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雷达课堂 (第6讲) 雷达的频段及其应用_电子技术

感谢大家前来捧场,我是调皮哥,我希望自己能够坚持把【雷达课堂】这个专题做得越来越完美,让点进来的读者一定要带着收获出去,不然就是纯属浪费大家的宝贵时间。今天是【雷达课堂】 (第6讲) 雷达的频段及其应用。

今天的内容,虽然对部分读者来说很浅显,但我说过,点进来阅读的读者,一定要带着收获出去,有的东西一定是我们以前所不知道的。

一、雷达的频段划分

电磁波频谱的频率高达  Hz,人们根据物理性质不同把这个巨大的范围划分为许多不同的小范围。

由于以前制定的频段划分标准现在已经过时了,北约重新创建了一个新的频段划分方法,但是新划分的频段尚未完全在国际上得到认可,因此传统的频段名称仍在现在的雷达文献中使用,而新划分的频段只有在北约国家中使用。

故而,目前世界上存在两个有效的电磁波频段命名系统,如下图所示。频段划分图有两种颜色,粉红色是IEEE(美国电气与电子工程师协会)划分法,浅紫色是北约划分法。

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调皮的雷达笔记:光的频率是多少?或者我们换个说法,问光的波长是多少?结论是:可见光的色散谱根据波长依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。对应的波长(频率)在下表中列出。绿光波长为500-560nm,黄光波长为580-595nm,不同波长的可见光所对应的不同颜色。


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电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers),简称IEEE,总部位于美国纽约,是一个国际性的电子技术与信息科学工程师的协会,也是全球最大的非营利性专业技术学会。IEEE频段划分法起源于二战,当时故意不系统地划分目的是为了保密。

调皮哥的雷达笔记:雷达研发人员要注意保密,尤其是参与军用雷达研发的工程师,需要保密雷达的工作频段、功能、主要参数、研发单位、研发人员等信息,在论文、专利、网络文章、朋友圈等公开场合上不得发布!因为专业的人只要知道部分信息就能够推测出该雷达的主要用途!

北约国家内部使用频带分类方法也是源于军事需求,具体是源于电子战的波段划分,其中雷达设备最终占据了必不可少的地位,将来还可以很容易地定义更多高达太赫兹范围的频段。今天,国内大多数人仍然习惯于采用IEEE的频段划分方法,如图2红色部分所示。

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现代雷达的频率范围从大约5MHz~130GHz,某些频率对于某些雷达应用是首选的频段,例如,超远程雷达系统通常在低于D波段(包括D波段)的较低频率下运行。机场的空中交通管制雷达在低于3 GHz(ASR)或低于10 GHz(PAR)的情况下运行。

二、雷达频段的应用

1.A 和 B 波段(高频和甚高频雷达)

该频段低于300 MHz,是在第二次世界大战前后研发的第一批高频和甚高频雷达中使用的频段,当时人们只能掌握到这个频段,再高就不能控制了。后来被用于超远程,即所谓的早期预警雷达。

由于角度估计的精度和角度分辨率取决于波长与天线尺寸的比值,高频和甚高频雷达无法满足高精度要求,现在主要用于反隐形技术。

反隐形雷达技术:当波长接近与飞机尺寸接近的谐振区域时,隐身飞机的RCS的净值通常会增加,故低频雷达通常被认为可以针对飞机的隐身技术。

2.C波段(UHF-雷达)

目前专门用于军用预警的雷达,频段处于(300 MHz~1 GHz),例如中程增程防空系统(MEADS),以及作为天气观测中的风廓线仪,因为这些频率仅受到天气的轻微影响,故而可进行远距离探测。

超宽带雷达,以非常低的脉冲功率从A到C波段传输,主要用于技术材料调查或部分用于考古学,如探地雷达(GPR)。


雷达趣闻:

(1)MEADS(Medium Extended Air Defense System)“中程增程防空系统”由美国、德国和意大利联合研制,以取代“爱国者”系统。1995年2月,美、法、德、意决定将各自的防空系统发展计划合并为“中程增程防空系统”发展计划。由于法国退出合作计划,MEADS系统最终成为美、德、意三方合作项目。美、德、意三方出资比例:美国58%,德国25%,意大利17%。


雷达补充学习:

(2)风廓线仪(WPR),探测晴空大气中风垂高度化的一种雷达设备,是1960年第一颗气象卫星发射之后出现的新兴气象探测仪器,是各国应用于气象业务探测的新手段。


3.D波段(L波段雷达)

该范围非常适合射程达250海里(约为400公里)的现代远程空中监视雷达,以高功率、宽带宽和脉冲内调制发射脉冲,实现更长的距离的探测,但是由于地球的曲率,这些雷达实际上可以达到的范围要小得多,因为目标会被地平线遮挡。

空中航线雷达或空中航线监视雷达(ARSR)用于空中交通管制,与单脉冲二次监视雷达(MSSR)结合使用,这些雷达使用相对较大,采用缓慢旋转的天线运行。

L 波段的“L”可以用代表large 天线或 long 距离。

4.E/F波段(S波段雷达)

频段处于2~4 GHz,大气衰减高于D波段,因此雷达需要更高的脉冲功率来实现远距离探测。例如,军用中功率雷达(MPR)的脉冲功率高达20MW。

由于天气影响,电磁波已经开始发生相当大的衰减,故而一些气象雷达可在E / F波段工作,但更多的是在亚热带和热带气候条件下工作,因为在这个条件下雷达可以受到严重天气影响。

空中监视雷达(ASR)检测距离可达50 ~ 60海里(约为100公里),用于检测民用和军用机场附近的飞机位置和天气状况。

S 波段的“S”可以用来代表 smart天线或 shorter 距离。

5.G波段(C波段雷达)

该频段可用于具有短程和中程的移动军用战场雷达,该雷达的天线具有体积小、可以快速安装、高精度的特点,可以用于武器控制。C波段受到天气的影响非常大,这就是为什么军用雷达通常配备圆极化的天线的原因。

6.I/J 波段(X 波段和 Ku 波段雷达)

频段位于8~12 GHz之间,可以使用相对较小的天线,实现足够的角度精度,军事上可用作机载雷达以及导弹控制雷达系统。该频段主要用于民用和军用海上导航雷达系统,小型廉价、快速旋转的天线提供足够的检测距离和足够高的精度,天线可以构造为简单的贴片天线。

该频段在基于合成孔径雷达(SAR)的星载或机载成像雷达中也很受欢迎,既用于军事电子情报,也用于民用地理测绘,而逆合成孔径雷达(ISAR)的一个特殊应用是监测海洋以防止环境污染。

7.K波段(K波段和Ka波段雷达)

随着发射频率的增加,电磁波在大气中的衰减会增加,衰减图如下图所示。

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8.V波段

由于大气的分子散射,电磁波遭受非常强的衰减,雷达应用仅限于几十米的距离,例如毫米波雷达。

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9.W 波段

W 波段可以观察到两个地方的大气衰减现象,最大衰减约为75GHz,相对最小值约为96 GHz。在大约75~76 GHz的频率可用于短程雷达,安装在在汽车上用作泊车辅助、制动辅助系统和自适应巡航。96~98 GHz这些雷达应用为在高达 100 GHz 的频率下使用雷达提供了预研究。

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10.N 波段

太赫兹范围定义为100 ~300 GHz,因此业界为该频率范围提供雷达模块,称为“太赫兹雷达”。例如,安检全身扫描仪,不过尽管这些太赫兹频率可以很容易地穿透干燥以及非导电物质,但由于人体皮肤的水分,它们无法穿透皮肤的深度超过几毫米。