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1、毫米波技術應用及其進展[摘要]介紹了毫米波技術在通信、雷達、制導、電子對抗和激光光譜學等方面的應用及相應的毫米波元件和器件的進展。關鍵詞：毫米波系統(tǒng)元件器件1引言毫米波的工作頻率介于微波和光之間，因此兼有兩者的優(yōu)點。它具有以下主要特點：1）極寬的帶寬。通常認為毫米波頻率范圍為26.5～300GHz，帶寬高達273.5GHz。超過從直流到微波全部帶寬的10倍。即使考慮大氣吸收，在大氣中傳播時只能使用四個主要窗口，但這四個窗口的總帶寬也可達135GHz，為微波以下各波段帶寬之和的5倍。這在頻率資源緊張的今天無疑極具吸引力。2）波束窄。在相同天線尺寸下毫米波的波束要比微波
2、的波束窄得多。例如一個12cm的天線，在9.4GHz時波束寬度為18度，而94GHz時波速寬度僅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目標或者更為清晰地觀察目標的細節(jié)。3）與激光相比，毫米波的傳播受氣候的影響要小得多，可以認為具有全天候特性。4）和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系統(tǒng)更容易小型化。由于毫米波的這些特點，加上在電子對抗中擴展頻段是取得成功的重要手段。毫米波技術和應用得到了迅速的發(fā)展。2毫米波技術的應用表面上看來毫米波系統(tǒng)和微波系統(tǒng)的應用范圍大致是一樣的。但實際上兩者的性能有很大的差異，優(yōu)缺點正好相反。因此毫米波系統(tǒng)經常和微波系統(tǒng)一起組成性能
3、互補的系統(tǒng)。下面分述各種應用的進展情況。2.1毫米波雷達毫米波雷達的優(yōu)點是角分辨率高、頻帶寬因而有利于采用脈沖壓縮技術、多普勒頗移大和系統(tǒng)的體積小。缺點是由于大氣吸收較大，當需要大作用距離時所需的發(fā)射功率及天線增益都比微波系統(tǒng)高。下面是一些典型的應用實例。2.1.1空間目標識別雷達它們的特點是使用大型天線以得到成像所需的角分辨率和足夠高的天線增益，使用大功率發(fā)射機以保證作用距離。例如一部工作于35GHz的空間目標識別雷達其天線直徑達36m。用行波管提供10kw的發(fā)射功率，可以拍攝遠在16，000km處的衛(wèi)星的照片。一部工作于94GHz的空間目標識別雷達的天線直徑為1
4、3.5m。當用回族管提供20kw的發(fā)射功率時，可以對14400km遠處的目標進行高分辨率攝像。2.1.2汽車防撞雷達因其作用距離不需要很遠，故發(fā)射機的輸出功率不需要很高，但要求有很高的距離分辨率（達到米級），同時要能測速，且雷達的體積要盡可能小。所以采用以固態(tài)振蕩器作為發(fā)射機的毫米波脈沖多普勒雷達。采用脈沖壓縮技術將脈寬壓縮到納秒級，大大提高了距離分辨率。利用毫米波多普勒頗移大的特點得到精確的速度值。2.1.3直升飛機防控雷達現(xiàn)代直升飛機的空難事故中，飛機與高壓架空電纜相撞造成的事故占了相當高的比率。因此直升飛機防控雷達必須能發(fā)現(xiàn)線徑較細的高壓架空電纜，需要采用分辨
5、率較高的短波長雷達，實際多用3mm雷達。2.1.4精密跟蹤雷達實際的精密跟蹤雷達多是雙頻系統(tǒng)，即一部雷達可同時工作于微波頻段（作用距離遠而跟蹤精度較差）和毫米波頻段（跟蹤精度高而作用距離較短），兩者互補取得較好的效果。例如美國海軍研制的雙頻精密跟蹤雷達即有一部9GHz、300kw的發(fā)射機和一部35GHz、13kw的發(fā)射機及相應的接收系統(tǒng)，共用2.4m拋物面天線，已成功地跟蹤了距水面30m高的目標，作用距離可達27km。雙額還帶來了一個附加的好處：毫米波頻率可作為隱蔽頻率使用，提高雷達的抗干擾能力。2.1.5炮彈彈道測量雷達這類雷達的用途是精確測定敵方炮彈的軌跡，從而
6、推算出敵方炮兵陣地的位置，加以摧毀。多用3mm波段的雷達，發(fā)射機的平均輸出功率在20W左右。脈沖輸出功率應盡可能高一些，以減輕信號處理的壓力。2.2導彈的末制導系統(tǒng)由于毫米波制導兼有微波制導和紅外制導的優(yōu)點，同時由于毫米波天線的旁瓣可以做得很低，敵方難于截獲，增加了集團干擾的難度。加之毫米波制導系統(tǒng)受導彈飛行中形成的等離子體的影響較小，國外許多導彈的未制導采用了毫米波制導系統(tǒng)。例如美國的“黃蜂”、“灰背隼”、“STAFF’，英國的“長劍”，前蘇聯(lián)的“SA－10”等導彈都是。毫米波制導系統(tǒng)最初有兩種工作方式：一是主動方式，這種方式作用距離遠，但由于角閃爍效應及其它一些
7、造成指向擺動的因素會影響制導精度。二是被動方式，這時沒有角閃爍效應，制導精度很高，但作用距離有限。為此經常將兩者結合起來使用。即在距離較遠處采用主動方式，當接近目標時轉為被動方式。在80年代以后，又發(fā)展了一種“半主動”體制，即在導彈的引導頭中沒有毫米波發(fā)射機，只有接收機。發(fā)射機裝在另外的武器平臺上，對目標進行照射。引導頭接收從目標反射回來的信號進行制導。也能既保證作用距離又避免角閃爍效應。還因為發(fā)射機和導彈不在一起，提高了抗干擾能力。2.3毫米波電子對抗由于毫米波雷達和制導系統(tǒng)的發(fā)展，相應的電子對抗手段也發(fā)展起來了。據(jù)報道美國的電子對抗設備中偵察部分110GHz
