毫米波技术的应用

毫米波是介于微波与光波之间的电磁波,通常毫米波频段是指30～300GHz,相应波长为1～10mm 。目前绝大多数的应用研究集中在几个“窗口”频率,包括35、45、94、140、220GHz和三个吸收峰(60、120、200GHz频率上)。
毫米波电子系统具有如下特性:
·小天线孔径具有较高的天线增益;
·高跟踪精度和制导精度;
·不易受电子干扰;
·低角跟踪时多径效应和地杂波干扰小;
·多目标鉴别性能好;
·雷达分辨率高;
·大气衰减“谐振点”可作保密传输。
由于这些特性,毫米波主要应用在结构小、重量轻、分辨力高、作用距离近和具有良好多普勒处理特性的场合。与微波相比,毫米波受恶劣气候条件影响大,但分辨力高，结构轻小;与红外和可见光比，毫米波系统虽没有那样高的分辨力，但通过烟雾灰尘的传输特性好。
军事上的需要是推动毫米波系统发展的重要因素。目前毫米波在雷达、制导、战术和战略通信、电子对抗、遥感、辐射测量等方面得到了广泛应用。
毫米波雷达的优点是角分辨率高,频带宽,多普勒频移大和系统体积小,缺点是作用距离受功率器件限制大。目前大多数火控系统和地空导弹制导系统中的跟踪雷达均已工作在毫米波频段。
实际的精密跟踪雷达多是双频系统,即一部雷达同时工作于微波频段(用于搜索、引导,精度较低)和毫米波雷达(跟踪精度高、作用距离近),两者协同工作，可取得较好的效果。如美国海军研制的TRAKX双频精密跟踪雷达即有一部9GHz、300kw的反射机和一部35GHz、13KW的发射机及相应的接收系统，共用2.4m抛物面天线，已成功地跟踪了距水面30m高的目标,作用距离可达27km。双频还具有一个好处,毫米波频率可作为隐蔽式工作,提高了雷达的生存能力。
炮位侦察雷达用于精确测定敌方炮弹的轨迹,从而推算出敌方炮兵阵地的位置。由于雷达体积小(可人背、马驮)、角跟踪精度高,抗干扰和低截获,常采用3mm波段的雷达,发射机平均输出功率在20W左右。
用于跟踪弹、炮的搜索、跟踪两位一体雷达,搜索部分采用X波段,跟踪部分采用毫米波(8mm),例如改进的“空中卫士”综合火控雷达,具有很好的低角跟踪性能和抗干扰性能。
为了有效跟踪掠海飞行的小型高速导弹(巡航导弹),舰炮火控系统的跟踪雷达也有使用毫米波段的趋势,如:美国挑战者SA-2舰载火控跟踪雷达采用M(20-40GHz)波段，英国30型舰载火控跟踪雷达也使用了毫米波段。
为了高空探测飞机和导弹,毫米波雷达得到了有效的应用,因为毫米波在高空传输损耗很小,地面探测这些目标则会被很强的大气吸收所遮挡。
空间目标识别雷达的特点是使用大型天线以获得成像所需的角分辨率、高天线增益和大功率发射机以保证足够的作用距离,一部35GHz的空间目标识别雷达的天线口径达36m。用行波管提供10KW的发射功率，可以拍摄远在16Km处的卫星照片;一部工作在94GHz的空间目标识别雷达的天线口径为13.5m,采用回旋管输出20KW的发射功率,可对14.4Km远处的目标进行高分辨率的摄像。
现代直升机的空难事故中,飞机与高压架空电线相撞的事故占相当高的比率,因此直升机防撞雷达需要采用分辨率极高的毫米波雷达或激光雷达,实际上多用3mm雷达。这种雷达技术还可用于车辆防障和空中交会。
由于毫米波制导兼有微波制导和红外制导的优点。在大气层内，毫米波四个主要传输窗口(35、94、140、和220GHz)虽较微波对云、雨引起的衰减要大一些,但毫米波系统体积小,重量轻、易于高度集成化,而且频带宽,分辨率高，敌方难于载获,抗干扰性能强;较之红外则分辨率差一些,但通过烟、雾、灰、尘的能力强,具有较好的全天候战斗能力。因此，毫米波制导系统已成为精确制导的主要发展方向之一,特别是寻的制导系统。国外许多导弹的末制导采用了毫米波制导系统。例如,休斯公司研制的“黄蜂”反坦克导弹工作在94GHz，“幼畜”和海法尔以及“SADARM”等导弹和火箭弹上都使用35GHz的导引头。目前正在发展的毫米波成像技术及毫米脉冲多普勒导引头和红外焦平面探测器合成的双模导引头,使导引头具有真正全天候条件下“打了不用管”的功能。用于21世纪的超音速巡航导弹(ATACCM)、超音速反舰导弹(ANS)、先进反幅射导弹(ARRM)、先进反舰导弹(AASM)等都采用了毫米波技术在内的复合制导。
由于毫米波雷达和末制导系统的发展,相应的电子对抗手段也发展起来了。目前现役的多数雷达侦察/告警系统,如WJ-2740(美)、Wi927(美)、APR(V)A(美)的频率覆盖范围均已扩展到0.5～40GHz。据报导,美国电子对抗的部份雷达侦察设备频率覆盖可达3KHz～100GHz,并向300GHz发展。雷达告警设备频率已扩展到40～60GHz,北约正在研制一种车载毫米波告警设备,频段为40～140GHz。此外,通信侦察频段覆盖10KHz～毫米波段,通信干扰也将覆盖10KHz～60GHz。
在微波范围内已成功实用的电子干扰技术,如箔条和反雷达伪装，在毫米波频段则效果不佳,因为用于35GHz以上的箔条偶极子实在太小。因此要想有效地对抗毫米波雷达干扰需要研究新的方法,目前投放非谐振的毫米波箔条和气溶胶对敌方毫米波雷达波束进行散射是一种手段。
军用毫米波通信是战场环境下很有发展前途的通信手段，它具有波束窄、数据率高、电波隐蔽、保密和抗干扰性能好、开设迅速、使用方便灵活以及全天候工作的特点。军用毫米波通信主要应用有:远(空间)近(大气层)距保密通信,快速应急通信,对潜通信,卫星通信,星际通信,微波干线上下山的走线和电缆中断抢通设备等。
毫米波通信美国处于领先地位。目前30-40GHz的设备已实用，如美国Norden公司研制、工作频率在36～38.6GHz的AN/GRC-209短程视距通信设备,用于点对点数据传输。英国宇航公司与马可尼公司制造的skyNETIV卫星通信系统,载有4个X波段，2个UHF和一个EHF的转发器。美Milstar“战术战略中继卫星系统”由6颗星组成,上行频率为44GHz,下行频率为20GHz,星际通信频率为60GHz。地面近距离(如前沿阵地)也使用60GHz频率是为了保密通信，如美国雷声公司研制的TMR-2设备。■

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