說起雷達(dá)的起源，要追溯到二戰(zhàn)時(shí)期。

英德之間的不列顛空戰(zhàn)，成為雷達(dá)大顯身手的歷史舞臺(tái)，也拉開了雷達(dá)快速發(fā)展的序幕。

時(shí)至今日，雷達(dá)早已不再是軍事領(lǐng)域的專利。隨著科技進(jìn)步，雷達(dá)在機(jī)載、艦載、星載、車載等各個(gè)領(lǐng)域大放異彩，起到不可或缺的作用。

獨(dú)門絕技

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)早已告別短兵相接、近距廝殺的冷兵器時(shí)代，作戰(zhàn)距離超過肉眼可見的范圍。能否在戰(zhàn)斗中料敵于先、占據(jù)主動(dòng)，決定著空戰(zhàn)勝負(fù)。

為了在超視距作戰(zhàn)中決勝千里之外，雷達(dá)系統(tǒng)成為戰(zhàn)機(jī)的親密戰(zhàn)友，起到了關(guān)鍵作用。

之所以能夠擔(dān)此重任，是因?yàn)槔走_(dá)有著獨(dú)門絕技——能夠快速發(fā)現(xiàn)、跟蹤、截獲目標(biāo)，并在戰(zhàn)斗中選擇合適的武器進(jìn)行攻擊，實(shí)現(xiàn)“先敵發(fā)現(xiàn)、先敵發(fā)射、先敵命中”，掌握作戰(zhàn)的主動(dòng)權(quán)。

世界上最早的雷達(dá)誕生于二戰(zhàn)時(shí)期。當(dāng)時(shí)，英國(guó)的“本土鏈”雷達(dá)投入使用，開創(chuàng)了雷達(dá)在軍事領(lǐng)域應(yīng)用的先河。

隨后幾十年的發(fā)展歷程中，戰(zhàn)機(jī)為了躲避雷達(dá)探測(cè)不斷升級(jí)。就像“矛”與“盾”之間的較量，為了在戰(zhàn)斗中占得先機(jī)，設(shè)計(jì)師們?cè)诶走_(dá)領(lǐng)域也從未停止探索。

無線電研究的深入和制造工藝的進(jìn)步為雷達(dá)的更新?lián)Q代創(chuàng)造了可能?，F(xiàn)代雷達(dá)的探測(cè)距離超過幾百甚至上千公里，可以瞄準(zhǔn)不同方向、不同目標(biāo)，完成對(duì)多個(gè)目標(biāo)的同時(shí)跟蹤和攻擊。

不僅如此，全天候、全天時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，使得雷達(dá)不論白天和黑夜都能探測(cè)遠(yuǎn)距離目標(biāo)，且不受霧、云、雨等惡劣天氣影響。雷達(dá)發(fā)射的獨(dú)特波長(zhǎng)，能夠讓千里之外的目標(biāo)無所遁形，是名副其實(shí)的“千里眼”和“順風(fēng)耳”。

那么，雷達(dá)是如何實(shí)現(xiàn)“看得遠(yuǎn)”“聽得清”的呢？簡(jiǎn)單來說，雷達(dá)探測(cè)靠的是高性能發(fā)射系統(tǒng)和接收裝置的密切配合。

當(dāng)雷達(dá)開始探測(cè)時(shí)，雷達(dá)發(fā)射機(jī)便會(huì)通過天線發(fā)射電磁波。電磁波以天線為中心，向四周傳播，就像池塘里丟了一顆石子，產(chǎn)生一圈圈波紋向外擴(kuò)散。為了滿足不同探測(cè)需求，雷達(dá)發(fā)射的波長(zhǎng)也不盡相同。

當(dāng)電磁波遇到被探測(cè)目標(biāo)后，便會(huì)沿著目標(biāo)的形狀向各個(gè)方向反射，其中一部分返回到雷達(dá)方向，并被雷達(dá)天線捕獲，形成回波信號(hào)。

僅僅接收到回波信號(hào)還不夠。眾所周知，地球本身就是一個(gè)磁場(chǎng)，就像人們經(jīng)常使用的電視機(jī)、收音機(jī)會(huì)因?yàn)楦蓴_出現(xiàn)“雪花屏”“吱吱聲”一樣，雷達(dá)的電磁波也會(huì)受到來自地面、空中等四面八方的電磁干擾，影響雷達(dá)的“聽力”。

這種“雜波”的干擾，會(huì)讓回波信號(hào)非常微弱。在實(shí)際探測(cè)過程中，電磁波信號(hào)也會(huì)隨著距離的增加而衰減。

此時(shí)，雷達(dá)接收機(jī)將發(fā)揮作用。它能夠?qū)⒏蓴_信號(hào)過濾掉，放大微弱的回波信號(hào)，使回波信號(hào)變得清晰，并傳遞給處理機(jī)進(jìn)行“翻譯”。然后，目標(biāo)的距離、飛行航跡、速度等一系列信息就能通過顯示器呈現(xiàn)出來了。

進(jìn)化之路

隨著科技快速發(fā)展，雷達(dá)的功能越來越強(qiáng)大，種類也越來越多?，F(xiàn)代巨型雷達(dá)直徑超過百米，微型雷達(dá)卻只有指甲蓋大小，它們的應(yīng)用領(lǐng)域也不盡相同。

雖然形狀各異，雷達(dá)的工作原理卻大致相同：靠電磁波的發(fā)射和回波來實(shí)現(xiàn)探測(cè)功能。這種方法看似簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應(yīng)用中，電磁波的探測(cè)之旅卻一路坎坷。如何減少“雜波”干擾、提高探測(cè)距離和探測(cè)精度，推動(dòng)著一代代雷達(dá)設(shè)計(jì)師進(jìn)行艱難的探索。

早在19世紀(jì)末，麥克斯韋方程組的建立幫助人類叩開了電磁理論的大門。隨后，意大利工程師馬可尼提出了無線電在遠(yuǎn)距離探測(cè)方面的潛力。

戰(zhàn)爭(zhēng)的爆發(fā)刺激了科技的飛速發(fā)展，也使很多曾經(jīng)概念性的設(shè)計(jì)理念得到實(shí)際應(yīng)用。

事實(shí)上，雷達(dá)的最初發(fā)明來自于人類的“無心插柳”。1935年，英國(guó)科學(xué)家羅伯特·瓦特團(tuán)隊(duì)希望把無線電波作為一種攻擊武器用來摧毀德軍飛機(jī)，但很快便得到了失敗的結(jié)論。

意外的是，他們發(fā)現(xiàn)通過測(cè)量從機(jī)身反射回來的無線電回聲長(zhǎng)短，可以得知飛機(jī)的飛行方向和距離。同年，該團(tuán)隊(duì)為英國(guó)空軍帶來振奮人心的消息，世界上第一部雷達(dá)研制成功。

雷達(dá)的橫空出世，讓英國(guó)人在空戰(zhàn)中占盡優(yōu)勢(shì)。當(dāng)時(shí)，英國(guó)軍隊(duì)在海岸線上架設(shè)了大型雷達(dá)天線，其提供的探測(cè)信息幫助英軍攔截了不少德軍轟炸機(jī)。雷達(dá)在實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用中的大獲成功，使得設(shè)計(jì)師們萌生了把雷達(dá)裝上飛機(jī)的想法。

1937年，英國(guó)“安森”號(hào)飛機(jī)安裝了世界上第一臺(tái)機(jī)載雷達(dá)。3年后，裝備在“英俊戰(zhàn)士”戰(zhàn)斗機(jī)上的機(jī)載雷達(dá)在空戰(zhàn)中首次使用并嶄露頭角。

受到雷達(dá)技術(shù)限制，這時(shí)期的雷達(dá)探測(cè)距離只有幾公里。由于位于機(jī)身外部的“犄角”天線體積龐大，影響飛機(jī)機(jī)動(dòng)，雷達(dá)并沒有得到廣泛應(yīng)用。

早期雷達(dá)采用普通脈沖體制，探測(cè)能力較弱，尤其是下視探測(cè)時(shí)，微弱的目標(biāo)回波信號(hào)幾乎被淹沒在雜波中，從而失去對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力。這種探測(cè)方式很快被歷史淘汰。

20世紀(jì)60年代，機(jī)載脈沖多普勒火控雷達(dá)研制成功并逐漸投入使用。它克服了早期雷達(dá)的缺陷，具有下視功能，抗干擾能力強(qiáng)，在三代機(jī)上普遍應(yīng)用。

這種機(jī)械式雷達(dá)通過旋轉(zhuǎn)天線進(jìn)行掃描，發(fā)射單一波束，即靠“身體轉(zhuǎn)動(dòng)”來帶動(dòng)“眼睛”探測(cè)?？諔?zhàn)中，隨著戰(zhàn)機(jī)速度提高、數(shù)量增多，設(shè)計(jì)師發(fā)現(xiàn)，機(jī)械掃描方法速度慢，極易跟丟目標(biāo)，多目標(biāo)跟蹤時(shí)更是“力不從心”。同時(shí)，由于發(fā)射機(jī)只有1個(gè)，一旦損壞，整部雷達(dá)也會(huì)失效，可靠性難以保證。

于是，采用電子掃描相控陣?yán)走_(dá)應(yīng)運(yùn)而生，并經(jīng)歷了無源到有源的發(fā)展。先進(jìn)的有源相控陣?yán)走_(dá)把整部發(fā)射機(jī)分散到數(shù)以千計(jì)的收發(fā)組件上。即使一個(gè)收發(fā)組件損壞，也不會(huì)影響整部雷達(dá)工作。這種雷達(dá)天線類似于蜻蜓的“復(fù)眼”，不僅實(shí)現(xiàn)了“身體”能動(dòng)，“眼球”也能動(dòng)，還可以瞄準(zhǔn)不同方向、不同目標(biāo)，同時(shí)進(jìn)行跟蹤。

不僅如此，通過強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，雷達(dá)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)空、對(duì)地探測(cè)等多種功能。作用距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、隱身性能好、可靠性高等一系列優(yōu)勢(shì)，使其成為戰(zhàn)機(jī)上科技含量最高、技術(shù)最復(fù)雜的裝置之一，也成為衡量戰(zhàn)機(jī)戰(zhàn)斗力的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

尖端工藝

作為戰(zhàn)機(jī)的“千里眼”和“順風(fēng)耳”，雷達(dá)最重要的性能之一便是要保證探測(cè)的準(zhǔn)確性。

要保證準(zhǔn)確性，電磁波的發(fā)射、接收、信號(hào)轉(zhuǎn)換等一系列步驟，必須絕對(duì)可靠、暢通無阻。

在機(jī)載雷達(dá)的眾多組成部件中，雷達(dá)天線承擔(dān)著發(fā)射無線電波的工作，天線精度決定著雷達(dá)的探測(cè)任務(wù)能否精準(zhǔn)完成。

以先進(jìn)的有源相控陣?yán)走_(dá)為例，其天線由數(shù)以千計(jì)的收發(fā)組件組成，是該雷達(dá)的核心部件之一。為了適應(yīng)雷達(dá)的探測(cè)需要，一些收發(fā)組件的橫向尺寸必須控制在毫米大小，相當(dāng)于一張微型SIM卡的尺寸，這給設(shè)計(jì)師帶來了不少難題。

經(jīng)過多年研究，設(shè)計(jì)師終于找到一種微組裝技術(shù)——采用微焊接等工藝技術(shù)將各種半導(dǎo)體集成電路芯片和微型化元?dú)饨M件組裝在高密度多層互聯(lián)基板上，形成高級(jí)微電子組件，這種操作如同在蟬翼上繡花。

“微”技術(shù)卻有高科技，收發(fā)組件從制造到順利裝機(jī)并投入使用需要經(jīng)過重重考驗(yàn)：

第一步是選材，給收發(fā)組件一副“好身板”。別看收發(fā)組件的體積小，內(nèi)部卻集成了多種精密芯片。所以，作為多芯片和芯片間布線連接的基板選擇就尤為重要。

為了滿足不同需求，收發(fā)組件采用由多種基板混合的組成方式，以達(dá)到高密度小體積組裝效果、減小傳輸損耗等方面要求。

第二步是組裝，將各種芯片組裝在基板上。這種芯片組裝技術(shù)集合了超聲波清洗、共晶焊接、粘接、金絲超聲鍵合等環(huán)節(jié)，是微組裝工藝中的重要一環(huán)。

步驟看似簡(jiǎn)單，組裝環(huán)境、工具選擇、精度控制、時(shí)間把控等指標(biāo)要求卻非?？量獭?shí)際操作甚至要在高倍顯微鏡下進(jìn)行。其中，鍵合工藝是技術(shù)含量最高、難度最大的步驟之一。

所謂鍵合，即用比頭發(fā)絲還細(xì)的金線，將芯片與外部電路聯(lián)通。這種工藝通過針尖的超聲震動(dòng)，使得金線與焊盤形成分子間連接達(dá)到微焊接目的。資料顯示，1克黃金可拉出10微米直徑、661米長(zhǎng)的金線，相當(dāng)于頭發(fā)絲的八分之一，細(xì)到早已超過了肉眼識(shí)別范圍。

第三步是封裝，即對(duì)完成組裝的收發(fā)組件進(jìn)行保護(hù)，作為精密電子部件，收發(fā)組件對(duì)封裝要求非?！疤籼蕖薄ｋS著技術(shù)發(fā)展和工藝優(yōu)化，先進(jìn)的封裝技術(shù)能夠防止空氣中的灰塵、水汽等微型顆粒進(jìn)入模塊內(nèi)部造成污染，從而保證使用壽命和可靠性。

完成一系列工序后，裝機(jī)完畢的雷達(dá)還需要進(jìn)行信號(hào)、功率、靈敏度等幾十種參數(shù)測(cè)試，以滿足其在邊搜索邊跟蹤、邊搜索邊測(cè)距、截獲、格斗等多種戰(zhàn)斗狀態(tài)下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

近年來，科研人員始終在新材料、新工藝的應(yīng)用上不斷探索研究，推動(dòng)雷達(dá)迭代發(fā)展。未來，隨著更多先進(jìn)技術(shù)的投入使用，雷達(dá)的應(yīng)用范圍和探測(cè)能力也將變得越來越強(qiáng)大。

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