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这是一本雷达系统专著吗?---阅读新书“太赫兹雷达”

已有 944 次阅读 2020-9-10 20:38 |个人分类:雷达|系统分类:观点评述| 馈源及其传输系统, 成像技术, 国防工业出版社

这是一本雷达系统专著吗?

-------阅读新书“太赫兹雷达”

都世民

摘要:本文主要阐述阅读新书太赫兹雷达一些感想,本来想从这本书中获得天线在太赫兹雷达中一些新的特点和发展趋势,另外太赫兹雷达在预警、探测、安检、反恐等领域的应用,以及在生物学上的新的应用,并对有关问题进行一些讨论,笔者认为这不是一本雷达系统专著,而是阐述雷达成像技术。

关键词:太赫兹雷达  天线馈源及其传输系统,成像技术,国防工业出版社。    

为什么关注太赫兹技术?

·2017-7-25,笔者曾先后发表两篇博客揭开人眼神秘面纱(5)-----太赫兹(THz)与人眼”。

跨学科著作的启迪---读"太赫兹光谱与成像"一书有感.

http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-1068018.htm

(http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-1069044.html )
·近来在图书馆看见一本新书太赫兹雷达201812月份,是国防工业出版社出版,这是雷达与探测前沿技术丛书,作者杨晓波皮亦鸣等着

·笔者自1963年从哈尔滨工业大学雷达专业毕业,一直在航天科工集团23所工作。也就是说,从雷达专业本身笔者关注这本书,退休后笔者关注生物学,这方面也与太赫兹技术有关,从科普创作的角度,太赫兹技术是前沿科技,与国防和反恐都有关联,也是创作的内容之一。

·到底关注什么?

1太赫兹技术有什么新的进展?特别是在雷达技术方面。

2太赫兹雷达的发展情况,有没有比较系统的介绍?

3)太赫兹雷达天线有什么特点?

4)太赫兹雷达的应用前景,特别是在国防、空间技术、生物学技术,有什么新的特点和应用?

是雷达系统专著?

1)作者在前言中,对各章的介绍,没有给出两位作者的分工,按照惯例,应该写明,书的封面是写了两位作者等着,书的前言提了5位老师,只是提供素材,也就是说没有参与写作。并且查阅了这两位作者的研制背景,基本上不具备写雷达系统的条件。5位老师提供的素材与书中的内容有多大的相关性?笔者不知道这样处理方式是否合适?

2)笔者阅读"太赫兹光谱与成像"一书时,发现新技术综合性前沿科技有多位作者,十多个国家。难道我们国家的专家不能够这么做?

3)从这本书的章目看,这本书不像是雷达的专著,而是雷达成像技术的专著。

4)这本书介绍的雷达天线,基本上没有说清楚太赫兹天线的特点,也没有说清楚书中介绍国外的太赫兹雷达的天线,这种天线的构成、工作原理,与书中的独立的一节“窄波束天线”关系不明显,而对太赫兹天性的研究动态及发展趋势,就更谈不上。

5)全书282页,第1章和第2章,是对雷达系统相关的概述,共52页,第3章到第7章,是信号处理和成像技术,不难看出,这本书对雷达系统的主要问题,被看成是成像技术。请参考文献看,总共174篇,数量偏少,第1章和第2章的参考文献共70篇。前两章的内容插图占了大部分,对这些图涉及的雷达系统问题并没有较为详细的介绍。

6)这夲系统的著作,对太赫兹雷达的应用。只是在概论中,做了简短的叙述。着重介绍了美国和德国的太赫兹雷达研究进展。对这些内容涉及到的雷达作用距离不超过100米,有的只有10米左右。确切的说这不是实用型雷达,雷达的使用很受限制。

7)在前言部分,作者对太赫兹的开拓研究,几乎没有谈到他们本校的老一辈专家的研究,对国内太赫兹雷达的研究,也没有叙述。只能说明他们对雷达系统的研制没有参与,也不太了解。按理说主编和出版社应该能发现这个问题。

7)对太赫兹雷达系统的指标及其分配,只是做了非常简单的叙述,没有体现出太赫兹雷达的特点。

8)雷达的作用距离如果只有百米,在军事上很受限制,实际上对超高音速飞行器的探测,太赫兹雷达具有鲜明的优点,如何增加作用距离?就必须提高天线增益和效率,以及发射机功率和接收机的灵敏度,这之间怎么样分配?这涉及到诸多问题,单纯的反射面或透镜天线很难实现,必须考虑阵列天线,另外,没有阵列天线的扫描,就必须有控制系统,而书中根本没有涉及。

9)雷达要在恶劣环境下如何改善性能,提高探测概率?雷达的电子对抗也没有涉及。

10)现代雷达必须考虑故障自动检测,电磁兼容的相关问题。

不难看出,“太赫兹雷达”一书基本上不具备系统性。

太赫兹雷达有什么特殊性?

随着太赫兹波产生探测、传输等技术的逐步发展,太赫兹频段已成为军事高科技竞争的新的战略制高点,太赫兹雷达实验系统不断涌现。

·相比于微波雷达,太赫兹雷达波长短、带宽宽,具有极高的空时频分辨力

·在空间上意味着成像分辨率高,同时目标粗糙和细微结构变得可见,能够对目标特征进行精细刻画;

·在时间上意味着成像帧率高,有利于对目标实时成像和引导武器系统精确打击

·在频谱上意味着多普勒敏感,有利于微动探测和高精度速度估计

·太赫兹雷达波束窄使得天线增益和角跟踪精度高;

·频带宽容易实现抗干扰,而太赫兹频段严重的大气衰减客观上对太赫兹雷达形成了保护;

·由于相对微波、毫米波,波长变短,因此器件尺寸变小,使系统有利于高度集成化、小型化、阵列化,适合于小型无人机及其集群、卫星、导弹等平台搭载;

·太赫兹雷达对材料隐身和外形隐身有较好的探测能力,还可以利用传播特性近光学特点大量使用准光器件来调控波束

·相比激光雷达,太赫兹波段有更强穿透烟雾、浮尘、沙土的能力

·由于太赫兹波段对空间高速运动目标的气动光学效应与热环境效应不敏感,有利于复杂环境作战与空间高速运动目标探测。

·可以有选择的传输穿透性,特别是在频率高于100GHz,对等离子体有良好的穿透性,对临近空间的超高音速飞行器,以及弹道导弹再入段高速飞行器,所产生的等离子体鞘套,常规雷达在这一类飞行区探测概率低,由于太赫兹波具有良好的穿透性,因此太赫兹雷达对这一类飞行器成为主要探测手段

太赫兹技术和太赫兹雷达正由实验验证向实用化过渡,基础和应用研究均呈现出强劲发展的势头。尽管在器件成熟程度、性能极限、应用方式等方面存在争议,但其科学价值、应用前景和发展潜力只受到广泛关注。

太赫兹天线的特点

笔者在退休前,离现在已经20多年,就已经发现频率高于100GHz,在国际权威杂志上经常可见,研究毫米波技术的研究人员,必然会关注的。再加上当时宽带和超宽带技术的研究热点,天线饋源多频段研究,也成为当时的研究热点,因此出现了多频段饋源的集成。对于超宽带的平面天线研究,也有可喜的进展。基于上述情况,在毫米波段必然会延续上述的研究特点

·随着频率的增高,波导尺寸变得更小,因此喇叭天线在太赫兹频段,不仅难以保证喇叭天线口面相差,也难以实现雷达的天线增益和实现天线的电扫描

·基于飞秒脉冲的THz产生技术和THz-TDS时域光谱技术的发展,人们对大面积,高THz电场强度,高偏置电压THz发散器提出更高的要求! Laser Quantum公司(原GigaOptics公司)的Tera-SED是平面型基于GaAs材料的宽带宽,大面积,光电导THz发射器(光电导天线)。该发射器已经在很多THz时域光谱系统中获得应用!这在常规雷达中,是见不到的,但在探地雷达就有时域天线研究。

 ·为了研制太赫兹频段相控阵天线单元,必须考虑集成技术,国内已经有研制在硅片上的集成,提出了 340GHz基片集成波导(SIW)背腔式片上天线结构,采用CPW馈电形式。这是平面天线单元,在太赫兹频段的研制,天线补片的形状是矩形,馈电是SIW背腔方式,天线单元增益和辐射效率分别达到3.7dBi48%。这种集成工艺的难点在于减少损耗和不确定性,该天线阵包含SIW背腔式片上天线单元、低介电常数、低损枆介质支撑层和高介电常数介质谐振器。以获得高增益、高效率、三维天线阵列。阵列天线的增益和效率为10dBi80%,,可用于太赫兹接收系统。

http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10288-1017043665.htm2016年)

·作为反射面天线的馈源,如何在超宽的频带内具有良好的阻抗特性、恒定的辐射特性和稳定的相位中心,已成为当今天线技术的研究热点。太赫兹频段天线能否在宽的频带范围内满足这些要求?这也是需要很好研究的

·为了扩展带宽,有的太赫兹天线系统,采用双反射器、双馈源结构,把单一的输出频率点扩展为具有一定带宽的输出频段,把宽带信号转变为带宽更大的调频连续波信号并将该信号发射使得这种双反射器、双馈源结构能够实现更大发射和接收带宽。

“太赫兹雷达”一书有3·4节专门讲窄波束天线,总共两页,作者认为太赫兹天线主要是透镜天线和反射面天线,介绍的内容基本上是微波天线的特点,给出的三个公式都是经验公式,与书中介绍的太赫兹雷达天线关系不大。也就是说书中的介绍天线部分没有新的内容。笔者没有收获。

笔者希望国防工业出版社出版的这一套前沿科技丛书,应该有更多的新的内容让读者能有更大的收获,书的题目和书的内容应该紧紧相扣

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




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