2022-08-13|閱讀時間 ‧ 約 9 分鐘

雷達頻段與原理

■電磁波頻段 (Frequency Range)

●車用、船用、軍用雷達主要頻段

1.車用:以24GHz及77GHz兩頻段為主

2.商船用:以X頻段(波長3cm電磁波)及S頻段(波長10cm電磁波)為主

3.美蘇地面防空雷達頻段

【TIPS】台灣鋪路爪雷達 (AN/FPS-115 PAVE PAWS)

Pave Paws 雷達 (AN/FPS-115) 是一種超高頻 (UHF; 420–450 MHz)

相控陣系統，用於探測潛射彈道導彈。它應該在 3,000 海裡

（5,600 公里）的範圍內探測雷達橫截面為 10 平方米的目標。

●各國戰機雷達頻段比較

https://pbs.twimg.com/media/Ecf3MuaUEAAPnEK?format=jpg&name=360x360

https://defenceforumindia.com/threads/f-35-joint-strike-fighter.9172/page-203

■雷達原理及功能

雷達概念形成於20世紀初。雷達是英文radar的音譯，意為無線電檢測和測距，

是利用微波波段電磁波探測目標的電子設備。

雷達所起的作用和眼睛相似，其原理是雷達設備的發射機通過天線把電磁波能量

射向空間某一方向，傳播的速度都是光速C處在此方向上的物體反射碰到的電磁

波；雷達天線接收此反射波，送至接收設備進行處理，提取有關該物體的某些資

訊(目標物體至雷達的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。

測量距離實際是測量發射脈衝與回波脈衝之間的時間差，因電磁波以光速傳播，

據此就能換算成目標的精確距離。

測量目標方位是利用天線的尖銳方位波束測量。測量仰角靠窄的仰角波束測量。

根據仰角和距離就能計算出目標高度。

測量速度是雷達根據自身和目標之間有相對運動產生的頻率多普勒效應原理。

■雷達方程式

●探測距離的雷達方程其基本的公式是

●雷達RCS值

雷達截面積（Radar cross-section，RCS）是指雷達的反射截面積

因為隱形飛機具有較低的RCS值，表示雷達能量須維持J/S 比所需的最低功率。

【例如】F-35 的 RCS 為 0.001 平方米 (需要 10 kW 的功率來干擾雷達)

Rafale的 RCS 為 0.1 平方米(需要 1 MW的功率來干擾雷達)

Su-35 的 RCS 為 10 平方米(需要 100 MW的功率來干擾雷達)。

另一方面，如果雷達可以在 100 公里內抵消 F-35 的干擾能力，那麼相同的雷達

將從 1000 公里處消除Rafale干擾。

【視頻】Introduction to Radar Systems – Target Radar Cross Section

【視頻】相控陣雷達如何發現目標

【視頻】Phased Array Antennas - An Introduction | Alan Fenn

■雷達組件

各種雷達的具體用途和結構不盡相同，但基本形式是一致的，包括五個基本組成

部分:發射機、發射天線、接收機、接收天線以及顯示器。還有電源設備、資料錄

取設備、抗干擾設備等輔助設備。

●天線是雷達的重要部件

天線是作無線電波的發射或接收用的一種金屬裝置(如杆、線或線的排列)

在無線電設備中用來發射或接收電磁波的部件。

無線電通信、廣播、電視、雷達、導航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系

統，凡是利用電磁波來傳遞資訊的，都依靠天線來進行工作。

一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發射天線，也可用作接收天線。

同一天線作為發射或接收的基本特性參數是相同的。這就是天線的互易定理。

●電磁場的特性變化取決於與天線的距離

可變的電磁場經常劃分為兩部分——近場和遠場。

https://www.everythingrf.com/community/what-are-near-field-and-far-field-regions-of-an-antenna

1.近場指電磁波阻抗與空氣阻抗不等(兩者阻抗不匹配)而無法輻射的區域

也就是從天線開始到1個波長(λ)的距離。波長單位為米

2.遠場指電磁波阻抗與空氣阻抗相等(兩者阻抗不匹配)而可以輻射的區域

遠場是真正的無線電波。它在大氣中以3億米/秒的速度，即接近18.64萬英里/秒

的速度傳播，相當於光速。

3.Space antenna (dB)=0 表示電磁波行進於近場與遠場的臨界距離

因此,可利用下列電磁波在輻射區(遠場)與非輻射區(近場)之間的衰減公式,

Space antenna (dB)=32+20 log f (MHz) + 20 log R (km)=0

來檢驗電磁波會發生在遠場或近場

■雷達種類

雷達分⎾脈衝雷達˩和⎾連續波雷達˩。

傳統的雷達，要想使雷達波束掃描起來，得給天線加一個伺服器，用機械的

方式讓天線轉動起來。

相控陣列的雷達則可通過改變陣列天線中每一個天線的饋電相位，從而使天線陣

列無需轉動，就能實現波束掃描。

現今主要的脈衝相控陣雷達以⎾被動無源式"(PESA)˩與⎾主動有源式(AESA)˩這兩

種相陣雷達為主

https://www.youtube.com/watch?v=Fu-fW2D8q4s

https://www.quora.com/Why-do-solid-state-AESA-radars-tend-to-have-lower-peak-power-than-CFA-fed-PESA-radars-like-SPY-1-and-does-that-matter

【視頻】科學史沙龍第一講：雷達和光雷達在軍事和民用領域的應用

●電磁波模擬相位變化

對於一串陣列，如果初始相位是相同的，那麼發射出的電磁波強度分佈

是這樣的：

那如果稍微調整一下相位，電波傳播的方向就變了：

同樣也可以通過調整相位把傳播方向反過來：

●有源陣(AESA)與無源陣(PESA)比較

有源陣與無源陣相比，結構更複雜，更加昂貴，對技術的難度要求也更高。比如

有源陣每個天線後面都有的T/R組件，多採用GaAs微波集成電路的形式生產製

造，對材料和工藝的要求較高。整體而言，有源陣的性能高於無源陣。

https://slidetodoc.com/microwave-applications-missile-seekers-radars-1-contents-1/

■干擾信號

當雷達方程式考慮到干擾時，最需注意的就是J/S 和擊穿範圍(Burn-through

range)。

1.J/S (又稱J-to-S ) :

是指⎾干擾信號的強度(J ) ˩ 與⎾自目標折返信號的強度 (S) ˩ 的比值。

通常以 dB 為單位。要使干擾有效，J 必須大於 S 一定的量，

因此， J/S 一定是正數。

2.Burn-through range(擊穿範圍)是雷達到目標的距離，自目標折返的

信號是由 ECM 檢測。擊穿範圍通常是最小 J/S 的範圍。

https://defenceforumindia.com/threads/f-35-joint-strike-fighter.9172/page-203

【視頻】Thales - Sea Fire AESA Multi-Functional Radars Simulation

●多普勒頻率

雷達接收到的目標回波頻率與雷達發射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。

從多普勒頻率中可提取的主要資訊之一是雷達與目標之間的距離變化率。當目標

與干擾雜波同時存在于雷達的同一空間分辨單元內時，雷達利用它們之間多普勒

頻率的不同能從干擾雜波中檢測和跟蹤目標。

【視頻】HOW RADAR WORKS ON SHIP (MARINE RADAR)

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