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導電滑環(huán)在雷達領域的應用
2020/09/27
在軍事雷達，航天，坦克等設備的高端領域中，多有諸如公轉、自轉和多元相對運動的要求。即機械設備360°連續(xù)旋轉體運動的同時，旋轉體上還需要多元話的運動。有運動，就需要能源，如電能源、流體壓力能源等。有時，也必需要控制信號源，如光纖信號、高頻信號等。任何相對連續(xù)旋轉360°的電氣部件之間需要傳輸功能電源、弱電信號、光信號、氣壓、水壓、油壓等不同能源介質(zhì)，以確保電器在旋轉運動時還能自由轉動的機電設備，都必須使用旋轉連通裝置-即導電滑環(huán)。
也許比較多人都已經(jīng)知道了，雷達的英文原詞意思實際上就像許多科技術語一樣，是縮寫，字面意思是無線電(RAdio)、偵測(Detection)和距離(AndRange)。雖然現(xiàn)代雷達不僅可以對三維空間內(nèi)的目標進行測距和定位，更可使制導導彈對目標攻擊，但其基本原理還是用發(fā)射電波，并通過物體反射的回波來測得物體距離和方向，也就是以電磁波為媒介偵知物體的存在，所以，談到雷達就不能不先講到電磁波頻譜。從純軍事角度來說，也只有了解電磁波譜，才能夠掌握電子戰(zhàn)的內(nèi)涵。作為對空雷達來講，功率越大，探測距離越遠，而探測低空目標的能力也越低。電磁波有很多物理特性，例如紅外線在絕對零度以上的物質(zhì)都會輻射的特性，響尾蛇導彈就是利用目標輻射出的紅外線迎擊它的獵物。當然，它還有能量輻射性和物理穿透性等等，其中值得我們關注的一條就是電磁波頻率越高，波長越短。在軍事應用領域中，不同頻率的電波有不同特定的用途，而超過10X12Hz頻率的電波則進入光波的領域，光電世界由此開始。
為了突破目前雷達的一些瓶頸，美國率先開發(fā)出相列雷達技術，并在近些年進入全固態(tài)相列的領域。所相控陣就是指相位可以控制的天線陣，這種雷達的特色就是不需轉動，同時能發(fā)射和接收多道波束，集搜索，追蹤，照明，導引甚至敵我識別于一身，不但簡化了部署，且其天線是由成千上萬的發(fā)射/接收(T/R)模組組成，掃描速度極快，是機械轉動雷達的一百萬倍，且可靠度特別高。幾年使用下來，即使有部分T/R模組損壞故障，也不必維修，而仍能維持良好的雷達功能。另外，其隨機發(fā)射和接收不同多波束的方式，使其具有目前所有雷達技術中最好的電子反對抗能力，而成為未來新一代雷達的主流。目前，美國海軍已經(jīng)部署了艦載“宙斯盾”(Aegis)艦隊防御系統(tǒng)，其使用的四面AN/SPY-1相控陣天線叫人印象深刻。每面雷達控制90度象限空域，可同時進行搜索，偵測及追蹤，由于天線本身無需轉動，故雷達天線中的每個T/R以單一雷達波束可打平至水平85公里外，對空則是以半徑325公里持續(xù)搜索，一旦雷達發(fā)現(xiàn)目標，立即在1秒內(nèi)對目標發(fā)射十數(shù)道筆狀窄波，為AN-SPG-62照明雷達提供目標的速度，距離，高度，方向等戰(zhàn)斗諸元以便接戰(zhàn)。艦載主要防空武器，標準-2(SM-2)面空導彈在AN/SPY-1的制導下，僅在命中目標數(shù)秒前才交給照明雷達，所以，艦上的4座AN-SPG-62可以在極短的時間內(nèi)多次接戰(zhàn)，也就賦予了“宙斯盾”應付飽和攻擊的能力。在預防反輻射導彈攻擊方面，美軍“宙斯盾”巡洋艦AN/SPY-1A的電波可以半秒內(nèi)在空中消失，不過，再啟動雷達系統(tǒng)，有10余秒的延遲更新全部戰(zhàn)術資料，重新掃描記憶體中的威脅源。它另一個絕活兒就是可以集中偵搜威脅可能出現(xiàn)的象限而保持其它面雷達的無線電靜默。攻擊“宙斯盾”的方法其實從冷戰(zhàn)結束前就已經(jīng)是公開的秘密了，方法簡言之就是在美艦的附近引爆電磁脈沖彈頭，使其艦上電子設備瞬間過載，喪失完整戰(zhàn)斗能力，接下來，就和攻擊一般敵艦相同了，飽以一陣反艦導彈齊射。歐洲各國雖然缺乏技術儲備開發(fā)類似AEGIS的大型艦載相控陣雷達，但是，一批例如“SMRT-L”D波段PAR，“APAR”中，小型相控陣雷達也接踵而至，預計將在下世紀初服役。中國在艦載大型相控陣雷達方面在近期也將有突破性進展，大家拭目以待。