雷达的主要参数

1　雷达频段的划分

喜欢听收音机的朋友可能经常会听到播音员报台号，比如：“您现在收听的是FM1039北京交通广播”，这里的“FM1039”表示该台发射调频信号，频率为103.9MHz。发射频率是广播电台的主要特征。

与广播电台类似，发射电磁波的频率也是雷达的一个主要特征，只不过军用雷达的发射频率是最高机密，绝不会大张旗鼓地宣传。比如，防空导弹必须由火控雷达指引才能击中目标，如果火控雷达的发射频率被敌方获知，目标就会进行有针对性的电子反制，从而严重削弱防空导弹的威力。

能从公开资料得知的雷达发射频率仅仅是一个大概的范围，也就是波段。雷达工作频率划分为若干个波段，由低到高的顺序是：高频（HF）、甚高频（VHF）、超高频（UHF）、极高频（EHF）L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段、K波段和Ka波段。虽然这些命名看起来非常混乱，但也有其历史原因。

首先高频不“高”，因为这个波段其实是雷达所用的电磁波中频率最低的。所谓的高频段指的是频率在3~30MHz之间的无线电波，波长从100~10m。最早的雷达使用的就是这个频段，因为就当时（二战前夕）的技术条件来说，这是能够生产的大功率器件的最高频率，在当时来看符合“高”频的定义。

在二三十年后，无线电技术飞快发展，这个频段再称为“高”频就很牵强了。由于技术难度小，很多短波电台都使用这个频段，工作在这个频段的设备就必须忍受大量的干扰。除了干扰大之外，高频段还有一个弱点在于其波长太长，对于小物体来说电磁波的反射效应很小，按现在的说法就是雷达截面积很小的目标对于高频雷达是“隐身”的。

即便如此，这个波段也并非一无是处。由于高空电离层可以反射高频波段的信号，使得这些信号可以超视距传播，这就是天波雷达的技术原理。天波雷达在本书后续章节有详细的叙述。

既然历史原因让不太高的“高频”占用了高频波段的名称，那么更高的频率就只好使用其他名字，所以高频之上的另一个频段用了甚高频（VHF）。其中英文缩写的VH是Very High的意思，其频率范围是30~300MHz，其波长范围是10~1m，因此这个波段又称为米波波段。使用这个波段的好处是天线尺寸比高频段要小一个量级——这样才能把雷达安装到空间比较局促的平台上，如舰船等。同时这个波段的波长决定了大多数飞机是无法隐身的。不过这个波段的问题和高频波段一样，大量的通信和广播也使用这个频段，所以干扰也是很大的。

现代对讲机的工作频率通常在100~800MHz

再往上就是超高频波段了（UHF），UH是Ultra High（超高）的缩写。这个波段的频率是300MHz~1GHz，波长从1~0.3m，这个波段一般也称为分米波波段，二战早期，英国的机载反潜雷达就是工作在这个频段上的。而同时更高工作频率的厘米波雷达也在研制当中，并在二战后期投入实用。从这个频段开始，雷达终于可以避开干扰较大的“低”频了。由于这个频段的频率范围宽，所以不同设备之间的工作通道可以比较轻松地相互避开。

1939年1月，美国海军装备了第一套实用型舰载雷达——XAF型舰载警戒雷达，尺寸为20ft×23ft（6m×7m），工作频率为195MHz，对飞机探测距离达160km，对水面舰艇探测距离大于20km，安装在“纽约”号战列舰上。现陈列在马里兰州美国电子博物馆（右图）

分米波和厘米波根据各自的特点和用途，在1GHz以上的频率细分为几个用字母表达的波段，这就是在兵器知识中经常听到的C波段、X波段等等波段。

具体来说，L波段频率范围是1~2GHz，波长从30~15cm，L的意思表示远距离，这个波段常用于远程对空警戒雷达、太空雷达以及作用距离在200mi以上的空中交通管制雷达。

S波段的频率范围是2~4GHz，波长从15~7.5cm。S的意思是短（Short）指波长短。波长短可以比较容易做到窄波束，用于机场终端监视雷达可以得到很好的角分辨力和精度。这个频段也可以做远程监视雷达用，不过受雨的影响很大。然而气象雷达需要这个特性，所以气象雷达也多工作在这个频段上。

C波段频率范围是4~8GHz，波长从7.5~3.75cm之间。C是英文compromise的缩写，即妥协、折中的意思。和什么折中呢？这里指的是S波段和X波段（8~12.5GHz）两个波段的折中。而X波段的X则表示这个曾经是一个保密频段（二战期间）。

X波段的用途很广，军用和民用雷达都经常使用这个频段，由于频率很高，其天线尺寸可以做得很小，交通警察用的雷达测速器就是一个例子。战斗机上的火控雷达一般都是X波段，频率在10GHz左右，是高频波段的300~3000倍，波长是3cm左右。

警用雷达测速器的工作频率通常在X波段

美国空军F-15战斗机上装备的AN/APG-70型火控雷达

Ku、K、Ka波段指12.5~40GHz的频段。其中K是德文Kurz，意思也是短（Short）。继英国之后，德国在二战期间也开始独立开发自己的厘米波雷达，他们选择1.5cm作为自己雷达的中心波长，频率是24GHz。不过这个频率十分接近水蒸气的谐振频率（22GHz），也就是说，雷达发射出去的能量要被水蒸气强烈吸收（微波炉的加热原理）。结果这一波段的雷达不能在雨中和有雾的天气使用。

二战后设计的雷达为了避开这个谐振频率，把K段分成Ku（K-under，小于谐振频率的波段）和Ka（K-above，大于谐振频率的波段）两个波段。其中Ku是12~18GHz，Ka是24~40GHz。这个频段主要用于高分辨的测量，由于还存在大气衰减因素，其作用距离通常比较短。

极高频（EHF，Extremely High Frequency）是指频率高于超高频（SHF）的电磁波，目前的常用频率在30~300GHz之间。由于极高频的波长在1~10mm，因此频段通常被称为毫米波。

毫米波雷达的研制是从20世纪40年代开始，50年代出现了用于机场交通管制和船用导航的毫米波雷达（工作波长约为8mm），显示出高分辨力、高精度、小天线口径等优越性。但是，由于技术上的困难，毫米波雷达的发展一度受到限制。

20世纪70年代中期以后，毫米波技术有了很大的进展，应用于许多重要的民用和军用系统中，如近程高分辨力防空系统、导弹制导系统、目标测量系统等。如著名的AH-64C/D“长弓阿帕奇”直升机就装备了毫米波雷达。

AH-64C/D“长弓阿帕奇”直升机螺旋桨上方装备的毫米波火控雷达

2　雷达天线的功率

电磁波的发射和接受都需要经过天线。雷达天线具有将电磁波聚成波束的功能，可以定向地发射和接收电磁波。雷达的重要战术性能，如探测距离、探测范围、测角（方位、仰角）精度、角度分辨力和反干扰能力均与天线性能有关。脉冲雷达多数是发射和接收共用一个天线，靠天线收发开关进行发射和接收工作状态的转换。有些雷达（如多基地雷达和连续波雷达），其发射天线和接收天线是分开的。

常见的天线有两种，即反射面天线和阵列天线。

典型的反射面天线是旋转抛物面天线，它采用口径为圆形的金属抛物面作反射面，辐射器置于焦点上，能产生形状对称的针状波束，工作情况与探照灯相似。

阵列天线由若干辐射单元按一定间距排列在一个平面内，并按一定的功率分配比例关系向辐射单元馈电，在空间形成波束。最常见的一种阵列天线叫做“八木天线”，是日本人八木秀次和他的助手宇田新太郎在20世纪20年代发明的。

雷达天线都是上下左右对称的，在天线的正中央垂直于天线碟面并向外延伸的直线叫做“正前方”，也就是天线所对准的方向。

用极坐标绘制的天线功率

用直角坐标绘制的天线功率

任何天线在“正前方”所收到的信号都是最强的，通常把这个强度定为0dB。其他方向收到的信号强度与“正前方”信号强度相比都要小一些，其比值都小于1，所以它们的分贝值都是负数，比如 0.5 = -3dB，0.1 = -10dB，0.01 = -20dB，0.001 = -30dB等。

天线接收到的信号强度就是电压的高低，把电压值换算成功率值，标示在天线的各个方向，就能得到雷达天线的功率比值图形，简称为“天线图”。

通过天线的功率比值图形可以看出雷达天线的一些特性。

（1） 在天线正前方的接收功率最大，大约在±40°的地方降为零。

（2）天线的功率比值图呈花瓣状，因此又称为波瓣图。中间最高的这一部分（图中-40°~40°之间的部分）称为主瓣，用于探测目标。

（3）主瓣以外的其他部分都称为旁瓣（或副瓣）。

（4）-120°~120°之间的部分称为后瓣，是从天线的背面接收到的信号。

（5）主瓣之外的旁瓣根据离开天线正前方的距离顺序被称为第一旁瓣、第二旁瓣……一般情况下，前几个旁瓣的峰值会依次递减，但是经过加权以后会有所变化。

3　雷达的波束

在雷达天线功率图中最重要的部分是主瓣中功率下降不超过３dB的部分，也就是功率下降不到一半的部分，这个宽度称为雷达的“波束宽”。每个雷达的波束宽都不一样。

所有雷达的照射与探测距离都以波束宽内的主瓣为准，其他部分不予考虑。所以波束宽是雷达性能非常重要的一个指标。

当雷达进行搜索的时候，可以把天线发射的电波看成是一只手电筒放射出去的光束，这个光束的形状是一个发散的圆柱（如果天线是圆形）或四方柱（如果天线是四方形），它的角度就是波束宽，只有在这个波束照射到的东西雷达才看得见，因为波束宽以外的照射虽然仍有能量但是雷达不予考虑。

雷达的波束宽由雷达的波长与天线的长度所决定。如果雷达的波长是M，天线的长度是L或直径是D，那么这个雷达的波束宽W是：

W = 0.88M / L radian （如果天线是四方形）

W = 1.02M / D radian （如果天线是正圆形）

1 radian = 57.3°

（1）上面这个公式是指没有加权的天线。

（2）如果天线加权，波束会变“胖”。“胖”多少由设计雷达时的加权数值决定。

（3）上面计算波束宽度的公式非常重要，只要知道某座雷达的发射频率和天线大小，就可以算出它的雷达波束宽是几度，进而推算出它的大概性质。

（4）由于频率与波长成反比，上面这个公式告诉我们频率越高波束越窄，天线越大波束也越窄。

（5）波束越窄就越能分辨两个非常接近的目标，这在军事应用上非常重要。这也是为什么只要环境许可，雷达工程师总是要求安装最大的天线。

雷达的波束与手电筒放射出去的光束很相似