[科普中國]-毫米波雷達

毫米波雷達，是工作在毫米波波段（millimeter wave ）探測的雷達。通常毫米波是指30～300GHz頻域(波長為1～10mm)的。毫米波的波長介于微波和厘米波之間，因此毫米波雷達兼有微波雷達和光電雷達的一些優(yōu)點。

同厘米波導引頭相比，毫米波導引頭具有體積小、質量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、電視等光學導引頭相比，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候(大雨天除外)全天時的特點。另外，毫米波導引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導引頭 。毫米波雷達能分辨識別很小的目標，而且能同時識別多個目標；具有成像能力，體積小、機動性和隱蔽性好，在戰(zhàn)場上生存能力強1。

簡介毫米波雷達工作在毫米波段。通常毫米波是指30～300GHz頻段(波長為1～10mm)。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優(yōu)點。同厘米波導引頭相比，毫米波導引頭具有體積小、質量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、電視等光學導引頭相比，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候(大雨天除外)全天時的特點。另外，毫米波導引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導引頭 。

優(yōu)點光波在大氣中傳播衰減嚴重，器件加工精度要求高。毫米波與光波相比，它們利用大氣窗口（毫米波與亞毫米波在大氣中傳播時，由于氣體分子諧振吸收所致的某些衰減為極小值的頻率）傳播時的衰減小，受自然光和熱輻射源影響小。為此，它們在通信、雷達、制導、遙感技術、射電天文學和波譜學方面都有重大的意義。利用大氣窗口的毫米波頻率可實現(xiàn)大容量的衛(wèi)星-地面通信或地面中繼通信。利用毫米波天線的窄波束和低旁瓣性能可實現(xiàn)低仰角精密跟蹤雷達和成像雷達。在遠程導彈或航天器重返大氣層時，需采用能順利穿透等離子體的毫米波實現(xiàn)通信和制導。高分辨率的毫米波輻射計適用于氣象參數(shù)的遙感。用毫米波和亞毫米波的射電天文望遠鏡探測宇宙空間的輻射波譜可以推斷星際物質的成分。優(yōu)勢主要有以下幾點：

（1）小天線口徑、窄波束：高跟蹤和引導精度；易于進行低仰角跟蹤，抗地面多徑和雜波干擾；對近空目標具有高橫向分辨力；對區(qū)域成像和目標監(jiān)視具備高角分辨力；窄波束的高抗干擾性能；高天線增益；容易檢測小目標，包括電力線、電桿和彈丸等。

（2）大帶寬：具有高信息速率，容易采用窄脈沖或寬帶調頻信號獲得目標的細節(jié)結構特征；具有寬的擴譜能力，減少多徑、雜波并增強抗干擾能力；相鄰頻率的雷達或毫米波識別器工作，易克服相互干擾；高距離分辨力，易得到精確的目標跟蹤和識別能力。

（3）高多普勒頻率：慢目標和振動目標的良好檢測和識別能力；易于利用目標多普勒頻率特性進行目標特征識別；對干性大氣污染的穿透特性，提供在塵埃、煙塵和干雪條件下的良好檢測能力。

（4）良好的抗隱身性能：當前隱身飛行器上所涂覆的吸波材料都是針對厘米波的。根據(jù)國外的研究，毫米波雷達照射的隱身目標，能形成多部位較強的電磁散射，使其隱身性能大大降低，所以，毫米波雷達還具有反隱身的潛力。

劣勢毫米波在雷達中應用的主要限制有：雨、霧和濕雪等高潮濕環(huán)境的衰減，以及大功率器件和插損的影響降低了毫米波雷達的探測距離；樹叢穿透能力差，相比微波，對密樹叢穿透力低；元器件成本高，加工精度相對要求高，單片收發(fā)集成電路的開發(fā)相對遲緩。

發(fā)展簡況毫米波雷達的研制是從上世紀40年代開始的。50年代出現(xiàn)了用于機場交通管制和船用導航的毫米波雷達（工作波長約為 8毫米），顯示出高分辨力、高精度、小天線口徑等優(yōu)越性。但是，由于技術上的困難，毫米波雷達的發(fā)展一度受到限制。這些技術上的困難主要是：隨著工作頻率的提高，功率源輸出功率和效率降低，接收機混頻器和傳輸線損失增大。上世紀70年代中期以后，毫米波技術有了很大的進展,研制成功一些較好的功率源:固態(tài)器件如雪崩管（見雪崩二極管）和耿氏振蕩器（見電子轉移器件）；熱離子器件如磁控管、行波管、速調管、擴展的相互作用振蕩器、返波管振蕩器和回旋管等。脈沖工作的固態(tài)功率源多采用雪崩管,其峰值功率可達5～15瓦(95吉赫)。磁控管可用作高功率的脈沖功率源，峰值功率可達1～6千瓦（95吉赫）或1千瓦(140吉赫)，效率約為10%。回旋管是一種新型微波和毫米波振蕩器或放大器，在毫米波波段可提供兆瓦級的峰值功率。在低噪聲混頻器方面，肖特基二極管（見晶體二極管、肖特基結）混頻器在毫米波段已得到應用，在 100吉赫范圍，低噪聲混頻器噪聲溫度可低至500K(未致冷)或100K（致冷）。此外，在高增益天線、集成電路和鰭線波導等方面的技術也有所發(fā)展。70年代后期以來，毫米波雷達已經(jīng)應用于許多重要的民用和軍用系統(tǒng)中，如近程高分辨力防空系統(tǒng)、導彈制導系統(tǒng)、目標測量系統(tǒng)等。

適用需求根據(jù)毫米波雷達的特點，它容易滿足以下的應用需求：

（1）高精度多維搜索測量：進行高精度距離、方位、頻率和空間位置的測量定位；

（2）雷達安裝平臺有體積、重量、振動和其它環(huán)境的嚴格要求：毫米波雷達天線尺寸小、重量輕，容易滿足便攜、彈載、車載、機載和星載等不同平臺的特殊環(huán)境要求；

（3）目標特征提取和分類識別：毫米波雷達高分辨力、寬工作頻帶、大數(shù)值的多普勒頻率響應、短的波長易獲得目標細節(jié)特征和清晰輪廓成像等特點，適于目標分類和識別的重要戰(zhàn)術要求；

（4）小目標和近距離探測：毫米波短波長對應的光學區(qū)尺寸較小，相對微波雷達更適于小目標探測。除特殊的空間目標觀測等遠程毫米波雷達外，一般毫米波雷達適用于30 km 以下的近距離探測；

（5）抗電子戰(zhàn)干擾性強：毫米波窗口可用頻段寬，易進行寬頻帶擴頻和跳頻設計。同時針對毫米波雷達的偵察和干擾設備面臨寬頻帶、大氣衰減和窄波束等干擾難題，毫米波雷達相對微波雷達具有更好的抗干擾能力。

應用①導彈制導：毫米波雷達的主要用途之一是戰(zhàn)術導彈的末段制導。毫米波導引頭具有體積小、電壓低和全固態(tài)等特點，能滿足彈載環(huán)境要求。當工作頻率選在35吉赫或94吉赫時，天線口徑一般為10～20厘米。此外，毫米波雷達還用于波束制導系統(tǒng)，作為對近程導彈的控制。②目標監(jiān)視和截獲：毫米波雷達適用于近程、高分辨力的目標監(jiān)視和目標截獲，用于對低空飛行目標、地面目標和外空目標進行監(jiān)測。③炮火控制和跟蹤：毫米波雷達可用于對低空目標的炮火控制和跟蹤，已研制成94吉赫的單脈沖跟蹤雷達。④雷達測量：高分辨力和高精度的毫米波雷達可用于測量目標與雜波特性。這種雷達一般有多個工作頻率、多種接收和發(fā)射極化形式和可變的信號波形。目標的雷達截面積測量采用頻率比例的方法。利用毫米波雷達，對于按比例縮小了的目標模型進行測量，可得到在較低頻率上的雷達目標截面積。此外，毫米波雷達在地形跟蹤、導彈引信、船用導航等方面也有應用2。

本詞條內容貢獻者為:

杜強 - 高級工程師 - 中國科學院工程熱物理研究所張履謙 - 院士、雷達與電子技術專家 - 中國工程院