1.2 电磁波谱及雷达频段

1865年，麦克斯韦（J.C.Maxwell）提出了奠定电磁场理论基础的麦克斯韦方程，揭示了随时间变化的电场与磁场相互转换的关系。麦克斯韦预言了电磁波的存在，并说明电磁波与光在自由空间中具有相同的传播速度，因此，麦克斯韦预示了光也是一种电磁波。

1886年，赫兹（Heinrich Hertz）通过实验证明了电能够以电磁波的形式发射，并且其传播速度等于光速。1889年，赫兹还通过实验演示了电磁波碰到物体时会产生散射。这些实验直接为后来无线通信、雷达、电视等的发明奠定了基础。

1.2.1 电磁波谱

电磁波具有连续的频谱，其频率从低到高涵盖了声波、超声波、无线电频率、红外、可见光、紫外、X射线和γ射线等，整个电磁频谱的示意图如图1-1所示。

图1-1 电磁频谱

在雷达工程领域中，常用一些英文字母来表示特定频段的名称，如L波段、S波段、X波段、K波段等。这是在第二次世界大战中一些国家为了对雷达工作频率保密而采用的符号表示，以后逐渐为所有雷达工程师所接受并一直沿用至今，且形成了标准。表1-1 列出了美国电气与电子工程师协会（IEEE）于1984 年制定的雷达频段字母命名标准（IEEE Standard 521-1984），表中规定了各雷达频段的字母代码及其对应的频率范围[2]。

表1-1 雷达波段命名及其对应的频率（IEEE标准）

根据雷达的工作原理，无论发射电磁波频率的高低，只要是通过接收目标对电磁波的散射信号，对目标进行探测和定位，都属于雷达系统的工作范畴。图1-1对雷达工作的频率范围进行了标注，大致在3MHz～3THz范围，不同频率度量单位的换算关系为：1kHz=103 Hz，1MHz=103 kHz，1GHz=103 MHz，1THz=103 GHz。

1.2.2 雷达频段的特性

每一种频率范围的电磁波，都具有自己的特性，工作在不同频率范围的雷达在工程实现时往往差别很大。下面分几个大的频段进行介绍。

1.米波段（包括HF、VHF和UHF频段）

早期的雷达多工作在这一频段。在该工作频段的雷达具有简单可靠、容易获得高辐射功率、容易制造、动目标显示性能好、不受大气传输的影响、造价低等优点。因此，在对空警戒雷达、电离层探测器、超视距雷达中有广泛的应用。该波段雷达的主要缺点是目标的角分辨率低。

2.分米波段（包括L和S波段）

与米波频段雷达相比，分米波段雷达具有较好的角度分辨率、外部噪声干扰小、天线和设备尺寸适中等优点，因此在对空监视雷达中得到广泛使用。当要求一部雷达兼有对空探测和目标跟踪两种功能时，S波段雷达最为合适。S波段雷达是介于分米波和厘米波段之间的一种折中选择，可以成功地实现对目标的监视和跟踪，广泛地使用于舰载雷达。该波段雷达的辐射功率不如米波段的高，大气回波和大气衰减对其有一定的影响。

3.厘米波段（包括C、X、Ku和K波段）

厘米波段雷达主要用于武器控制系统，它具有体积小、重量轻、跟踪精度高、可以得到足够大的信号带宽等优点，因此在机载火控雷达、机载气象雷达、机载多普勒导航雷达、地面炮瞄雷达、民用测速、防撞雷达中被广泛使用。该波段雷达的主要缺点是辐射功率不高、探测距离较近、大气回波和大气衰减影响较大、气象杂波等外部噪声干扰大等。但气象雷达主要是探测气象杂波，因此多工作在这个频段。

4.毫米波段

毫米波段雷达具有天线尺寸小、目标定位精度高、分辨率高、信号频带宽、抗电磁波干扰性能好等优点。但毫米波段雷达具有辐射功率更小、机内噪声较高、气象杂波等外部噪声干扰大、大气衰减随频率的增高而迅速增加等缺点，又几乎掩盖了其优点。由于大气的衰减随频率的增高并不是单调地增加，而是存在着一些大气衰减较小的窗口，除非某些特定的应用（例如汽车防撞雷达），毫米波段雷达大多仅限于工作在这些窗口上。

5.激光波段

激光波段雷达具有良好的距离和角度分辨率等优点，在测距和测绘系统中常被选用。其缺点是辐射功率小、波束太窄、搜索空域周期长、不能在复杂气象条件下工作等。目前，激光雷达已经广泛应用于三维高分辨率成像测绘等。