吃”的波段。



其探測距離極差,在雨霧天或者海面上,這樣的雷達幾乎無法使用。K波段的嘗試以失敗告終,不過頻率比K波段稍高的Ka波段(a指above)和頻率稍低的Ku波段(u指under)則較為成功地用在衛星通訊、地形跟蹤與回避、導彈制導等方面。


為了減小硬件尺寸,雷達的工作波長應該盡量減小,但是過小的工作波長又太容易被大氣所衰減。現代機載雷達采用了X波段。

這一波段的中心波長為3厘米,比S波段短,比K波段長。這樣的雷達剛好能塞進戰斗機頭部,而大氣衰減也比較能讓人接受(在海平面相隔1公里的兩地,X波段的雷達波跑一個來回僅衰減0.02dB)。


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版權聲明:

本文是邢強博士原創文章,騰訊獨家內容。歡迎朋友圈轉發。

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因此,這種雷達多工作在波長較長的波段,如HF、UHF、VHF等。較長的波長可以較好地利用電離層的反射作用,并且可以減少大氣對信號的衰減,這些雷達的尺寸往往在300米以上,很難搬到飛機上。



有些預警飛機(比如E-3預警機)背部的大盤子代表著尺寸最大的一類機載雷達。它們的工作頻率通常在1.55到3.4GHz的S波段。S是Short的縮寫,表示比L(Long)波段的波長要短。這樣的大盤子明顯無法塞進戰斗機的機頭整流罩內。

小火箭風格:

上圖的雷達,為了實現全向探測,需要以每分鐘6轉的速度旋轉。

打開大罩子后,里面是這樣的:




看來機載雷達的工作波長還需要進一步減小。以嚴謹和精確著稱的德國人早早便開始了減小機載雷達波長的嘗試。他們采用了中心波長為1.5厘米的無線電波段。

充滿民族自豪感的德國人以Kurtz(德語“短”)命名了這一波段。這便是K波段的來歷。

可是,這種波長的電磁波恰好處在大氣中水蒸氣的吸收高峰處,成了水蒸氣“最愛吃”的波段。



其探測距離極差,在雨霧天或者海面上,這樣的雷達幾乎無法使用。K波段的嘗試以失敗告終,不過頻率比K波段稍高的Ka波段(a指above)和頻率稍低的Ku波段(u指under)則較為成功地用在衛星通訊、地形跟蹤與回避、導彈制導等方面。


為了減小硬件尺寸,雷達的工作波長應該盡量減小,但是過小的工作波長又太容易被大氣所衰減。現代機載雷達采用了X波段。

這一波段的中心波長為3厘米,比S波段短,比K波段長。這樣的雷達剛好能塞進戰斗機頭部,而大氣衰減也比較能讓人接受(在海平面相隔1公里的兩地,X波段的雷達波跑一個來回僅衰減0.02dB)。


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