雷達是利用微波的無線電設備。要想了解雷達為什麼那樣厲害,它究竟怎樣起作用,這就需要談談微波的特點。
微波的一個重要特點,就是波長比較短,一般在0.1毫米至10米之間。微波在前進的路上,遇到比自己的波長大的物體,就會被反射,就像鏡子反射光波一樣。飛機、艦艇等都比微波的波長大,微波遇到它們就會被反射。雷達就是利用微波的特點來工作的。它在搜索目標的時候,一麵發射微波,一麵連續改變方向。如果在某一個方向上收到了反射波,這個方向也就是目標的方位;確定了方位,同時又計算了微波來回的時間,便可以判定目標和雷達之間的距離(這個計算並不難,因為電磁波的速度是已知的:30萬千米/秒)。
雷達發射的微波,雖然和廣播電台發射的中波、短波一樣,都是電磁波,但是它的波形和後兩者都不一樣。雷達不是那種連續不斷的調幅波或調頻波,而是一種有間斷的波,簡稱“脈衝波”。雷達為什麼要發射這種脈衝波呢?因為隻有這種波對反射回來的波沒有妨礙。打個比方來說:你同另一個人對話,如果你一直不停地大聲說話,那你就不可能聽清對方的答話。對方隻能在你閉嘴的時候,才能插話。所以,你如果要和別人交談,那就必需說說停停。雷達也是這樣,它發射很強的電磁波,然後又需要接收由目標反射回來的一部分很弱的回波。如果它連續不斷地發射電磁波,就會使回波淹沒在它自己的“喊聲”中。因此,雷達在發射電磁波的過程中必須有間隔地留出間隙來接收回波。
雷達的發射時間和間隙時間是不相等的。前者越短越好;後者越長越好。雷達脈衝持續的時間一般是多少分之一微秒,而間隙時間卻比發射時間長幾百倍甚至幾千倍。照這樣的安排,雷達每秒鍾仍能發幾百個或幾千個脈衝。
微秒是百萬分之一秒,它是很短很短的了。必須短到這個地步,雷達才能順利地完成任務。舉例來說,如果雷達發射脈衝的持續時間是1微秒,在這段時間內,電磁波可以走300米路程(也就是150米距離的來回路程);如果雷達的測量目標在150米之內,那麼回波就會和雷達發出去的波重疊在一起,雷達就無法測量出目標的準確距離了。如果持續時間是2微秒,那麼300米之內的目標也測不準了。這樣的雷達就好像是個“遠視眼”,看不清近處的東西。
因此,我們可以知道,雷達發射的時間越短,間隙的時間越長,它所能測的目標距離幅度就越大。另外,由於雷達的任務是探測目標,它不需要像廣播電台那樣,向四麵八方輻射電磁波,而隻需要朝著特定的方向。這一點和手電筒很相像。所以雷達天線也有一個反射器,目的就是定向發射雷達的電磁波。
知識點
脈衝信號
脈衝,從字麵意思來說,指脈搏的跳動所產生的衝擊波。學術上把脈衝定義為:在短時間內突變,隨後又迅速返回其初始值的物理量稱之為脈衝。
從脈衝的定義我們不難看出,脈衝有間隔性的特征,因此我們可以把脈衝作為一種信號。脈衝信號的定義由此產生:相對於連續信號在整個信號周期內短時間中都有的信號,大部分脈衝信號周期內是沒有信號的。就像人的脈搏一樣。
脈衝信號現在一般指數字信號,它已經是一個周期內有一半時間(甚至更長時間)有信號。計算機內的信號就是脈衝信號,又叫數字信號。
延伸閱讀
空中預警機
空中預警機(AirEarlyWarning, AEW),是為了克服雷達受到地球曲度限製的低高度目標搜索距離,同時減輕地形的幹擾,將整套雷達係統放置在飛機上,自空中搜索各類空中、海上或者陸上目標。借由飛行高度,提供較佳的預警與搜索效果,延長容許反應的時間與彈性。空中預警管製機除提供早期預警的功能之外,還提供頻繁C2BM(指揮和控製,作戰管理)功能,類似機場交通管製和其他部隊的軍事指揮。
空中預警機比較常見的是以客機或者是運輸機改裝而來,因為這類飛機的內部可使用空間大,能夠安裝大量電子與維持運作的電力與冷卻設備,同時也有空間容納數位雷達操作人員。也有國家以直升機作為載具,不過這一類的小型空中預警機由於受到載機性能的影響,效果不如以中大型飛機機體改裝而來的機種。由於受到軍艦空間的限製,除美國E-2空中預警機外,預警直升機多用於海軍艦隊的早期預警,是目前大多數裝備航母國家的重要早期預警手段。