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不列颠空战催生AI雷达
二战中，迫于严峻的防空形势，英国空军在装备“本土链”雷达后，很快就展开了雷达战术使用研究。除了对空预警，英国空军还演练用雷达引导战斗机拦截敌机的战术，虽然成功率只有75％，但也足以证明这种战术的巨大价值。
但“本土链”雷达测量误差太大。其脉冲宽度为6～25微秒，当时没有脉冲压缩技术，脉宽过宽导致测距误差增大，即使6微秒的脉宽，辐射出去的脉冲也有1.8千米长，因而只能测得目标的概略位置。用雷达情报把战斗机引导到敌机概略位置后，接下来还得靠飞行员用肉眼寻找敌机。若在晴朗的白天，飞行员一般都能较顺利的发现敌机。若天气不好或夜晚，飞行员就无能为力了。
很快，雷达先驱们就想到了在飞机上安装雷达帮助飞行员看穿迷雾和黑夜。这种雷达被叫做“空中截击”(Air-borne Interception)雷达，简称AI雷达。
以当时的电子技术水平，稍有经验的工程师可能都不愿意接手研发AI雷达。即使不考虑天线，“本土链”雷达的电子器件也足能装满一个房间，且耗电巨大。而战斗机空间小，发动机功率有限，要把又大又笨又费电的雷达塞进战斗机，简直不敢想像。真要实现雷达机载，首先就得把雷达工作波长降到l米以下，使天线尺寸缩小，以适宜飞机安装。波长短意味着天线振子变短，天线整体尺寸相应缩小。爱德华·鲍恩(原“本土链”雷达研发团队成员之一)显然也是被迫接手AI雷达研制任务的。其目标是造出一部重量不超过100千克、功耗小于500瓦、天线长度小于1米的雷达。
早期雷达的设计很大程度上是围绕着发射机设计，发射机的性能(主要是频率和功率)很大程度上决定着雷达的性能。就好比飞机的设计主要是围绕着发动机在设计一样。起初，鲍恩手中没有功率适宜且波长较短的电子管，只好做收发分置的设计：在飞机上安装体积小、功耗小的接收机，把体积、功耗巨大的发射机设置在地面；空中接收机通过接收地面发射脉冲和敌机反射脉冲来发现敌机。鲍恩还把雷达工作波长设定为与EMI电子公司电视机工作波长相同，即6.7米／44.8兆赫，这样把电视机接收机稍加改造就能充作雷达接收机。整个系统显得非常紧凑，鲍恩对这个设计也非常满意。
这个收发分置设计本身并没有多大问题，只是大大超前了那个时代。当时的收发分置雷达，是因为没有收发转换开关而只能用两套天线分别负责发射和接收，发射机和接收机布置很近，受同一个定时器集中控制，只能算是发射天线和接收天线分置，这在早期雷达上是很普遍的。而鲍恩的设计不但要发射机和接收机分置很远，还要接收机移动(类似现代防空导弹上的半主动雷达)，这需要十分复杂的异地同步技术做支撑，要到二战后很久才能实现。原“本土链”雷达设计团队的领导、时任空军部高级技术主管的沃森·瓦特很清楚地意识到其中的巨大技术障碍，严厉要求鲍恩必须放弃这种取巧设计。
鲍恩只好从头再来，这次他得到了新器件的支持。RCA公司(美国无线电公司)开发出一种小型电子管，可产生波长1.5米／200兆赫且具有一定功率的电磁波。它带来的好处是能使雷达波长变短，并使发射机体积和功耗都变小，这无疑是雪中送炭。1937年8月17日，全新版的AI雷达被装进“安森”飞机，开始第一次雷达试飞。这次试飞很有趣，对以后雷达研究方向产生了一定影响：飞机升空后，雷达没有发现任何空中飞机，却把海面上的几艘船看得清清楚楚——整个歪打正着。获此消息，沃森·瓦特又特地安排这架飞机做观察英国海军舰船的试验，结果非常成功。即使在恶劣的天气里，雷达都能轻松发现舰船。很快，机载雷达的研发重点就从空中转向空中对水面舰船。
到不列颠空战后期，纳粹空军开始夜间轰炸英国城市，夜间拦截遂成为英国空军的主要任务。用探照灯引导战斗机效率很低，适宜夜间防空的AI雷达才又成为空军的最爱。
此时，鲍恩的波长1.5米的AI雷达也在逐步实用化。早期的产品工作极不稳定，第一种AI雷达即AI-1型在户外时基本不能工作，AI-2型也是如此。当然，早期雷达操作员的训练也在摸索阶段，操作员的素质在很大程度上影响着雷达性能发挥。必须说明，雷达在当时还是全新玩意，没有人知道如何正确使用，而且夜间战斗机飞行员对新来的雷达操作员没有多少好感。这一切都使得雷达先驱们工作十分艰难。到AI-3型时终于有了一些进展，尽管仍不能令人满意，但总算是能用了。
AI-3雷达的最大探测距离为2 750米，最小探测距离为330米。这要求夜间战斗机必须被引导至目标附近2 750米以内时才有可能发现敌机，而且与致机距离小于330米时即进入雷达盲区，雷达会丢失目标。更糟糕的是，AI-3还会干扰夜间战斗机的无线电通信(1.5米的波长恰好位于超短波通信波段)。
有趣的是，鲍恩先前用电视机接收机充当雷达接收机的设计虽然未能成功，却促进TEMI电子公司的技术进步，该公司很快就投入到雷达研发中(直至今天该公司仍保持有尖端雷达业务)。1939年12月，该公司承接AI雷达生产任务。EMI电子公司的雷达技术由艾伦·布鲁姆林领导，他是英国最优秀的电子工程师之一。顶级电子工程师的参与，对那些富有创造性但工程专业知识不够丰富甚至显得业余的物理学家有很大帮助。布鲁姆林设计出高速脉冲开关，实现了有效控制雷达脉冲宽度，使得AI雷达的最小探测距离降到130米，最终促成AI-4型的诞生。
老旧的“布伦海姆”轻型轰炸机首先安装了AI雷达。机鼻处安装箭头状发射天线，两机翼前缘外侧各安装一对略向外侧倾斜的振子接收天线。操作员通过切换接收天线来转换接收波束方向，通过比较两波束回波大小测定目标概略方位，并引导飞行员将飞机转向两波束回波相等的方向，即目标方向。在很多人看来，操作雷达简直就是一门巫术。夜间战斗机飞行员约翰·坎宁安曾回忆他的同机操作员：“那个巫师跪在毛毯跪垫上，嘴里嘟囔着，CRY的绿光映在他脸上，我想这个巫师和他的巫术也许是有用的。”但即使有了AI雷达，“布伦海姆”飞机的夜间拦截效果也不好，因为它实在太老了，速度很慢，火力很弱。英国空军遂换以“勇士”战斗机(题图)。该机是专门为夜间战斗而设计，身形短粗，火力凶猛，速度较快。机翼上有6挺7.7毫米机关枪，机腹有4门20毫米机关炮。尽管机关炮经常卡壳，但其火力绝对令任何对手胆寒。不久，速度更快的“蚊”式轻型轰炸机也被加装AI雷达充作夜间战斗机。
经过不断改进，AI-4雷达性能日臻完善，雷达操作员也逐渐熟练。夜间战斗机的飞行员仪表板上还增加了敌机位置指示装置，极大地改善了飞行员与雷达操作员之间的协同。总之，有功能强大的 AI雷达帮助，英国空军的夜间拦截变得十分高效。
大西洋反潜战催生ASV雷达
与AI同源的ASV(Air to Surface Vessel，空对水面舰船)雷达的研究进展最初也不顺利。1940年初，波长1.5米的ASV-1投入使用，装备空军海防总队的3个海上巡逻机中队。虽然ASV-I跟AI-1一样不稳定、不可靠，但用于对海搜索已经够用了。海上巡逻机用它可以在北海常见的恶劣天气里跟踪护航船队。但是米波的ASV-1搜索潜艇比较困难，因为潜艇体型纤小，容易被海浪杂波淹没。显然，为对抗德军潜艇，英军还需要分辨力更高的雷达。
1941年春，不列颠空战以英国胜利告终，纳粹空军对大英帝国的致命空中威胁消失了。与此同时，德军海军潜艇活动越发猖狂。尽管德军潜艇早在战争爆发之初就开始活动，但英国海军部认为，依靠在一战中积累的反潜经验，即声呐和军舰护航，可以很容易对付潜艇。一战时，英国海军使用这两种手段取得了较好的反潜效果。
但英国海军很快就对潜艇抓狂了。在邓尼茨的指挥下，德国海军潜艇部队使用“狼群”战术，大量潜艇在夜晚一齐行动，对护航军舰形成压倒性优势，使之顾“腚不顾头”，根本无法护航。1940年春法国沦陷后，德军占领了大西洋沿岸的法国港口，使潜艇进出大西洋更加方便。1941年春，德军潜艇不断取得辉煌战绩，每月至少击沉一百多艘商船，极大限制了英国物资输入，使英国面临饥饿的威胁。德海军潜艇兵称这一时期为“快乐时光”。
英国几乎把能调动的军舰全部投入到大西洋航线护航中，还在冰岛建立了巡逻机基地，并不辞辛苦的破译德国海军密码。
丘吉尔称这场海上交通线上的反潜战为“大西洋之战”，雷达成为盟军反潜的王牌。严格地说，二战时的潜艇只能算是能潜水的鱼雷艇，它大多数时间都要保持水面航行，水下行动时只能依靠蓄电池提供动力，航速很低，也呆不了太长时间。雷达在很远距离上就能发现水面航行的潜艇，并指引飞机发起攻击。即使迫使潜艇下潜躲避，也能极大限制潜艇的活动。
1940年2月，空军部电信研究所(TRE)结束了开战以来到处搬家的混乱状态，恢复正常研究。汉布瑞·布朗(“本土链”雷达研发科学家之一)和法恩斯沃斯公司的杰拉尔德一起着手改进ASV雷达，很快就诞生了ASV-2。
ASV-2虽然仍旧不如意，但性能已前进一大步。在巡逻机上，ASV-2能够扫掠40千米宽的海面，可以持续跟踪海面舰船。1940年春天，军方一举就订货4 000部，但是因不列颠空战战事正紧，其生产优先权低于AI雷达，只能拖延交付。当年就有一百多架飞机安装了ASV-2雷达。因载机机型不同，ASV-2天线型式也有不同，甚至有的同型飞机天线型式也不一样。通常，“桑德兰”水上飞机的雷达天线型式为：机身安装发射阵列振子天线，两翼尖安装接收用八木天线，与AI雷达天线安装方式类似。1941年5月，在击沉德国海军“俾斯麦”号战列舰的战斗中，安装有ASV-2的飞机也立下大功。但ASV-2仍旧存在因波长较长导致探测潜艇困难的问题，且ASV-2的最小探测距离太大，有1500米，在夜晚抵近攻击潜艇很容易丢失目标。
因此，反潜战迫切需要对小目标探测性能更好的雷达，促使英国雷达研发向分辨力更高的微波波段进展。
(未完待续)
[编辑 王 瑾]
二战中，迫于严峻的防空形势，英国空军在装备“本土链”雷达后，很快就展开了雷达战术使用研究。除了对空预警，英国空军还演练用雷达引导战斗机拦截敌机的战术，虽然成功率只有75％，但也足以证明这种战术的巨大价值。
但“本土链”雷达测量误差太大。其脉冲宽度为6～25微秒，当时没有脉冲压缩技术，脉宽过宽导致测距误差增大，即使6微秒的脉宽，辐射出去的脉冲也有1.8千米长，因而只能测得目标的概略位置。用雷达情报把战斗机引导到敌机概略位置后，接下来还得靠飞行员用肉眼寻找敌机。若在晴朗的白天，飞行员一般都能较顺利的发现敌机。若天气不好或夜晚，飞行员就无能为力了。
很快，雷达先驱们就想到了在飞机上安装雷达帮助飞行员看穿迷雾和黑夜。这种雷达被叫做“空中截击”(Air-borne Interception)雷达，简称AI雷达。
以当时的电子技术水平，稍有经验的工程师可能都不愿意接手研发AI雷达。即使不考虑天线，“本土链”雷达的电子器件也足能装满一个房间，且耗电巨大。而战斗机空间小，发动机功率有限，要把又大又笨又费电的雷达塞进战斗机，简直不敢想像。真要实现雷达机载，首先就得把雷达工作波长降到l米以下，使天线尺寸缩小，以适宜飞机安装。波长短意味着天线振子变短，天线整体尺寸相应缩小。爱德华·鲍恩(原“本土链”雷达研发团队成员之一)显然也是被迫接手AI雷达研制任务的。其目标是造出一部重量不超过100千克、功耗小于500瓦、天线长度小于1米的雷达。
早期雷达的设计很大程度上是围绕着发射机设计，发射机的性能(主要是频率和功率)很大程度上决定着雷达的性能。就好比飞机的设计主要是围绕着发动机在设计一样。起初，鲍恩手中没有功率适宜且波长较短的电子管，只好做收发分置的设计：在飞机上安装体积小、功耗小的接收机，把体积、功耗巨大的发射机设置在地面；空中接收机通过接收地面发射脉冲和敌机反射脉冲来发现敌机。鲍恩还把雷达工作波长设定为与EMI电子公司电视机工作波长相同，即6.7米／44.8兆赫，这样把电视机接收机稍加改造就能充作雷达接收机。整个系统显得非常紧凑，鲍恩对这个设计也非常满意。
这个收发分置设计本身并没有多大问题，只是大大超前了那个时代。当时的收发分置雷达，是因为没有收发转换开关而只能用两套天线分别负责发射和接收，发射机和接收机布置很近，受同一个定时器集中控制，只能算是发射天线和接收天线分置，这在早期雷达上是很普遍的。而鲍恩的设计不但要发射机和接收机分置很远，还要接收机移动(类似现代防空导弹上的半主动雷达)，这需要十分复杂的异地同步技术做支撑，要到二战后很久才能实现。原“本土链”雷达设计团队的领导、时任空军部高级技术主管的沃森·瓦特很清楚地意识到其中的巨大技术障碍，严厉要求鲍恩必须放弃这种取巧设计。
鲍恩只好从头再来，这次他得到了新器件的支持。RCA公司(美国无线电公司)开发出一种小型电子管，可产生波长1.5米／200兆赫且具有一定功率的电磁波。它带来的好处是能使雷达波长变短，并使发射机体积和功耗都变小，这无疑是雪中送炭。1937年8月17日，全新版的AI雷达被装进“安森”飞机，开始第一次雷达试飞。这次试飞很有趣，对以后雷达研究方向产生了一定影响：飞机升空后，雷达没有发现任何空中飞机，却把海面上的几艘船看得清清楚楚——整个歪打正着。获此消息，沃森·瓦特又特地安排这架飞机做观察英国海军舰船的试验，结果非常成功。即使在恶劣的天气里，雷达都能轻松发现舰船。很快，机载雷达的研发重点就从空中转向空中对水面舰船。
到不列颠空战后期，纳粹空军开始夜间轰炸英国城市，夜间拦截遂成为英国空军的主要任务。用探照灯引导战斗机效率很低，适宜夜间防空的AI雷达才又成为空军的最爱。
此时，鲍恩的波长1.5米的AI雷达也在逐步实用化。早期的产品工作极不稳定，第一种AI雷达即AI-1型在户外时基本不能工作，AI-2型也是如此。当然，早期雷达操作员的训练也在摸索阶段，操作员的素质在很大程度上影响着雷达性能发挥。必须说明，雷达在当时还是全新玩意，没有人知道如何正确使用，而且夜间战斗机飞行员对新来的雷达操作员没有多少好感。这一切都使得雷达先驱们工作十分艰难。到AI-3型时终于有了一些进展，尽管仍不能令人满意，但总算是能用了。
AI-3雷达的最大探测距离为2 750米，最小探测距离为330米。这要求夜间战斗机必须被引导至目标附近2 750米以内时才有可能发现敌机，而且与致机距离小于330米时即进入雷达盲区，雷达会丢失目标。更糟糕的是，AI-3还会干扰夜间战斗机的无线电通信(1.5米的波长恰好位于超短波通信波段)。
有趣的是，鲍恩先前用电视机接收机充当雷达接收机的设计虽然未能成功，却促进TEMI电子公司的技术进步，该公司很快就投入到雷达研发中(直至今天该公司仍保持有尖端雷达业务)。1939年12月，该公司承接AI雷达生产任务。EMI电子公司的雷达技术由艾伦·布鲁姆林领导，他是英国最优秀的电子工程师之一。顶级电子工程师的参与，对那些富有创造性但工程专业知识不够丰富甚至显得业余的物理学家有很大帮助。布鲁姆林设计出高速脉冲开关，实现了有效控制雷达脉冲宽度，使得AI雷达的最小探测距离降到130米，最终促成AI-4型的诞生。
老旧的“布伦海姆”轻型轰炸机首先安装了AI雷达。机鼻处安装箭头状发射天线，两机翼前缘外侧各安装一对略向外侧倾斜的振子接收天线。操作员通过切换接收天线来转换接收波束方向，通过比较两波束回波大小测定目标概略方位，并引导飞行员将飞机转向两波束回波相等的方向，即目标方向。在很多人看来，操作雷达简直就是一门巫术。夜间战斗机飞行员约翰·坎宁安曾回忆他的同机操作员：“那个巫师跪在毛毯跪垫上，嘴里嘟囔着，CRY的绿光映在他脸上，我想这个巫师和他的巫术也许是有用的。”但即使有了AI雷达，“布伦海姆”飞机的夜间拦截效果也不好，因为它实在太老了，速度很慢，火力很弱。英国空军遂换以“勇士”战斗机(题图)。该机是专门为夜间战斗而设计，身形短粗，火力凶猛，速度较快。机翼上有6挺7.7毫米机关枪，机腹有4门20毫米机关炮。尽管机关炮经常卡壳，但其火力绝对令任何对手胆寒。不久，速度更快的“蚊”式轻型轰炸机也被加装AI雷达充作夜间战斗机。
经过不断改进，AI-4雷达性能日臻完善，雷达操作员也逐渐熟练。夜间战斗机的飞行员仪表板上还增加了敌机位置指示装置，极大地改善了飞行员与雷达操作员之间的协同。总之，有功能强大的 AI雷达帮助，英国空军的夜间拦截变得十分高效。
大西洋反潜战催生ASV雷达
与AI同源的ASV(Air to Surface Vessel，空对水面舰船)雷达的研究进展最初也不顺利。1940年初，波长1.5米的ASV-1投入使用，装备空军海防总队的3个海上巡逻机中队。虽然ASV-I跟AI-1一样不稳定、不可靠，但用于对海搜索已经够用了。海上巡逻机用它可以在北海常见的恶劣天气里跟踪护航船队。但是米波的ASV-1搜索潜艇比较困难，因为潜艇体型纤小，容易被海浪杂波淹没。显然，为对抗德军潜艇，英军还需要分辨力更高的雷达。
1941年春，不列颠空战以英国胜利告终，纳粹空军对大英帝国的致命空中威胁消失了。与此同时，德军海军潜艇活动越发猖狂。尽管德军潜艇早在战争爆发之初就开始活动，但英国海军部认为，依靠在一战中积累的反潜经验，即声呐和军舰护航，可以很容易对付潜艇。一战时，英国海军使用这两种手段取得了较好的反潜效果。
但英国海军很快就对潜艇抓狂了。在邓尼茨的指挥下，德国海军潜艇部队使用“狼群”战术，大量潜艇在夜晚一齐行动，对护航军舰形成压倒性优势，使之顾“腚不顾头”，根本无法护航。1940年春法国沦陷后，德军占领了大西洋沿岸的法国港口，使潜艇进出大西洋更加方便。1941年春，德军潜艇不断取得辉煌战绩，每月至少击沉一百多艘商船，极大限制了英国物资输入，使英国面临饥饿的威胁。德海军潜艇兵称这一时期为“快乐时光”。
英国几乎把能调动的军舰全部投入到大西洋航线护航中，还在冰岛建立了巡逻机基地，并不辞辛苦的破译德国海军密码。
丘吉尔称这场海上交通线上的反潜战为“大西洋之战”，雷达成为盟军反潜的王牌。严格地说，二战时的潜艇只能算是能潜水的鱼雷艇，它大多数时间都要保持水面航行，水下行动时只能依靠蓄电池提供动力，航速很低，也呆不了太长时间。雷达在很远距离上就能发现水面航行的潜艇，并指引飞机发起攻击。即使迫使潜艇下潜躲避，也能极大限制潜艇的活动。
1940年2月，空军部电信研究所(TRE)结束了开战以来到处搬家的混乱状态，恢复正常研究。汉布瑞·布朗(“本土链”雷达研发科学家之一)和法恩斯沃斯公司的杰拉尔德一起着手改进ASV雷达，很快就诞生了ASV-2。
ASV-2虽然仍旧不如意，但性能已前进一大步。在巡逻机上，ASV-2能够扫掠40千米宽的海面，可以持续跟踪海面舰船。1940年春天，军方一举就订货4 000部，但是因不列颠空战战事正紧，其生产优先权低于AI雷达，只能拖延交付。当年就有一百多架飞机安装了ASV-2雷达。因载机机型不同，ASV-2天线型式也有不同，甚至有的同型飞机天线型式也不一样。通常，“桑德兰”水上飞机的雷达天线型式为：机身安装发射阵列振子天线，两翼尖安装接收用八木天线，与AI雷达天线安装方式类似。1941年5月，在击沉德国海军“俾斯麦”号战列舰的战斗中，安装有ASV-2的飞机也立下大功。但ASV-2仍旧存在因波长较长导致探测潜艇困难的问题，且ASV-2的最小探测距离太大，有1500米，在夜晚抵近攻击潜艇很容易丢失目标。
因此，反潜战迫切需要对小目标探测性能更好的雷达，促使英国雷达研发向分辨力更高的微波波段进展。
(未完待续)
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