毫米波雷达简介

毫米波雷达简介1简介毫米波雷达使用毫米波（millimeterwave）通常毫米波是指30～300GHz频域(波长为1～10mm)的。毫米波的波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。毫米波雷达2缺点大气中传播衰减严重，器件加工精度要求高。与光波相比，它们利用大气窗口（毫米波与亚毫米波在大气中传播时，由于气体分子谐振吸收所致的某些衰减为极小值的频率）传播时的衰减小，受自然光和热辐射源影响小。为此，它们在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。利用大气窗口的毫米波频率可实现大容量的卫星-地面通信或地面中继通信。利用毫米波天线的窄波毫米波雷达束和低旁瓣性能可实现低仰角精密跟踪雷达和成像雷达。在远程导弹或航天器重返大气层时，需采用能顺利穿透等离子体的毫米波实现通信和制导。高分辨率的毫米波辐射计适用于气象参数的遥感。用毫米波和亚毫米波的射电天文望远镜探测宇宙空间的辐射波谱可以推断星际物质的成分。3发展简况毫米波雷达的研制是从40年代开始的。50年代出现了用于机场交通管制和船用导航的毫米波雷达（工作波长约为8毫米），显示出高分辨力、高精度、小天线口径等优越性。但是，由于技术上的困难，毫米波雷达的发展一度受到限制。这些技术上的困难主要是：随着工作频率的提高，功率源输出功率和效率降低，接收机混频器和传输线损失增大。70年代中期以后，毫米波技术有了很大的进展,研制成功一些较好的功率源:固态器件如雪崩管（见雪崩二极管）和耿氏振荡器（见电子转移器件）；热离子器件如磁控管、行波管、速调管、扩展的相互作用振荡器、返波管振荡器和回旋管等。脉冲工作的固态功率源多采用雪崩管,其峰值功率可达5～15瓦(95吉赫)。磁控管可用作高功率的脉冲功率源，峰值功率可达1～6千瓦（95吉赫）或1千瓦(140吉赫)，效率约为10%。回旋管是一种新型微波和毫米波振荡器或放大器，在毫米波波段可提供兆瓦级的峰值功率。在低噪声混频器方面，肖特基二极管（见晶体二极管、肖特基结）混频器在毫米波段已得到应用，在100吉赫范围，低噪声混频器噪声温度可低至500K(未致冷)或100K（致冷）。此外，在高增益天线、集成电路和鳍线波导等方面的技术也有所发展。70年代后期以来，毫米波雷达已经应用于许多重要的民用和军用系统中，如近程高分辨力防空系统、导弹制导系统、目标测量系统等。4应用①导弹制导：毫米波雷达的主要用途之一是战术导弹的末段制导。毫米波导引头具有体积小、电压低和全固态等特点，能满足弹载环境要求。当工作频率选在35吉赫或94吉赫时，天线口径一般为10～20厘米。此外，毫米波雷达还用于波束制导系统，作为对近程导弹的控制。②目标监视和截获：毫米波雷达适用于近程、高分辨力的目标监视和目标截获，用于对低空飞行目标、地面目标和外空目标进行监测。③炮火控制和跟踪：毫米波雷达可用于对低空目标的炮火控制和跟踪，已研制成94吉赫的单脉冲跟踪雷达。④雷达测量：高分辨力和高精度的毫米波雷达可用于测量目标与杂波特性。这种雷达一般有多个工作频率、多种接收和发射极化形式和可变的信号波形。目标的雷达截面积测量采用频率比例的方法。利用毫米波雷达，对于按比例缩小了的目标模型进行测量，可得到在较低频率上的雷达目标截面积。此外，毫米波雷达在地形跟踪、导弹引信、船用导航等方面也有应用。5特点与微波雷达相比，毫米波雷达的特点是：①在天线口径相同的情况下，毫米波雷达有更窄的波束（一般为毫弧度量级），可提高雷达的角分辨能力和测角精度，并且有利于抗电子干扰、杂波干扰和多径反射干扰等。②由于工作频率高，可能得到大的信号带宽（如吉赫量级）和多普勒频移，有利于提高距离和速度的测量精度和分辨能力并能分析目标特征。③天线口径和元件、器件体积小，宜于飞机、卫星或导弹载用。6传播特性毫米波在大气中的传播损失主要来自水蒸汽和氧分子对电磁能量的谐振吸收。传播损失与工作频率有一定的关系（见图）。在各谐振点之间存在着损失较小的以35吉赫、94吉赫、140吉赫、220吉赫等频率为中心的窗口。各窗口宽度不等，约为几十吉赫。毫米波雷达的工作频率选在这些窗口之内。图中还表示出在有雨、有雾等条件下，传播损失与工作频率的关系。在毫米波波段，这种损失主要来源于雨和雾对电磁能量的吸收。在有雨、有雾等条件下，毫米波的传播损失比微波严重得多，而且频率“窗口”不复存在。与光波（红外、可见光、紫外光）相比，毫米波在云雾、烟、尘中传播的损失要小得多。以传播损失来说，毫米波雷达比激光雷达优越。