頻率篇：小火箭軍用雷達關鍵技術系列報告之二

軍情 09-14

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共1736字，19圖。預計閱讀時間：4分鐘。

本系列，小火箭將和大家一起，回顧雷達發展的歷史，展望雷達技術的未來，梳理和分析雷達的三大關鍵技術。

讀罷本系列，小火箭期待好友能夠在三個方面產生對雷達的深度了解：

第一：雷達工作在不同的波段，使用不同的波長和頻率；

第二：怎樣在有限的功率條件下，產生強大的雷達信號；

第三：預警雷達、雷達制導的導彈、戰鬥機雷達是如何判讀和計算目標距離的。

在第一篇《起源篇：小火箭軍用雷達關鍵技術系列報告之一》中，小火箭和大家一起探討了雷達的起源。

本文是小火箭雷達系列報告的第二篇，咱們聊雷達的工作頻率。

早在第二次世界大戰期間，人們便對電磁波的波長進行了人為的劃分。按照波長從長到短的順序，有超長波、長波、中波、短波以及分米波、厘米波和毫米波等（當波長再小，進入亞毫米波範圍時，便進入了紅外線的世界）。

上圖為國際電信聯盟劃分的標準。

雖然上述劃分為衛星領域的標準，不過大家還是較為常用電氣和電子工程師學會IEEE的標準：

和小火箭一樣，國際電信聯盟也是一個國際組織。不過，不同的是，國際電聯主動靠近官方機構，並且已被吸納為聯合國的一個部門。

國際電聯的前身是1865年5月17日在巴黎創立的國際電報聯盟，是世界上最悠久的國際組織，主要負責確立國際無線電和電信的管理制度和標準。其主要任務是制定標準，分配無線電資源，組織各個國家之間的國際長途互聯方案。

當然，在1957年10月4日，人類第一顆人造地球衛星進入太空之後（詳見小火箭的公號文章《小火箭講述人類第一顆人造衛星的傳奇》），國際電聯有了新的使命：協調地球上空的衛星的頻率和軌道。

北約另有一套標準，按頻率從低到高，將電磁波劃分為從A到M這幾個波段。

用來發射電磁波的硬體尺寸與該雷達的工作頻段上的波長成正比。這類似於聲波的概念。獅子和家貓同是貓科動物。但是因為聲帶尺寸與發聲原理的區別，獅子發出的聲波頻率較低，波長較長。而家貓的叫聲則比較尖銳，聲波的波長較短。

地面警戒雷達主要用於地面警戒，向攔截機中隊（或攔截導彈）預報來襲轟炸機（或導彈）的方位。主要強調的是遠距離探測能力，對尺寸和發射功率沒有過多約束。

因此，這種雷達多工作在波長較長的波段，如HF、UHF、VHF等。較長的波長可以較好地利用電離層的反射作用，並且可以減少大氣對信號的衰減，這些雷達的尺寸往往在300米以上，很難搬到飛機上。

有些預警飛機（比如E-3預警機）背部的大盤子代表著尺寸最大的一類機載雷達。它們的工作頻率通常在1.55到3.4GHz的S波段。S是Short的縮寫，表示比L（Long）波段的波長要短。這樣的大盤子明顯無法塞進戰鬥機的機頭整流罩內。

小火箭風格：

上圖的雷達，為了實現全向探測，需要以每分鐘6轉的速度旋轉。

打開大罩子後，裡面是這樣的：

看來機載雷達的工作波長還需要進一步減小。以嚴謹和精確著稱的德國人早早便開始了減小機載雷達波長的嘗試。他們採用了中心波長為1.5厘米的無線電波段。

充滿民族自豪感的德國人以Kurtz（德語「短」）命名了這一波段。這便是K波段的來歷。

可是，這種波長的電磁波恰好處在大氣中水蒸氣的吸收高峰處，成了水蒸氣「最愛吃」的波段。

其探測距離極差，在雨霧天或者海面上，這樣的雷達幾乎無法使用。K波段的嘗試以失敗告終，不過頻率比K波段稍高的Ka波段（a指above）和頻率稍低的Ku波段(u指under)則較為成功地用在衛星通訊、地形跟蹤與迴避、導彈制導等方面。

為了減小硬體尺寸，雷達的工作波長應該盡量減小，但是過小的工作波長又太容易被大氣所衰減。現代機載雷達採用了X波段。

這一波段的中心波長為3厘米，比S波段短，比K波段長。這樣的雷達剛好能塞進戰鬥機頭部，而大氣衰減也比較能讓人接受（在海平面相隔1公里的兩地，X波段的雷達波跑一個來回僅衰減0.02dB）。