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2022-11-22
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毫米波技术应用及其进展
[摘要] 介绍了毫米波技术在通信、雷达、制导、电子对抗和激光光谱学等方面的应用
及相应的毫米波元件和器件的进展。
关键词：毫米波系统元件器件
1、引言
毫米波的工作频率介于微波和光之间，因此兼有两者的优点。它具有以下主要特点：
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 时波速宽度仅 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。
由于毫米波的这些特点，加上在电子对抗中扩展频段是取得成功的重要手段。毫米波技术和
应用得到了迅速的发展。
2、毫米波技术的应用
表面上看来毫米波系统和微波系统的应用范围大致是一样的。但实际上两者的性能有很大的
差异，优缺点正好相反。因此毫米波系统经常和微波系统一起组成性能互补的系统。下面分
述各种应用的进展情况。
2.1 毫米波雷达
毫米波雷达的优点是角分辨率高、频带宽因而有利于采用脉冲压缩技术、多普勒颇移大和系
统的体积小。缺点是由于大气吸收较大，当需要大作用距离时所需的发射功率及天线增益都
比微波系统高。下面是一些典型的应用实例。
2.1.1 空间目标识别雷达
它们的特点是使用大型天线以得到成像所需的角分辨率和足够高的天线增益，使用大功率发
射机以保证作用距离。例如一部工作于 35GHz 的空间目标识别雷达其天线直径达 36m。用
行波管提供 10kw 的发射功率，可以拍摄远在 16，000km 处的卫星的照片。一部工作于 94GHz
的空间目标识别雷达的天线直径为 13.5m。当用回族管提供 20kw 的发射功率时，可以对
14400km 远处的目标进行高分辨率摄像。
2.1.2 汽车防撞雷达
因其作用距离不需要很远，故发射机的输出功率不需要很高，但要求有很高的距离分辨率（达
到米级），同时要能测速，且雷达的体积要尽可能小。所以采用以固态振荡器作为发射机的
毫米波脉冲多普勒雷达。采用脉冲压缩技术将脉宽压缩到纳秒级，大大提高了距离分辨率。
利用毫米波多普勒颇移大的特点得到精确的速度值。
2.1.3 直升飞机防控雷达
现代直升飞机的空难事故中，飞机与高压架空电缆相撞造成的事故占了相当高的比率。因此
直升飞机防控雷达必须能发现线径较细的高压架空电缆，需要采用分辨率较高的短波长雷达，
实际多用 3mm 雷达。
2.1.4 精密跟踪雷达
实际的精密跟踪雷达多是双频系统，即一部雷达可同时工作于微波频段（作用距离远而跟踪
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