毫米波技術(shù)基礎(chǔ)研究的進(jìn)展及應(yīng)用分析

1）極寬的帶寬。通常認(rèn)為毫米波頻率范圍為26.5～300GHz，帶寬高達(dá)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(dá)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(biāo)或者更為清晰地觀察目標(biāo)的細(xì)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(rèn)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(diǎn)，加上在電子對抗中擴(kuò)展頻段是取得成功的重要手段。毫米波技術(shù)和應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。

2毫米波技術(shù)的應(yīng)用

表面上看來毫米波系統(tǒng)和微波系統(tǒng)的應(yīng)用范圍大致是一樣的。但實(shí)際上兩者的性能有很大的差異，優(yōu)缺點(diǎn)正好相反。因此毫米波系統(tǒng)經(jīng)常和微波系統(tǒng)一起組成性能互補(bǔ)的系統(tǒng)。下面分述各種應(yīng)用的進(jìn)展情況。

2.1毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是角分辨率高、頻帶寬因而有利于采用脈沖壓縮技術(shù)、多普勒頗移大和系統(tǒng)的體積小。缺點(diǎn)是由于大氣吸收較大，當(dāng)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(yīng)用實(shí)例。

2.1.1 空間目標(biāo)識別雷達(dá)

它們的特點(diǎn)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(jī)以保證作用距離。例如一部工作于35GHz的空間目標(biāo)識別雷達(dá)其天線直徑達(dá)36m。用行波管提供10kw的發(fā)射功率，可以拍攝遠(yuǎn)在16，000km處的衛(wèi)星的照片。一部工作于94GHz的空間目標(biāo)識別雷達(dá)的天線直徑為 13.5m。當(dāng)用回族管提供20kw的發(fā)射功率時，可以對14400km遠(yuǎn)處的目標(biāo)進(jìn)行高分辨率攝像。

2.1.2汽車防撞雷達(dá)

因其作用距離不需要很遠(yuǎn)，故發(fā)射機(jī)的輸出功率不需要很高，但要求有很高的距離分辨率（達(dá)到米級），同時要能測速，且雷達(dá)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(jī)的毫米波脈沖多普勒雷達(dá)。采用脈沖壓縮技術(shù)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(diǎn)得到精確的速度值。

2.1.3直升飛機(jī)防控雷達(dá)

現(xiàn)代直升飛機(jī)的空難事故中，飛機(jī)與高壓架空電纜相撞造成的事故占了相當(dāng)高的比率。因此直升飛機(jī)防控雷達(dá)必須能發(fā)現(xiàn)線徑較細(xì)的高壓架空電纜，需要采用分辨率較高的短波長雷達(dá)，實(shí)際多用3mm雷達(dá)。

2.1.4精密跟蹤雷達(dá)

實(shí)際的精密跟蹤雷達(dá)多是雙頻系統(tǒng)，即一部雷達(dá)可同時工作于微波頻段（作用距離遠(yuǎn)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(bǔ)取得較好的效果。例如美國海軍研制的雙頻精密跟蹤雷達(dá)即有一部9GHz、300kw的發(fā)射機(jī)和一部35GHz、13kw的發(fā)射機(jī)及相應(yīng)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(biāo)，作用距離可達(dá)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(dá)的抗干擾能力。

2.1.5炮彈彈道測量雷達(dá)

這類雷達(dá)的用途是精確測定敵方炮彈的軌跡，從而推算出敵方炮兵陣地的位置，加以摧毀。多用3mm波段的雷達(dá)，發(fā)射機(jī)的平均輸出功率在20W左右。脈沖輸出功率應(yīng)盡可能高一些，以減輕信號處理的壓力。

2.2導(dǎo)彈的末制導(dǎo)系統(tǒng)

由于毫米波制導(dǎo)兼有微波制導(dǎo)和紅外制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，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(tuán)干擾的難度。加之毫米波制導(dǎo)系統(tǒng)受導(dǎo)彈飛行中形成的等離子體的影響較小，國外許多導(dǎo)彈的未制導(dǎo)采用了毫米波制導(dǎo)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(dǎo)彈都是。毫米波制導(dǎo)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(yuǎn)，但由于角閃爍效應(yīng)及其它一些造成指向擺動的因素會影響制導(dǎo)精度。二是被動方式，這時沒有角閃爍效應(yīng)，制導(dǎo)精度很高，但作用距離有限。為此經(jīng)常將兩者結(jié)合起來使用。即在距離較遠(yuǎn)處采用主動方式，當(dāng)接近目標(biāo)時轉(zhuǎn)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(dǎo)彈的引導(dǎo)頭中沒有毫米波發(fā)射機(jī)，只有接收機(jī)。發(fā)射機(jī)裝在另外的武器平臺上，對目標(biāo)進(jìn)行照射。引導(dǎo)頭接收從目標(biāo)反射回來的信號進(jìn)行制導(dǎo)。也能既保證作用距離又避免角閃爍效應(yīng)。還因?yàn)榘l(fā)射機(jī)和導(dǎo)彈不在一起，提高了抗干擾能力。