雷达的历史RadarHistory
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【正文】
严格地说起来,雷达的研发工作始1930 年,但雷达的基本概念却起源于1880 年后期德国物理学家海因里希·赫兹进行的经典电磁辐射实验。
赫兹通过实验验证了苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦早期的理论工作。当时,麦克斯韦提出了电磁场的一般方程,即麦克斯韦方程组,并从理论上证明了光和无线电波都遵循相同基本定律,只是二者都是频率不同的电磁波。
麦克斯韦的工作得出的理论结论是:无线电波就像光波一样可以被金属物体反射并被电介质折射,赫兹在1888 年使用波长为66厘米(对应于大约 455MHz)的无线电波证明了这个结论。
在当时,赫兹的工作作为检测具有实际意义的目标的潜在效用并没有被别人忽视。
1904年,德国工程师 Christian Hülsmeyer获得了多个国家授予的基于 赫兹提出的原理的“障碍物探测器和船舶导航装置”专利,并向德国海军进行展示,但未能引起德国军方的任何兴趣。 
1930年代以前,雷达根本就没有对的经济、社会或军事具有重大的需求,直到人类研发出能够携带大型有效载荷的远程军用轰炸机后,才促使了世界主要国家寻一种手段来探测敌方飞机
在二战前,大多数开发雷达的国家首先采用了其他探测飞机的方法, 其中包括监听飞机发动机的声学噪音并检测其点火产生的电噪音,另外,研究人员还试验了红外传感器。然而,这些方法都被试验证明是无效的。
1.第一用雷达
1930年代,使用无线电回波进行飞机探测的研发工作几乎同时在十分关注当前世界军事局势并且已经拥有无线电技术实践经验的国家开始。
美国、英国、德国、法国、苏联、意大利、荷兰和日本都在大约两年内开始试验雷达,并以不同程度的动机和目的成功开始了雷达的军事发展,其中某些国家在二战时具备某种形式的作战雷达设备服务于军事。
1922年,位于华盛顿特区的美国海军研究实验室 (NRL) 首次观察到雷达效应。NRL 研究人员在波托马克河的一侧放置了一个无线电发射器,另一侧放置了一个接收器,一艘在河上航行的船意外地在发射器和接收器之间通过时导致接收信号的强度波动(今天,这种配置将被称为双基地雷达)。尽管这项实验取得了可喜的结果,但美国海军官员不愿赞助进一步的研究工作。
1930年,当L.A. Hyland 观察到一架飞机飞过发射天线的波束时,导致接收信号发生波动,之前在NRL的现象被“重新发现”。尽管L.A. Hyland和他在 NRL的同事对通过无线电手段探测目标的前景充满热情,并渴望认真寻求发展,但海军当局对此兴趣不大。
直到研究出如何使用单个天线进行发射和接收(现在称为单基地雷达),雷达在探测、跟踪飞机和船只方面的价值才得到充分的认可。1939年初,这种雷达系统在美国纽约号战列舰上进行了海上试验。
美国陆军开发的第一台雷达是用于控制高射炮火的SCR-268(频率为 205 MHz)和用于探测飞机的 SCR-270(频率为 100 MHz),这两种雷达都在二战时使用,海军的 CXAM 舰载监视雷达(频率为 200 MHz),亦是如此。
1941年12月7日,当时夏威夷有六架 SCR-270 探测到了日本战机向檀香山附近的珍珠港靠近。然而,直到珍珠港开始落下,雷达探测的重要性才得到大家的重视。
英国于1935年开始进行用于飞机探测的雷达研究,英国政府鼓励雷达工程师迅速开展工作,因为英国人非常担心战争的失败可能性越来越大。到 1938 年 9 月,英国第一个雷达系统“Chain Home(本土链)”已开始 24 小时工作,并在整个战争期间保持运行。
“本土链”雷达使英国能够成功部署其有限的防空系统,以应对战争初期德国进行的猛烈空袭。它们以大约 30 MHz 的频率运行,即在所谓的短波或 HF 波段不过,这实际上是雷达的一个相当低的频率。因此,以目前的眼光看来,它可能不是最佳解决方案,但英国雷达的发明者罗伯特·沃森-瓦特爵士认为,当前这些可行且可用的解决方案要比一个承诺或可能的理想解决方案要好。
苏联也在1930年代开始研究雷达,1941年6月德国袭击苏联时,苏联人已经研发了几种不同类型的雷达,并生产了一种工作频率为 75 MHz(在甚高频 [VHF] 波段)的飞机探测雷达,后来苏联的雷达设备的研发和制造因德国的入侵而中断,实验室和工厂不得不搬迁。
二战初期,德国在雷达的发展上比其他任何国家都走得更远。德国人在地面和空中使用雷达来防御盟军轰炸机,并且早在1936年就安装在德国的袖珍战舰上。
1940年末,雷达的研究被德国人停止,因为他们认为战争快结束了,但美国和英国加快了他们的研究,当德国人意识到他们的错误时,为时已晚。
除了一些工作在 375 和 560 MHz 的德国雷达之外,所有在二战开始之前开发成功雷达系统都在 VHF 频段,低于约 200 MHz。VHF的使用带来了几点优势:
首先,VHF 波束宽度很宽。窄波束宽度会产生更高的精度、更好的分辨率,并且可以排除来自地面或其他杂波的不需要的回波。
其次,电磁频谱的 VHF 部分不允许短脉冲所需的高带宽,而这允许更高的精度范围确定。
第三,VHF 会受到大气噪声的影响,这限制了接收器的灵敏度。尽管有这些缺点,VHF 代表了 1930 年代无线电技术的前沿,在这个频率范围内的雷达发展构成了真正的开创性成就。
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早期的研发人员很清楚,雷达在更高的频率下工作是可取的,特别是因为可以在不使用过大天线的情况下实现窄波束宽度。
2.二战期间的进展1939 年末,英国伯明翰大学的物理学家发明了空腔磁控管振荡器,从而使得雷达可以工作在更高频率(微波区域的频率),可以利用微波频率的优势。
1940 年,英国“慷慨”地向美国透露了磁控管的技术,这成为了新成立的位于马塞诸塞州剑桥市的麻省理工学院 (MIT) 辐射实验室开展研究的开端,也正是磁控管使得微波雷达在二战中成为现实。
麻省理工学院辐射实验室创研制微波雷达的成功,归因于满足新军事能力的紧迫性、对实验室的有效管理,以及招募有才华和敬业的科学家。在实验室成立的五年(1940-1945 年)期间,研发了 100 多种不同的雷达系统。
SCR-584雷达是麻省理工学院辐射实验室研发的最著名的微波雷达之一,它是一种广泛使用的炮火控制系统,采用锥形扫描跟踪,其中单个偏移(斜视)雷达波束围绕雷达天线的中心轴连续旋转,并具有4 度的波束宽度使得雷达具备足够的角度精度,因此无需将高射炮对准目标探照灯或光学器件,这是宽波束宽度的旧雷达(例如 SCR-268)所不具备的。