机载雷达的时间简史.pdfVIP

机载雷达的时间简史 从地基起步 蝙蝠，虽然像人一样拥有双眼，但它看起东西来，用到的却不是眼睛。 蝙蝠从鼻子里发出的超声波在传输过程中遇到物体后会立刻反弹，根据声 波发射和回波接收之间的时间差，蝙蝠就可以轻易地判断出物体的位置。 这一工作原理与人类发明的雷达如出一辙。 从蝙蝠的生存技能来理解雷达，无疑是一个很有意思的捷径。不过把 雷达的发明说成是仿生学的结果，却是一种牵强附会。如果时间倒退到七 十多年前，英国的雷达先驱者们听到这种说法，也一定会笑着解释说，“不， 不，是轰炸机让我们发明了雷达，而不是蝙蝠。” 1935年，英国科学家罗伯特•沃森•瓦特爵士（发明蒸汽机的那位瓦特 先生的后代），显然继承了其祖先的优秀基因，成为世界上第一部雷达的 研制者。当时正值第二次世界大战前。那时的轰炸机在战争中已经扮演了 重要的角色，为了发现入侵的轰炸机，最初只能利用光学（如探照灯）或 声学的手段，显然，这种方法提供的预警时间太短，不能满足防空需要。 为了缓解巨大的防空压力，英国人可谓绞尽脑汁。1935年初，瓦特开发出 一部能够接收电磁波的设备。当年6月，瓦特领导的团队赶制出了世界上 的第一部雷达。多座高塔是这部雷达的最显著特征，高塔之间挂列着平行 放置的发射天线，而接收天线则放置在另外的高塔上。7月，这部雷达探 测到海上的飞机。1936年5月，英国空军决定在本土大规模部署这种雷达， 称为“本土链”（Chain Home），到1937年4月，本土链雷达工作状态趋于 稳定，能够探测到160千米以外的飞机；到了8月，已经有3个本土链雷达 站部署完毕。而到了1939年初，投入使用的雷达站增加到20个，形成贯通 英国南北的无线电波防线。 1939年，二战爆发。英德之间的不列颠空战成为雷达大显身手的舞台。 本土链雷达网多次探测到德军的空袭，并为己方拦截机提供引导信息。也 许，德国人并没有真正理解本土链的威力，因此自始至终都没有对那一个 个看来莫名其妙的高塔进行轰炸或干扰。 雷达先驱者们的不幸 雷达在战争中展露头角，使得英国人也想把雷达装上飞机。在空战中， 如果在晴朗的白天，飞行员一般都能比较顺利地发现敌机，但如果天气不 好或者是在夜晚，发现目标就会变得困难。把雷达装上飞机就能帮助飞行 员穿透迷雾和黑夜进行空中拦截作战——空中截击雷达（AI雷达）的概 念就出现了。然而，以当时的技术水平，哪个工程师要是被军方派去开发 AI雷达，绝对是一种不幸。先不说本土链雷达的巨大天线，仅仅是巨大 的耗电量就是个难以解决的事儿了。那么，怎么样才能把雷达做得足够“迷 你”够“环保”却又看得足够远呢？ 雷达通过发射机产生一定振荡频率的电流，送至天线后通过电磁感应 现象把电能变成电磁波辐射到空间；电磁波碰到物体后会向各个方向反 射，其中一部分会返回雷达（称为后向散射），被天线接收并送至雷达接 收机，在显示器上显示。如果我们能够提高发射机产生的功率，并且使得 从天线辐射出去的电波能量在空间尽量集中，就能使得电波能够在更远的 距离上触及目标。这正像我们在说话时，如果需要离自己很远的人也能听 见，可以做两件事，要么扯起嗓子喊，要么拿一个喇叭。雷达提高探测距 离的这两个基本办法，在专业上称为提高“功率孔径积”。 如何提高发射机的功率呢？可以对一定振荡频率（可以认为与雷达在 空间辐射的电磁波的频率相同）的电流通过放大器放大，然后再送至天线。 实际上这是发射机最主要的功用。但是，放大器的放大能力与电磁波的工 作频率直接相关。频率越低，放大越容易。早期的雷达，其电磁波频率只 能在300兆赫以下（对应的电磁波波长大于1米，称为米波），本土链雷达 的工作频率只有11.5兆赫，波长26米。当然，如果器件水平只允许雷达工 作在较低的频率，而雷达工作在较低频率上又没有什么坏处的话，那就让 它工作在低频段上好了，但情况并没有那么简单。雷达电磁波的工作频率 还直接影响到雷达把能量集中到空中去发射的能力，即天线性能。人们把 雷达电波从天线辐射出来的能量在空间的分布用波瓣图来表示。雷达能量 最集中的区域称为主瓣，其余的区域就叫副瓣，又叫旁瓣。雷达天线把能 量集中到主瓣宽度内发射的能量和雷达向全方位同等辐射能量的比值，称 为天线的增益。雷达能量在空间越集中，主瓣宽度（一般为几度以下）就 越小，增益就越高。在天线尺寸一定的情况下，雷达波长越长，主瓣波束 宽度越宽，增益越小；或者说，在雷达波长选定以后，为了获得尽量窄的 波束宽度和尽量高的增益，应该尽量把天线个头做大。 如果要增大天线，飞机