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1、超声波：我们知道，当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为 2020，000 赫兹。当声波的振动频率大于 20000 赫兹或小于 20 赫兹时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000 赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为 15 兆赫。超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石等。在医学,军事,工业,农业上有明显的作用.电磁波：从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。 正像人们一直生活在空气
2、中而眼睛却看不见空气一样，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波谱是无线电波,微波,红外线,可见光,紫外线,伦琴射线(X 射线),伽玛射线.应用：无线电波用于通信等微波用于微波炉红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹等可见光是所有生物用来观察事物的基础紫外线用于医用消毒,验证假钞,测量距离,工程上的探伤等X 射线用于 CT 照相伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等.无线电波。无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。两者有本质的区别,电磁波的传播不需要媒介,而超声波却是需要媒介的.电磁波比如光波,超声波是声波真空是无法传播的. 电磁波的应用电磁波的应用雷达原理及应用张永好(宝鸡文理学
3、院物理系 721007) 摘摘 要要：本文就电磁波在探测跟踪和控制目标方面的应用展开论述，首先阐述雷达系统的组成，雷达的工作原理其中涉及到电磁波定位的基本原理和方法以及利用多卜勒效应测定目标径向速度的方法。其次分析讨论影响电磁探测的几个因素，最后对雷达在军事方面的应用作较为详细的说明，同时也对未来雷达的发展作以展望。关键词关键词：雷达 电磁波 目标ApplicationApplication ofof ElectromagneticElectromagnetic wavewave-ralars-ralars mechanicsmechanics andand applicationapplic
4、ation ZHANG Yonghao(Baoji College of Arts and Science, Physics department 721007)AbstractAbstract: This article give a statement about the application of electromagnetic wave in searching, following, and controlling the direction of objects. Above all , it state the component and mechanics of radar.
5、 Including methods and principles of locating of radar and the methods of using Doppler effect probe the radial speed. Next, it analyse some factors which do something wrong to search objects. The last. This article tell the reader the important role in the micitary. And also, theres new expectation
6、 about the modern radar in the future.KeyKey wordswords: radar electromagnetic wave objects1 1雷达概述雷达概述雷达，英文单词 radar 中文译音，即 radio Detection and ranging（无线电发现和测距）开头字母组成，早期的雷达就是用来发现目标和测量目标距离，那么雷达在什么时间、什么情况下出现的呢？二十世纪初，无线电技术的迅速发展，得力于人们对电磁波的不断深化认识，同时人们对电磁波的应用也不断扩大。电磁波帮助人类将通信距离伸展几千公里，是一个很好的例子。那么，能否利用电磁波实现对
7、运动物体的远距离测量呢？人们从蝙蝠这一动物得到启发，它利用喉部发出的超声波，通过障碍物如虫、飞蛾的反射，再被耳朵接收，从而发现目标。 利用电磁波探测目标是在二十世纪三十年代后期出现的。年，英国科学家 R.W 瓦特在对地球大气层进行无线电回波信号研究时，偶然发现荧光屏上有一串明亮的光点。经过反复试验，证实了这些光点正是实验室附近某幢大楼的反射回波信号。这个意外的发现，使他萌发了利用无线电回波探测移动目标的设想。年由瓦特和其他英国电气工程师研制的第一部用于探测飞机的雷达，虽然探测距离只有几十公里，但却开辟了利用电磁波探测和定位的道路。第二次世界大战却给刚刚诞生的雷达事业提供了良好的发展机会。大战开
8、始阶段，雷达作为一种新型防御系统用来预报敌机的入侵，当时在德国飞机狂轰滥炸的威胁下，英国根据瓦特的建议在沿海地带建起了许多雷达站，用来预报来犯敌机的数量，航向和距离。这是雷达首次投入使用。而随后太平洋战争爆发，著名的“珍珠港“事件给美国了沉重的一课，使他们从轻视雷达神奇作用的迷梦中惊醒过来。年月日，美国夏威夷海军基地风平浪静，谁会想到一场著名的偷袭战的来临，而战前美国的雷达预警确有一群来犯的日本飞机。而美国人的猛醒又给日军以沉重的打击。在随后爆发的中途岛海战中，美国打了一个漂亮的报复仗，而在其中，雷达也帮了不少美国的忙。在战争中逐渐成长起来的雷达，不断接受战争的洗礼，因此越发变得成熟完美。战争
9、后期，雷达与武器操纵系统结合在一起。也被炮兵、部队用于搜索自动跟踪和轰击目标，从而使火炮的命中率大为提高，逐渐广泛用于海、陆、空全面的防御和打击战中，发挥着举足轻重的作用。雷达不仅在国防军事方面有着重要的作用。同样，雷达的广泛应用不断渗透到国民经济的各个领域。如：应用雷达探测大气奥秘，进行天气灾害预报；跟踪导航对卫星进行跟踪和定轨。对飞船进行和控制，所有这些都是雷达电波为人类社会做出的卓越贡献。作为一名大学生，有必要对雷达的工作系统、原理作较为系统、全面的了解。雷达工作原理雷达工作原理雷达系统的组成雷达最主要的功能是发现目标和测定目标的位置，它的基本组成包括三个部分，发射机，接收机和无线外加显
10、示器、定时器和控制系统等主要构件。脉冲发射机在定时器控制下周期地产生强大功率的矩形脉冲调制的高频电磁波，这个电磁波经系统和收发开关到天线后，按特定的方向向空间集束辐射。天线受控制系统操纵使波束在空间扫描，以便搜索目标，当目标受电磁 图 雷达系统示意图波照射时，产生后向散射回波。这个回波经收集，通过无线开关送到接收机。接收机将收到的回波信号连同发射机工作时通过收发开头漏过来的一小部分主波信号，一起进行高频放大、中放、检波和视频放大、最后将视频脉冲信号加至显示器。雷达显示器在受到定时信号触发后开始工作，最初在显示器的荧光屏上出现的是经开线开头漏过来的主波信号。这也是电磁波离开天线时的起始信号。待回
11、波信号到来时，经计算机处理，荧光屏上显示目标的位置及有关参数。最常用的雷达显示器采用极坐标的平面显示装置，屏幕的中心代表雷达站所处的位置，目标以亮点显示出来。亮点与圆心之间的距离即目标与雷达站之间的距离显示。它与正北的夹角就是目标的方位角，在实际的显示器中都有坐标的机械刻度和电子刻度；因此能直接从显示器上读出有关目标的系列参数。 新型雷达采用电子计算机进行数据处理，内置相应支撑软件，计算机控制各部分协调工作达到方便、快捷，有的雷达还根据实际情况，由计算机控制工作频率或变更工作方式，以提高工作效率和精度。电磁波定位和测速的原理和方法：如右图是电磁波定位的原理图，由发射机 产生的一定调制的高频电磁
12、波，经发射天线按特定方向辐射到空间，若电磁波在空间传播时遇到目标，一部分高频电磁波被反射回来，经过无线并且进入接收机，观察人员通过显示器 图 雷达工作原理示意图在接收终端判断有无目标及目标的性质，且通过自动化处理，给出目标的系列参数，以明辩敌我，及时作出应对。一般情况下，我们只用一副即可完成电磁波的发射和接收，当有脉冲时，电磁波通过天线发射出去，这时可以利用触动开关或电子信号使接收机关闭，当发射机停止工作时，立即打开接收机，则可利用一副天线，而完成电磁波的发射和接收。 现在我们假设空间传播介质是均匀的，则电磁波在这样的空间内传播我们认为是匀速的；沿直线的传播，电磁波离开天线到目标后，经反射又回
13、到天线所用的时间为 ，设目标距离雷达站的距离为，则电磁波在这段时间内所经历的路程为，根据路程的速度公式 ，则 ，其中为电磁波的传播速度。这是雷达测量目标距离的基本公式，从式子我们可以看出，只要测出 即可实现对目标距离的测量，但在通常情况下，我们所要知道的是运动目标的系列参数，如径向速度，即目标向着或（背着）雷达站方向的速度。在雷达系统中，我们利用多卜勒效应来实现测速的。 日常生活中有这样的体验，当鸣笛的火车由远处开来时，我们听到汽笛声由低到高；而当火车急弛而过时，我们则感觉到汽笛声由高到低，音调的高低是由声源振动的频率所决定的，但是在上述情况下，我们听到的音调变化完全是由声源与听者之间的相对运
14、动所引起的，由于波源或观察者的运动而出现观测频率与波源频率不同的现象，称为多卜勒效应，是奥地利物理学家多卜勒（J.C.Doppler）在 1842年发现的。2多卜勒效应有如下三种情况：观察者静止而波源运动，则有： （），其中 为观测频率， 为波源频率， 为波速， 为波源运动速度。波源静止而观察者运动，则有 （），其中 为观察者运动速度。若观察者和波源在同一直线上运动 （），其中 为波源运动速度。自从在音频范围内发现多卜勒效应以后，经过几十年研究，在 1938 年证明了在电磁波频域内同样有多卜勒效应，下面，我们结合有关电磁波的知识，研究利用多卜勒效应测量目标经向速度的方法。 图 电磁波受移动目标
15、的反射设雷达发射波长为 ，频率为 的一段电磁波，它在空间延伸的长度为，而其中包含的波数为： .若这段电磁波自左向右传播时，在点遇到了目标，则在前方点的电磁波先反射回来，然后是后方的点被反射，如果目标是静止的，则这段电磁波与目标的接触时间为 ，且反射后点的距离也为。若目标沿一定速度 向雷达站飞行，由运动学知识所知，目标与这段电磁波的接触时间变为 ，在这段时间内目标的前进距离为： ，也就是说点受目标反射时将比点反射时缩短了以上这段距离，在这段距离上电磁波传播时间为： ，也即接收这段电磁波的持续时间将缩短 。因而由于目标的径向运动，接收的持续时间将是因回波信号在 AB 间的波长数不变，所以持续的减少
16、必使频率 的增高：（） 由上式可知：（）当 ，说明目标与雷达站无相对运动，回波频率等于发射信号的频率。（）当 ，说明目标向雷达站运动，接收频率高于信号频率。（）当 ，说明目标远离雷达站运动，接收频率低于信号频率。同样，也可直接从（）、（）式推导出雷达接收频率 与雷达发射频率 之间的关系：（同上式）通常，我们将相对运动所引起的接收频率与发射频率之间的差距称为多卜勒频率，用 表示（）由于电磁波的传播速度远远大于相对运动的速度 ，即 ，则略将（）式化简为：（）从上式可以看出，只要测出信号的多卜勒频率 就可以求出目标运动的径向速度 ：在雷达系统中，采用一种专门的设备，可直接测量出 ，经计算机处理，在显示器上可读出 。雷达目标的散射截面积：雷达发射的电磁波遇到目标时，一部分能量被目标吸收转化为热，另一部分在目标表面产生感应电流而重新辐射，这种重新辐射的能量，有一小部分被接收天
