毫米波探测技术解析

精密跟踪雷达： 实际的精密跟踪雷达多是双频系统，即一部雷达可同时工作 于微波频段（作用距离远而跟踪精度较差）和毫米波频段（跟踪精度高而作 用距离较短），两者互补取得较好的效果。例如美国海军研制的双频精密跟 踪雷达即有一部9GHz、300kw的发射机和一部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。双额还带来了一个附加的好处：毫米波频率可作为隐蔽 频率使用，提高雷达的抗干扰能力。
导弹的末制导系统 ：由于毫米波制导兼有微波制导和红外制导的优点，同时由于 毫米波天线的旁瓣可以做得很低，敌方难于截获，增加了集团干扰的难度。加之 毫米波制导系统受导弹飞行中形成的等离子体的影响较小，国外许多导弹的未制 导采用了毫米波制导系统。例如美国的“黄蜂”、“灰背隼”、“STAFF’，英国 的“长剑”，前苏联的“SA－10” 等导弹都是。。
衰减
汽dKbm密/ 1度=1.0g/m3下的吸收曲线。
.1
.01
.001 10
30
100
400
频 率 GHz
在设计毫米波近感探测装置时，工作频 带应选择在大气窗口内，近感探测装置探 测距离一般可达几米至几百米。特别对于 几十米以下的近距离探测，主动毫米波探 测器可选择非大气窗口的频率，在这些特 定的频率下，反而可以大大提高抗干扰能 力。
8.2 大气对毫米波传播的影响
在晴朗天气下，大气对毫米波传播的影 响包括大气对毫米波的吸收、散射、折射 等。其中，吸收往往是由于分子中电子的 跃迁而形成的，大气中各种微粒可使电磁 波发生散射或折射。
图8-1示出大气衰减和频率的关系。图中 实线表3示在压强1.波p0 长=(c1m)010..3325kp0a.8 温度 T=21000 ℃、水汽密度=7.5g/m3时的吸收曲 线；1虚0 线表示在400m高空，T=0℃，水
第8章 毫米波探测技术
°
8.1 毫米波探测的物理基础
毫米波的工作频率介于微波和光之间，因此兼有两者的 优点。它具有以下主要特点：
1）极宽的带宽。通常认为毫米波频率范围为26.5～ 300GHz，带宽高达273.5GHz。超过从直流到微波全部带 宽的10倍。即使考虑大气吸收，在大气中传播时只能使用 四个主要窗口，但这四个窗口的总带宽也可达135GHz，为 微波以下各波段带宽之和的5 倍。这在频率资源紧张的今天 无疑极具吸引力。
3）与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多， 可以认为具有全天候特性。
4）和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此 毫米波系统更容易小型化。 由于毫米波的这些特点，加上 在电子对抗中扩展频段是取得成功的重要手段。毫米波技术 和应用得到了迅速的发展。
毫米波技术的应用
空间目标识别雷达 ：它们的特点是使用大型天线以得到 成像所需的角分辨率和足够高的天线增益，使用大功率发射 机以保证作用距离。例如一部工作于35GHz的空间目标识 别雷达其天线直径达36m。用行波管提供10kw的发射功率， 可以拍摄远在16，000km处的卫星的照片。一部工作于 94GHz的空间目标识别雷达的天线直径为13.5m。当用回族 管提供20kw的发射功率时，可以对14400km远处的目标进 行高分辨率摄像。
汽车防撞雷达： 因其作用距离不需要很远，故发射机的输出功率不需要很高， 但要求有很高的距离分辨率（达到米级），同时要能测速，且雷达的体积要尽 可能小。所以采用以固态振荡器作为发射机的毫米波脉冲多普勒雷达。采用脉 冲压缩技术将脉宽压缩到纳秒级，大大提高了距离分辨率。利用毫米波多普勒 颇移大的特点得到精确的速度值。
W W W
(2) (2) 与微波相比，毫米波的波束窄，方向性好，有极高的分辨率； (3) (3) 多普勒频率高，测量精度高，与激光和红外波段相比，毫米波具有穿
透烟雾、尘埃的能力、基本可以全天候工作。 (4) 毫米波段的频率范围正好与电子回旋谐振加热（ECRH）所要求的频
率相吻合，许多与分子转动能级有关的特性在毫米波段没有相应的谱线， 因而噪音小。 由于有以上的特点，毫米波技术的应用范围极广，在雷达、通信、精确 制导等军事武器上有越来越重要的作用，在遥感、射电天文学、医学、生 物学等民用方面也有较广泛的应用。因此，近几十年来毫米波技术的发展 十分迅速。
与微波相比的区别有：
(1) 任何物体在一定温度下都要辐射毫米波，可从用被动方式探测物体辐射毫 米波的强弱来识别目标。毫米波频带极宽，在四个主要大气窗口35、94、 140和220GHz中，可利用的带宽分别为16、23、26和70GHz，每个窗口 宽度都接近或大于整个厘米波段的频带，三个60、119和183GHz的吸收 带，也具有相当宽的频带。
8.3辐射模型及被动金属目标识别
物体在一定温度下都要辐射毫米波，主 动式辐射源通过天线向外辐射毫米波。当 毫米波碰到地面或空中其它物体时，将产 生反射、散射、吸收、折射等。
8.3Baidu Nhomakorabea1辐射方程
根据能量守恒定律，入射功率的平衡条件是：
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下标ρ，α，τ分别表示反射、吸收和透射。归一化可得：
大气窗口是指毫米波在某些波段穿透大 气的能力较强。取四个毫米波大气窗口的 中心频率及其带宽列入表8-1。
8.1 毫米波探测的物理基础
2）波束窄。在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波 的波束窄得多。例如一个 12cm的天线，在9.4GHz时波束 宽度为18度，而94GHz时波束宽度仅1.8度。因此可以分辨 相距更近的小目标或者更为清晰地观察目标的细节。
直升飞机防控雷达 ：现代直升飞机的空难事故中，飞机与高压架空电缆相撞造 成的事故占了相当高的比率。因此直升飞机防控雷达必须能发现线径较细的高压 架空电缆，需要采用分辨率较高的短波长雷达，实际多用3mm雷达。
炮弹弹道测量雷达： 这类雷达的用途是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，加以摧毁。多用3mm波段的雷达，发射机的平 均输出功率在20W左右。脉冲输出功率应尽可能高一些，以减轻信号处理 的压力。