毫米波雷達(dá)比微波雷達(dá)體積小、重量輕、波束窄、帶寬大、抗干擾能力強(qiáng)；比紅外或激光傳感器氣象適應(yīng)性好，可穿透雨、霧、戰(zhàn)場(chǎng)濃煙、塵埃進(jìn)行探測(cè)，所以它是繼激光、紅外之后電磁頻譜利用中的又一枝新秀。以前毫米波雷達(dá)的應(yīng)用受到器件，尤其是有源器件功率不高的限制，使它難以在末制導(dǎo)以外的領(lǐng)域發(fā)揮作用。然而今非昔比，美國(guó)80年代中期開(kāi)始實(shí)施，90年代進(jìn)入**階段的微波毫米波集成電路規(guī)劃取得了重大突破后，新型高效、大功率毫米波功率源、介質(zhì)天線、集成天線、低噪聲接收機(jī)芯片等相繼問(wèn)世，使毫米波雷達(dá)發(fā)生了更新?lián)Q代的變革，且大大拓寬了它的應(yīng)用領(lǐng)域。如今有可能用幾個(gè)月時(shí)間就研制出一種新型毫米波雷達(dá)。

1 新的發(fā)射機(jī)與有源部件

在毫米波發(fā)射機(jī)領(lǐng)域內(nèi)，有幾種先進(jìn)的器件正在研制，其中包括：高效固態(tài)組件、螺旋形行波管、快波器件。在快波器件中，工作頻率不取決于器件相互作用區(qū)的尺寸。它利用注入到強(qiáng)磁場(chǎng)的相對(duì)論電子束，使電子以希望的輻射頻率產(chǎn)生相干振蕩。這種振蕩頻率可以覆蓋毫米波到紅外波段，改變磁場(chǎng)強(qiáng)度就可以獲得任意頻率?？觳ㄆ骷哂懈叻逯倒β屎透咂骄β?。目前主要有三種快波器件：回旋管、回旋加速自諧振微波激勵(lì)器、自由電子激光器?；匦軓膰@磁場(chǎng)做螺旋形旋轉(zhuǎn)的相對(duì)論電子中獲得輻射能量。它的理論效率為90％，但是目前試驗(yàn)效率只有20～40％。回旋加速自諧振微波激勵(lì)器是一種多普勒加速形式的回旋管，對(duì)于相同頻率，它工作腔體比回旋管的大，因此能獲得高功率，且只要求中等磁場(chǎng)強(qiáng)度。一種35千兆赫的器件輸出功率可達(dá)17兆瓦，效率為6％，目前器件的效果與理論值還相差甚遠(yuǎn)。自由電子激光器的工作原理涉及光學(xué)腔體內(nèi)用高場(chǎng)強(qiáng)的磁場(chǎng)波動(dòng)器調(diào)制高功率電子束?，F(xiàn)在35千兆赫頻率的自由電子激光器，實(shí)時(shí)可調(diào)諧帶寬已經(jīng)達(dá)到10％（總帶寬為24％），效率達(dá)60％，在脈沖重復(fù)頻率為1千赫時(shí)，脈沖寬度達(dá)50毫微秒。如果采用脈沖合成技術(shù)，就可合成一個(gè)微秒的相干長(zhǎng)脈沖，降低了脈沖重復(fù)頻率。如果系統(tǒng)在有限的空間需要不到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瓦的連續(xù)波功率（以3千兆赫的帶寬工作），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。這些高效率、大功率新發(fā)射機(jī)器件的問(wèn)世，將推動(dòng)毫米波相控陣天線的研制。有了毫米波相控陣天線，毫米波戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)就很容易升級(jí)換代。

2 新的天線及無(wú)源部件

目前大多數(shù)毫米波雷達(dá)天線采用標(biāo)準(zhǔn)的反射器或波導(dǎo)饋電的透鏡。對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，由微帶、平板、波導(dǎo)構(gòu)成的天線和混合式天線屬先進(jìn)技術(shù)，且能降低重量、縮小體積、減少成本?，F(xiàn)已研制成功一種工作在Ｗ波段高效率準(zhǔn)集成喇叭天線（通過(guò)對(duì)集成喇叭匹配一漸寬段，它提供20分貝的增益，比標(biāo)準(zhǔn)集成喇叭提高增益10分貝）。在另外的研究中，發(fā)展一種波紋介質(zhì)波導(dǎo)構(gòu)成的，可以?huà)呙璧募商炀€，其優(yōu)點(diǎn)也可以體現(xiàn)在單脈沖天線中。一種工作頻率94千兆赫、直徑5.1厘米、五孔混合集成單脈沖天線已被論證了，它每路增益30.6分貝，效率達(dá)63％，**旁瓣電平低于39分貝。這些新天線的研制成功為雷達(dá)向模塊化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。無(wú)源部件方面的突出成就是準(zhǔn)光學(xué)部件和波束波導(dǎo)的應(yīng)用?，F(xiàn)在一部采用微波結(jié)構(gòu)的35千兆赫雙極化角跟蹤雷達(dá)已完全能被準(zhǔn)光學(xué)部件替換，它的靈敏度比原來(lái)高出10分貝，峰值輸出功率可達(dá)60千瓦，平均功率5千瓦。用于相干合并輸出功率的準(zhǔn)光學(xué)功率合成器已研制成功了?，F(xiàn)在波束波導(dǎo)能替換雷達(dá)中許多主部件，像環(huán)形極化器、環(huán)形器和極化濾波器等。

3 毫米波集成電路的發(fā)展

毫米波雷達(dá)向集成化方向發(fā)展，支持這一發(fā)展的就是微波、毫米波集成電路規(guī)劃的實(shí)施?，F(xiàn)在，在毫米波集成電路中擔(dān)任主角的除金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管之外，又研制成功了高電子遷移率晶體管。它采用GaAs材料，與以前接收機(jī)用的毫米波器件相比，噪聲系數(shù)改善4～8分貝。利用高電子遷移率晶體管技術(shù)的低噪聲接收機(jī)，噪聲系數(shù)只有2.75分貝，帶寬5％，已在新的相控陣?yán)走_(dá)中應(yīng)用。一個(gè)單片芯片構(gòu)成的Ka波段調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)收／發(fā)機(jī)已經(jīng)過(guò)了公開(kāi)演示。64－AH"阿帕奇"武裝直升機(jī)上的"長(zhǎng)弓"火控雷達(dá)、導(dǎo)彈系統(tǒng)收發(fā)機(jī)采用了一塊高電子遷移率晶體管功率放大器模塊。它內(nèi)含16片單片微波集成電路，在Ka波段每片輸出功率為1瓦，放大器模塊有16瓦的功率輸出。這些模塊的設(shè)計(jì)、研制和投放所用時(shí)間還不到1年，體現(xiàn)了正在進(jìn)行的美國(guó)陸軍**階段微波、毫米波集成電路規(guī)劃產(chǎn)生的巨大經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)在的集成電路技術(shù)已能在一塊襯底上集成高電子遷移率晶體管、金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管和混合器件，把發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和天線這樣幾個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)成型模塊。它成本、耗能低，但性能高。

4 **毫米波雷達(dá)的使用

目前，美國(guó)陸軍*新的采用毫米波雷達(dá)的主要武器系統(tǒng)有兩項(xiàng)：一是"長(zhǎng)弓" 目標(biāo)瞄準(zhǔn)和導(dǎo)彈系統(tǒng)，二是戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)識(shí)別系統(tǒng)。"長(zhǎng)弓"系統(tǒng)以武裝直升機(jī)為作戰(zhàn)平臺(tái)，任務(wù)是在夜間、雨、霧、雪及戰(zhàn)場(chǎng)煙、塵等低能見(jiàn)度下，摧毀地面目標(biāo)和低空目標(biāo)。設(shè)計(jì)人員從雷達(dá)和導(dǎo)彈尋的器兩方面綜合考慮，從眾多方案中選取了毫米波雷達(dá)。他們直接從GaAs毫米波單片集成電路入手，進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)彈／雷達(dá)收發(fā)機(jī)部分直接采用*新高技術(shù)產(chǎn)品--由16塊單片集成電路芯片構(gòu)成的Ka波段功率放大器模塊。這些芯片是采用0.15微米，高電子遷移率晶體管技術(shù)制造的。"長(zhǎng)弓"系統(tǒng)的已于1996年開(kāi)始生產(chǎn)。美陸軍決定**批產(chǎn)品除了裝備AH－64"阿帕奇"直升機(jī)外，還將裝備RAH－66"科奇曼"直升機(jī)。戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)識(shí)別系統(tǒng)是美國(guó)陸軍于1993年下半年開(kāi)始研制的重點(diǎn)項(xiàng)目。目前該系統(tǒng)仍屬于保密項(xiàng)目。它選擇了毫米波詢(xún)問(wèn)/應(yīng)答系統(tǒng)。很可能以二次雷達(dá)方式工作，采用編碼波形。美國(guó)陸軍的BAT（智能反坦克子**）上裝有聲探測(cè)器和雙色紅外探測(cè)器，能對(duì)運(yùn)動(dòng)的坦克和裝甲車(chē)自動(dòng)定位，跟蹤和摧毀。為了讓其具有探測(cè)隱蔽的靜止目標(biāo)的能力，陸軍正在研究用毫米波雷達(dá)或紅外成像傳感器代替其中的一種探測(cè)器。