五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】闲扯雷达之二——频段命名的来历 -- 代码ABC

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  • 家园 【原创】闲扯雷达之二——频段命名的来历

    专业人士喜欢讲术语,这些黑话常把外行唬得一愣一愣的。无线电作为一个相对“古老”的行业其术语还是比较优雅的,很多可以直接从字面上理解。不像IT界每个月都要冒些新鲜玩意出来,任何语言学家也要头疼。不过这一专业也曾有语无伦次的时候,其中一个例子就是各波段的命名。

    估计大家都听过什么高频、甚高频、超高频、特高频、极高频等等术语,但谁能搞清楚哪个更“高”呢?再深入一些,大家也许听过比如X波段、C波段、Ku波段等等,但谁知道这些波段指的是什么?其实这些名称反应了无线电技术有过一段飞速发展时间,混乱的命名记录了曾经的概念爆发。

    在雷达行业中,以雷达工作频率划分为若干的波段,由低到高的顺序是:高频(HF)、甚高频(VHF)、超高频(UHF)、L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段、K波段和Ka波段。这些命名追究起来是非常有趣的。

    首先高频不“高”,所谓的高频段指的是频率在3M-30M之间的无线电波,波长从100米到10米。这个波段也称为短波波段,相应的还有中波、长波、超长波等等,但雷达最低使用的频率就是这个了,所以这里不再讨论更低频率的波段。最早的雷达使用的就是这个频段,因为就当时(二战前夕)的技术来说这是能够得到可靠的大功率器件的最高频率了。在当时来看倒符合“高”频的定义,短短几十年这个频段再称为高频就有点名不副实了。比如,在高中时我们几个无线电爱好者就可以搞出工作在30M业余频段的手持式对讲机了。而且相对于后来我们做的150M对讲机而言,这类对讲机的制作和调试要简单很多,不需要专门的仪器,一块万用表就可以搞定了。由于相对的技术难度小,工作在这个频段的设备就必须忍受大量的干扰,许多短波电台用的也是这个频段,毕竟使用电磁波的不光是雷达还有通信设备以及娱乐设备——电台。这点我自己也是深有体会,一开始的时候一瓦的对讲机可以保证1公里的通信范围,两年后要维持这个范围就必须加大到5W——太多人玩了。

    除了干扰大之外,高频段还有一个弱点在于其波长太长,对于小物体来说电磁波的反射效应很小,按现在的说法就是雷达截面积很小,或者说对于高频雷达是“隐身”的。但是大不列颠空战依赖的就是这些雷达。并且它们的确完成了赋予的任务。

    当然工作在这个波段还是有些好处的,由于高空电离层可以反射高频波段的信号,使得这些信号可以超视距传播,因此这个波段对超视距雷达是有足够的吸引力的。

    既然历史原因让不太高的高频窃取了高频波段的名称,那么更高的频率就只好使用其它名字了,所以高频之上的另一个频段用了甚高频(VHF)。其中英文缩写的VH是Very High的意思,其频率范围是30M到300M,其波长范围是1米到10米,因此这个波段又称为米波波段。事实上这个波段的雷达载20世纪30年代就有了,由此可见技术发展的速度。使用这个波段的好处是天线尺寸比高频段要小一个量级——这样才能把雷达安装到空间比较局促的平台上,如舰船等。同时这个波段的波长决定了大多数飞机是无法隐身的。这可能是让早已淘汰的波段起死回生的一个契机。不过这个波段的问题和高频波段一样,大量的通信和广播也使用这个频段,所以干扰也是很大的。

    再往上跑我们就来到超高频波段了(UHF),UH是Ultra High的缩写——大家可以看出这个命名是多么无奈了吧。此波段的频率是300M到1G,波长从0.3米到1米,这个波段一般也称为分米波波段,二战早期的机载反潜雷达就是工作在这个频段上的,可见在20年不到的时间里雷达频段一下子跳了3个台阶。而同时更高工作频率的厘米波雷达也在研制当中,并在二战后期投入实用。从这个频段开始雷达终于可以避开干扰较大的“低”频了,由于这个频段的频率范围宽所以不同设备之间的工作通道可以比较轻松的相互避开。同时由于频段范围宽,再用波长长度如分米、厘米、毫米等方式就比较粗糙了。所以分米波和厘米波根据各自的特点和用途在1G以上的频率细分为几个用字母表达的波段,这就是在兵器知识中经常听到的C波段、X波段等等波段了。

    具体的L波段频率范围是1G Hz到2GHz,波长从30cm到15cm,L的意思表示远距离,这个波段常用于远程对空警戒雷达、太空雷达以及作用距离在200英里以上的空中交通管制雷达。

    S波段的频率范围是2G Hz到4G Hz,波长从15cm到7.5cm。S的意思是短(Short)指波长短——命名的混乱之一。波长短可以比较容易做到窄波束,用于机场终端监视雷达可以得到很好的角分辨力和精度。这个频段也可以做远程监视雷达用,不过受雨的影响很大。然而气象雷达需要这个特性,所以气象雷达也多工作在这个频段上。

    C波段频率范围是4G到8G,波长从7.5cm到3.75cm之间,C是英文compromise的缩写,即妥协、折中的意思。和什么折中呢?这里指的是S波段和X波段(8G-12.5G)两个波段的折中。而X波段的X则表示这个曾经是一个保密频段(二战期间)。这里我们再次看到命名的随意和混乱。X波段的用途很广,军用和民用雷达都经常使用这个频段,由于频率很高其天线尺寸可以做得很小,警用雷达测速就是一个例子——小到大多数人都没有留意。

    Ku、K、Ka波段指12.5-40G的频段。其中K是德文Kurz,意思也是短(Short)……,这个波段早期是二战期间发展起来的厘米波雷达,频率是24G。不过这个频率十分接近水蒸气的谐振波长,也就是辐射出去的能量要被水蒸气吸收掉不少——微波炉的加热原理。因此为了避开这个谐振频率,把K段分成Ku(小于谐振频率的波段)和Ka(大于谐振频率的波段)两个波段。其中Ku是12-18GHz,Ka是24-40GHz。这个频段主要用于高分辨的测量,由于还存在大气衰减因素。其作用距离通常比较短。

    关键词(Tags): #雷达#无线电波段元宝推荐:爱莲,

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    • 家园 领教了,很好,花谢
    • 家园 我说怎么最近一下河就耳根发热

      原来有人在天天念叨俺。

      砸花。

    • 家园 求教一个问题

      在休斯顿的西南有个卫星城市叫做MISSOURI CITY,那里有个规模庞大的天线阵,当地人叫它 antenna farm,你用GOOGLE查一下missouri city antenna farm 就能找到。那些天线塔非常高,600米(2000英尺)算是很高了吧?上十根这样的天线组成的阵列看上去还是很壮观的。

      我原来一直非常好奇这么大规模的天线阵是干什么用的,后来搞清楚了那个是电视和FM用的天线。

      我的问题是:这么大的天线群对周围的居民有没有什么不良的影响?

      • 家园 没什么不良影响吧

        Area within the city of Missouri City populated by eight antenna towers that provide television and FM radio broadcast capabilities for the Greater Houston area, serving 46 television stations (including digital, low power and translator stations), and 23 FM radio stations.

        Seven of these towers are over 600 meters (1968 feet) tall, with the eighth topping out at 449 meters (1473 feet) tall.

      • 家园 600米是绝对海拔吧?

        200层高的楼啊,美苏对抗的超长波雷达也没这么高的,一般也就四五十层楼高.

        不然就是地面的阵列宽度.阵列是朝向天上的,用来作射电望远镜的?

        • 家园 那地方的海拔不过30-50英尺高

          这个地方离海边的直线距离不过60英里,一马平川。

          那些塔就是高,不然我也不会那么有兴趣了。在二十多公里外的DOWNTOWN的高楼上,它们看上去比医疗中心的那些几十层的高楼还要跟高一些!

      • 家园 电视和FM用的天线不需要“阵”。

          每个大城市都有一个高高的电视塔,都是当地最高的建筑,都是一座独塔。无线电视信号波长最长的也是米级,需要一般的定向天线一座塔上也能放得下,而电视广播即使需要定向也不需要很窄的波束,FM波长比电视的VHF波段还短些。

          如果是米波以上的,十几座塔指向性就非常好了,而且波束可以很窄,只会用于超远距通讯,考虑到休斯顿有个航天中心,这个天线阵可能是航天通讯用的。

          如果每个塔顶之间还有长长的天线连着,那就应该是中波天线,百米级的波长。象江苏广播电台(不是电视台)新闻综合台频率是702KHz,波长427米,那个天线阵就相当的大。但与雷达天线不同,是多个塔举起的一个水平的“网”,而地面用雷达天线是垂直的网。不过航天测控用的雷达天线也应该是水平的“网”,只是比中波天线密得多。

        • 家园 看地图不是“阵”

          是单独的十几根“杆”。确实是给电视和FM广播用的。用这么高的天线,估计是因为要覆盖整个大休斯顿地区。

          • 家园 这十几根杆是怎么排列的?

              俺到卫星地图上找半天没找到,在休斯敦什么方位?多少公里?

              还有个可能性,就是休斯敦的电视台太多,一根杆子上放不下,不得已多建一些。不过十几根杆能放上百个频道的电视发射天线了,也许是私营电视台不愿与别人合用?总之不可能十几座杆只用于一个电视天线。

            • 家园 用bing的map功能

              http://www.bing.com/maps/?FORM=Z9LH12

              然后输入 29°34'2"N 95°30'8"W

              想看个全貌,就选aerial,想看得仔细点,就选bird's eye

              • 家园 找到鸟

                  分辨率相当的高,大概只有0.3米。

                  从地面道路来看,是各个不相干的电视台的发射天线,只是建到了一起。

                  按在中国的经验,建在一起的塔总认为是互相有关系的一组。

                • 家园 看来我之前的想法是错的

                  真是没有调查,没有发言权啊。

            • 家园 8个塔,7个六百米,一个449米

              提供发射天线给休斯顿地区46个电视台,23个FM台。

              外链出处

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              外链图片需谨慎,可能会被源头改

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              • 家园 从第一张照片看。

                  最高处还有中波天线。

                  两张照片可能不是同一处,塔顶不一样,而且第二张照片看上去不那么高。

                  第二张照片上的鱼骨应该就是电视发射天线,用的还是简易的半波振子?与国内的天线不一样。这样的话是一个横担上放两个相背的八木天线,还得有一个放在这个的垂直方向,就象中间那根杆一样。

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