**毫米波雷达近况

毫米波雷达比微波雷达体积小、重量轻、波束窄、带宽大、抗干扰能力强；比红外或激光传感器气象适应性好，可穿透雨、雾、战场浓烟、尘埃进行探测，所以它是继激光、红外之后电磁频谱利用中的又一枝新秀。以前毫米波雷达的应用受到器件，尤其是有源器件功率不高的限制，使它难以在末制导以外的领域发挥作用。然而今非昔比，美国80年代中期开始实施，90年代进入**阶段的微波毫米波集成电路规划取得了重大突破后，新型高效、大功率毫米波功率源、介质天线、集成天线、低噪声接收机芯片等相继问世，使毫米波雷达发生了更新换代的变革，且大大拓宽了它的应用领域。如今有可能用几个月时间就研制出一种新型毫米波雷达。

1 新的发射机与有源部件

在毫米波发射机领域内，有几种先进的器件正在研制，其中包括：高效固态组件、螺旋形行波管、快波器件。在快波器件中，工作频率不取决于器件相互作用区的尺寸。它利用注入到强磁场的相对论电子束，使电子以希望的辐射频率产生相干振荡。这种振荡频率可以覆盖毫米波到红外波段，改变磁场强度就可以获得任意频率。快波器件具有高峰值功率和高平均功率。目前主要有三种快波器件：回旋管、回旋加速自谐振微波激励器、自由电子激光器。回旋管从围绕磁场做螺旋形旋转的相对论电子中获得辐射能量。它的理论效率为90％，但是目前试验效率只有20～40％。回旋加速自谐振微波激励器是一种多普勒加速形式的回旋管，对于相同频率，它工作腔体比回旋管的大，因此能获得高功率，且只要求中等磁场强度。一种35千兆赫的器件输出功率可达17兆瓦，效率为6％，目前器件的效果与理论值还相差甚远。自由电子激光器的工作原理涉及光学腔体内用高场强的磁场波动器调制高功率电子束。现在35千兆赫频率的自由电子激光器，实时可调谐带宽已经达到10％（总带宽为24％），效率达60％，在脉冲重复频率为1千赫时，脉冲宽度达50毫微秒。如果采用脉冲合成技术，就可合成一个微秒的相干长脉冲，降低了脉冲重复频率。如果系统在有限的空间需要不到1千瓦的中等功率，那么螺旋形行波管是理想的功率源。95千兆赫的螺旋形行波管有10瓦的连续波功率（以3千兆赫的带宽工作），有的快波器件峰值功率大于1千兆瓦，平均功率大于1兆瓦。这些高效率、大功率新发射机器件的问世，将推动毫米波相控阵天线的研制。有了毫米波相控阵天线，毫米波战术雷达就很容易升级换代。

2 新的天线及无源部件

目前大多数毫米波雷达天线采用标准的反射器或波导馈电的透镜。对许多应用来说，由微带、平板、波导构成的天线和混合式天线属先进技术，且能降低重量、缩小体积、减少成本。现已研制成功一种工作在Ｗ波段高效率准集成喇叭天线（通过对集成喇叭匹配一渐宽段，它提供20分贝的增益，比标准集成喇叭提高增益10分贝）。在另外的研究中，发展一种波纹介质波导构成的，可以扫描的集成天线，其优点也可以体现在单脉冲天线中。一种工作频率94千兆赫、直径5.1厘米、五孔混合集成单脉冲天线已被论证了，它每路增益30.6分贝，效率达63％，**旁瓣电平低于39分贝。这些新天线的研制成功为雷达向模块化发展奠定了基础。无源部件方面的突出成就是准光学部件和波束波导的应用。现在一部采用微波结构的35千兆赫双极化角跟踪雷达已完全能被准光学部件替换，它的灵敏度比原来高出10分贝，峰值输出功率可达60千瓦，平均功率5千瓦。用于相干合并输出功率的准光学功率合成器已研制成功了。现在波束波导能替换雷达中许多主部件，像环形极化器、环形器和极化滤波器等。

3 毫米波集成电路的发展

毫米波雷达向集成化方向发展，支持这一发展的就是微波、毫米波集成电路规划的实施。现在，在毫米波集成电路中担任主角的除金属半导体场效应晶体管之外，又研制成功了高电子迁移率晶体管。它采用GaAs材料，与以前接收机用的毫米波器件相比，噪声系数改善4～8分贝。利用高电子迁移率晶体管技术的低噪声接收机，噪声系数只有2.75分贝，带宽5％，已在新的相控阵雷达中应用。一个单片芯片构成的Ka波段调频连续波雷达收／发机已经过了公开演示。64－AH"阿帕奇"武装直升机上的"长弓"火控雷达、导弹系统收发机采用了一块高电子迁移率晶体管功率放大器模块。它内含16片单片微波集成电路，在Ka波段每片输出功率为1瓦，放大器模块有16瓦的功率输出。这些模块的设计、研制和投放所用时间还不到1年，体现了正在进行的美国陆军**阶段微波、毫米波集成电路规划产生的巨大经济效益。现在的集成电路技术已能在一块衬底上集成高电子迁移率晶体管、金属半导体场效应晶体管和混合器件，把发射机、接收机和天线这样几个子系统构成一个成型模块。它成本、耗能低，但性能高。

4 **毫米波雷达的使用

目前，美国陆军*新的采用毫米波雷达的主要武器系统有两项：一是"长弓" 目标瞄准和导弹系统，二是战场作战识别系统。"长弓"系统以武装直升机为作战平台，任务是在夜间、雨、雾、雪及战场烟、尘等低能见度下，摧毁地面目标和低空目标。设计人员从雷达和导弹寻的器两方面综合考虑，从众多方案中选取了毫米波雷达。他们直接从GaAs毫米波单片集成电路入手，进行设计，导弹／雷达收发机部分直接采用*新高技术产品--由16块单片集成电路芯片构成的Ka波段功率放大器模块。这些芯片是采用0.15微米，高电子迁移率晶体管技术制造的。"长弓"系统的已于1996年开始生产。美陆军决定**批产品除了装备AH－64"阿帕奇"直升机外，还将装备RAH－66"科奇曼"直升机。战场作战识别系统是美国陆军于1993年下半年开始研制的重点项目。目前该系统仍属于保密项目。它选择了毫米波询问/应答系统。很可能以二次雷达方式工作，采用编码波形。美国陆军的BAT（智能反坦克子**）上装有声探测器和双色红外探测器，能对运动的坦克和装甲车自动定位，跟踪和摧毁。为了让其具有探测隐蔽的静止目标的能力，陆军正在研究用毫米波雷达或红外成像传感器代替其中的一种探测器。