毫米波 (millimeter wave ):波长为1~10毫米的电磁波称毫米波,它位于微波与远红外波相交叠的波长范围,因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。

1.什么是毫米波

 

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2.毫米波特点

毫米波特点如下:

与光波相比,毫米波利用大气窗口(毫米波与亚毫米波在大气中传播时,由于气体分子谐振吸收所致的某些衰减为极小值的频率)传播时的衰减小,受自然光和热辐射源影响小。


优点:
1)极宽的带宽。通常认为毫米波频率范围为26.5~300GHz,带宽高达273.5GHz。超过从直流到微波全部带宽的10倍。即使考虑大气吸收,在大气中传播时只能使用四个主要窗口,但这四个窗口的总带宽也可达135GHz,为微波以下各波段带宽之和的5倍。这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。


2)波束窄。在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一个 12cm的天线,在9.4GHz时波束宽度为18度,而94GHz时波束宽度仅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰地观察目标的细节。


3)与激光相比,毫米波的传播受气候的影响要小得多,可以认为具有全天候特性。


4)和微波相比,毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系统更容易小型化。

 

毫米波振荡器产生毫米波(8mm)振荡,设其频率为f0,经隔离器加至环行器,再由天线定向辐射出去,并在空间以电磁波形式传播,当此电磁波在空间遇到目标(弹丸)时反射回来。

 

如果目标是运动的,则反射回来的电磁波频率附加了一个与目标运动速度vr成正比的多普勒频率fd,使反向回波频率变为f0±fd(目标临近飞行取“+”,目标远离飞行取“%”),此回波被天线接收下来,经环行器加至混频器,在混频器中与经环行器泄漏的信号(作为本振信号)f0进行混频。

 

混频器为非线性元件,其输出有多种和差频率,如fd,f0±fd,2f0±fd,…,等,经前置放大器选频得多普勒信号(频率为fd),再经长电缆(长50~100m)送至预处理系统的主放大器,主放大器附有自动增益控制与手动增益控制电路。手动增益用来调整放大器的总增益,自动增益控制用来增加放大器的动态范围。

 

3.毫米波用途

毫米波作用及用途如下:

(1)小天线口径、窄波束:高跟踪和引导精度;易于进行低仰角跟踪,抗地面多径和杂波干扰;对近空目标具有高横向分辨力;对区域成像和目标监视具备高角分辨力;窄波束的高抗干扰性能;高天线增益;容易检测小目标,包括电力线、电杆和弹丸等。

 

(2)大带宽:具有高信息速率,容易采用窄脉冲或宽带调频信号获得目标的细节结构特征;具有宽的扩谱能力,减少多径、杂波并增强抗干扰能力;相邻频率的雷达或毫米波识别器工作,易克服相互干扰;高距离分辨力,易得到精确的目标跟踪和识别能力。

 

(3)高多普勒频率:慢目标和振动目标的良好检测和识别能力;易于利用目标多普勒频率特性进行目标特征识别;对干性大气污染的穿透特性,提供在尘埃、烟尘和干雪条件下的良好检测能力。

 

(4)良好的抗隐身性能:当前隐身飞行器上所涂覆的吸波材料都是针对厘米波的。根据国外的研究,毫米波雷达照射的隐身目标,能形成多部位较强的电磁散射,使其隐身性能大大降低,所以,毫米波雷达还具有反隐身的潜力。

 

毫米波在通信、雷达、遥感和射电天文等领域有大量的应用。要想成功地设计并研制出性能优良的毫米波系统,必须了解毫米波在不同气象条件下的大气传播特性。影响毫米波传播特性的因素主要有:构成大气成分的分子吸收(氧气、水蒸气等)、降水(包括雨、雾、雪、雹、云等)、大气中的悬浮物(尘埃、烟雾等)、以及环境(包括植被、地面、障碍物等),这些因素的共同作用,会使毫米波信号受到衰减、散射、改变极化和传播路径,进而在毫米波系统中引进新的噪声,这诸多因素将对毫米波系统的工作造成极大影响,因此我们必须详细研究毫米波的传播特性。