雷達(radio diction and ranging,radar)是指“發(fā)射電磁波信號并接收在其作用范圍內的被觀(guān)測物體(目標)的回波的裝置”。電磁波能量從雷達硬件輸出到天線(xiàn),再從天線(xiàn)輻射出去,而后從一個(gè)或多個(gè)物體返回的回波通過(guò)先前輻射能量的天線(xiàn)接收,最后傳輸回雷達的硬件設備。在雷達術(shù)語(yǔ)中最為關(guān)鍵的一詞為——電磁波。
那么,電磁波是什么呢?
早在1865年James Clerk Maxwell提出了電磁基本方程(麥克斯韋方程)預測了電磁波的存在,并指出電磁波是由波動(dòng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)構成,傳播速度可通過(guò)自由空間的基本電磁屬性來(lái)計算。
我們常見(jiàn)的可見(jiàn)光就是電磁波的一種,其波長(cháng)范圍為380-780nm。通常情況下溫度高于絕對零度的物質(zhì)或粒子都有電磁輻射,溫度越高輻射量越大,但大多不能被肉眼觀(guān)察到。
后來(lái),Hertiz證明了不可見(jiàn)的電磁波的存在,我們稱(chēng)之為無(wú)線(xiàn)電波?,F在,我們知道了電磁波有一個(gè)連續的波譜,包括無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、x射線(xiàn)、γ射線(xiàn)。
通?!袄走_”術(shù)語(yǔ)是指利用無(wú)線(xiàn)電波的系統。
電磁場(chǎng)包含電場(chǎng)與磁場(chǎng)兩個(gè)方面,分別用電場(chǎng)強度E或電位移D及磁通密度B(或磁場(chǎng)強度H)表示其特性;E和H在空間上都是正弦變化的。在相位上,電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互垂直,并且都垂直于傳播方向。每秒通過(guò)某特定位置的波峰的個(gè)數成為頻率(f),可用每秒的周期數來(lái)量度(赫茲Hz)。
在雷達系統中,頻率通常指載波的頻率。兩個(gè)相鄰波峰之間的距離成為波長(cháng)λ。波長(cháng)與頻率的關(guān)系:λ=c/f=2π/λ=2πf/c。瞬時(shí)的能量通量密度(w/m2)為|S|=E×H,S為波印亭矢量。
我們常說(shuō)的真空中的光速,也就是電磁波的真空速度c=299792458m/s,利用光速人們定義了米這個(gè)長(cháng)度單位。光速的近似值為3*10^8m/s,除少數特殊情況外,工程上一般使用近似值。
電與磁可說(shuō)是一體兩面,電流會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng),變動(dòng)的磁場(chǎng)則會(huì )產(chǎn)生電流。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構成了一個(gè)不可分離的統一的場(chǎng),這就是電磁場(chǎng),而變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播形成了電磁波,電磁的變動(dòng)就如同微風(fēng)輕拂水面產(chǎn)生水波一般,因此被稱(chēng)為電磁波,也常稱(chēng)為電波。
產(chǎn)生機理
無(wú)線(xiàn)電波是可以人工制造的,是振蕩電路中自由電子的周期性的運動(dòng)產(chǎn)生的。紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn);倫琴射線(xiàn);γ射線(xiàn)分別是原子的外層電子、內層電子和原子核受激發(fā)后產(chǎn)生的。
電磁波為橫波。電磁波的磁場(chǎng)、電場(chǎng)及其行進(jìn)方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變,其強度與距離的平方成反比,波本身帶動(dòng)能量,任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。
電磁波頻率低時(shí),主要借由有形的導電體才能傳遞;電磁波頻率高時(shí)即可以在自由空間內傳遞,也可以束縛在有形的導電體內傳遞。
特征參量
自然界中各類(lèi)輻射源的電磁波譜是相當豐富、相當寬闊的,與光電子成像技術(shù)直接有關(guān)的是其中的X線(xiàn),紫外線(xiàn),可見(jiàn)光線(xiàn),紅外線(xiàn)和微波等電磁波譜,它們的特征參量是波長(cháng)λ、頻率f和光子能量E。
三者的關(guān)系是f=c/λ,E=hf=hc/λ和E=1.24/λ,式中,E和λ的單位分別是eV(電子伏)和μm,h為普朗克常數(6.6260755X10^(-34)J·S);
“輻射”本質(zhì)
本質(zhì)是原子中電子的能級躍遷并交換能量的結果,低能級電子受到某種外界能量激發(fā),可躍遷至高能級,當這些處于不穩定狀態(tài)的受激電子落入較低能級時(shí),就會(huì )以輻射的形式,向外傳播能量。上述E=1.24/λ,正好將輻射的波長(cháng)λ與其能量E聯(lián)系起來(lái)。
例如,E高-E低=1.24eV時(shí),輻射的波長(cháng)λ=1μm。
頻段劃分
名 稱(chēng) | 頻率范圍 | 波長(cháng)范圍 | 主要應用 |
甚低頻VLF[超長(cháng)波] | 3~30kHz | 100~10km | 導航,聲納 |
低頻LF[長(cháng)波,LW] | 30~300kHz | 10~1km | 導航,授時(shí) |
中頻MF[中波,MW] | 300~3000kHz | 1km~100m | 調幅廣播 |
高頻HF[短波,SW] | 3~30MHz | 100~10m | 調幅廣播,通信 |
甚高頻VHF[超短波] | 30~300MHz | 10~1 m | 調頻廣播,廣播電視,移動(dòng)通信 |
特高頻UHF[微波] | 300~3000MHz | 100~10cm | 廣播電視,移動(dòng)通信,衛星定位導航,無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) |
超高頻SHF[微波] | 3~30GHz | 10~1cm | 衛星廣播,衛星電視,通信,雷達,無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) |
極高頻EHF[微波] | 30~300GHz | 10~1mm | 通信,雷達,射電天文 |
光頻[光波] | 1~50THz | 300~0.006μm | 光纖通信 |
幾種常用的波段
中波調幅廣播(AM):550kHz~1650kHz
短波調幅廣播(AM):2MHz~30MHz
調頻廣播(FM):88MHz~108MHz
電視頻道(TV):
50MHz~100 MHz(第1~5頻道)
170MHz~220MHz(第6~12頻道)
470MHz~870MHz(第13以上頻道)
衛星直播電視(SDTV):4GHz~6GHz;12GHz~14GHz
衛星直播廣播(SDB):12GHz~14 GHz
全球衛星定位系統(GPS):L1=1575.42MHz;L2=1227.60MHz
IEEE標準雷達頻率字母頻段名稱(chēng)
波段名稱(chēng) | 標稱(chēng)頻率范圍 | 依據ITU,分配的專(zhuān)用的雷達頻率范圍 |
HF | 3~30 MHz | 138~144 MHz |
VHF | 30~300 MHz | 216~225 MHz |
UHF | 300~3000 MHz | 420~450 MHz 850~942 MHz |
L | 1~2 GHz | 1215~1400 MHz |
S | 2~4 GHz | 2300~2500 MHz 2700~3700 MHz |
C | 4~8 GHz | 5250~5925 MHz |
X | 8~12 GHz | 8500~10680 MHz |
Ku | 12~18 GHz | 13.4~14.0 GHz 15.7~17.7 GHz |
K | 18~27 GHz | 24.05~24.25 GHz |
Ka | 27~40 GHz | 33.4~36 GHz |
V | 40~75 GHz | 59~64 GHz |
W | 75~110 GHz | 76~81 GHz 92~100 GHz |
mm | 110~300 GHz | 126~142 GHz 144~149 GHz 231~235 GHz 238~248 GHz |
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