(翻譯) [坂崎ふれでぃ] 史実で艦これ91（下）

自從雷達問世之後，這項優秀的索敵設備在二戰交戰各國以及戰役中有著舉足輕重的地位。今天我們要帶大家從最基本的部分了解艦載雷達的起源。

「Rader（雷達）」這兩個字是由美國海軍少校富斯（F.R. Furth）與杜克（S.M. Tucker）將『Radio Detection and Ranging（無線電偵查及測距）』的字首組合而成。簡單來說，雷達是一種用來「看」遠方目標的無線電儀器。只是一般我們肉眼是透過光波看到目標，而雷達將光波給換成了電波。而它在「看」到目標後會以相當高的精準度顯示其位置。

今天我們已經確定目標在某個方位，雷達以極短但極有力脈波（Pulse）將無線電頻率（Frequency）的能量打出去，然後再接收照射到目標所反射回來的弱脈波。藉由測量無線電訊號傳遞出去再回來的時間，我們可以推算出目標的距離。

雷達雖然從1873年開始就已經開始出現相關的概念，但真正取得突破性的進展是於1935年，當時勞勃•華生-瓦特（Robert Watson-Watt）向空軍防禦科學委員會（Committee for the Scientific Survey of Air Defense）展示一套無線電定位系統。這套系統是第一套實用性的雷達系統，它被命名為「鍊向（Chain Home）」。英國在1936年1月正式設立第一座雷達站。

※當時英國尚未研發出收發隔離器件，雷達只能使用兩副天線分別用於發射和接收信號，兩副天線需同步轉動才能保證正常探測。至於德國方面，在1934年的秋天，當時GEMA公司的人士向空軍總司令赫爾曼•戈林（Marshal Hermann Goring）提議使用雷達。然而當時德國認為那東西不切實際而駁回。直到雷達的價值日益明顯後，希特勒才允許將它作為武器發展。

在無線通訊中，如果把發射機和接收機安裝在同一座天線上是相當不可思議的，況且要用同一頻率、同時使用，而且不能用過濾頻器將其絕緣。這種做法等同於把一個系統中能量最高的一點直接接上能量最低的一點，就如同把整座發電廠的電力全都輸出給一枚小小的電燈泡一樣。這種情況如果沒有意外那枚燈泡肯定會爆炸，雷達的接收機會遇上的情況大概就像這樣。所以第一個脈波過去以後希望接收機依舊存在的話，就必須使發射機中的能量不會被接收機收到。

關於這個問題的解答就是在發射時不連接接收機，而接收時不接發射機。只需要有一個開關在兩台機器間切換，這個開關必須用於極高頻天線的連接回路中，就像是電池驅動馬達一樣。不過原理雖然簡單，但是這個「開關」切換到發射器一方的時間也就僅5微秒，雖然切到接收機的時間較長，可是所謂的「較長」也不過就是從百萬分之一秒變成四千分之一秒而已。

按照這個條件，負責切換的「開關」不可能使用機械式的結構，導電體中能夠動作如此之快的也就只有電子或游離子（ions／自氣體中而來，產生電離子的氣體）。所以解決這問題的方法就是採用電子操縱，這個開關就是我們所稱的「雙工器（duplexer）」。

正常情況下它可以讓天線連接接收機，卻不會損及發射機中的訊號。它不需什麼特別的操作就能讓天線自接收機轉接到發射機送出脈波，而再發送完脈波之後開關又會切至接收機，就在短短的一微秒之內。



雙工器的發明解決了發射機與接收機要如何共用一座天線的問題，讓雷達上艦的可能性揭漏一線曙光。現在，當我們成功將收發端的天線整合成一個以後，再來就是如何在不喪失原本的指向性以及波束尖銳度的情況下縮小天線以及其他設備的體積。

大型設備縮小化勢必得提升內部元件的功率，其中電子管又是雷達發射機中相當重要的一個元件，1934年代通信真空電子管的功率取決於電子管組件的溫度，尤其是陽極，它吸收了電子管中大部份的功率損耗。功率等級越高陽極就越熱，當陽極太熱時它會融化或「蒸發出一些氣體」而破壞掉電子管。可是美軍對於艦載雷達的要求是發射機能在200兆週的頻率下運作，在當時每秒200兆週幾乎是一個高到不可思議的頻率。

1936年5月8日，亞瑟•弗萊拉（Arthur A. Varela）加入雷達的研發團隊，他當時負責發展200兆週的雷達發射機，當時這種頻率的電子管仍處於未知的領域。他使用了西電公司（Western Electric）實驗用的高頻電子管，它在原始設計陽極上可有額定1250伏特的電壓。

測試的結果在200兆週，而電壓超載到7.5千伏特時取得相當可觀的脈波功率。藉著這次測試成功的勢頭研發團隊展開裝船實驗，海軍方面也借出驅逐艦「利里號（DD-158）」提供測試。


※當時的測試將天線繫在5吋砲的砲身上，以便綁緊固定與抬高。所有的設備都裝在甲板上的大箱中，為了防止風雨並蓋上油布。連接線和射頻線就這樣在完全露天的情況固定在艦上。

雖然受限於功率的緣故，這部雷達在測試中超過25公里的飛機便無法顯示，不過它卻證實了雷達裝船的可行性。而這時海軍實驗室需要面對的問題有兩個，其一是在200兆週的功率下如何發揮更大的功率；其二是適用於高電壓的電子管。

由於電子通過電子管所需要的時間限制了電子管工作的高頻，如果要有更高的頻率則陰極與柵極的距離需要縮短。這種結構上的困擾引發許多製造上的問題，唯一的解決之道只有把極高頻發射電子管的外型盡量縮小。如果要產生更多功率，就要設法在震盪電路中插入較多的電子管。

※用於XAF型雷達上的環型電路震盪器

這時採用了將偶數的電子管（為了適應「電路對稱（Symmetry）」的關係，所以不能用奇數）全都以推挽式電路串接在一起的構想。不過震盪器中的電子管不是多級放大的接法，而是採用串聯式的電路。這個迴路可以迫使所有的電子管均在相同的射頻電壓下操作，所以它們平均分攤負荷並且工作相同。

6支電子管的電路相當穩定，但加到8支以後就勢必得把電子管分一批用到別的頻率上。因此發展主要是集中在6支電子管的震盪器上。由於這種電路的電子管是鑲在一個圓環上，所以它就叫做環型震盪電路。它的運作相當的穩定，而且適用範圍以及功率也很廣。（第一個產生百萬瓦特脈波功率的震盪器就式一個200兆週12支電子管的環型震盪器）

※1941年美國海軍研究實驗室為雷達實驗高功率射頻的部分所發展及應用的12支電子管，100萬瓦特，200兆週的雷達震盪器。

接著就是第二個問題就是如同上面所提到的，西電公司的電子管雖然能作用於200兆週的頻率，不過那是在超載的情況，一般電壓是無法達到這個頻率的。不過這時候加利福尼亞州聖布魯諾的一個小真空管公司為海軍實驗室提供了解決之道。

他們在當時推出了一種能額定電壓2500伏特，夠在陽極赤熱狀態下工作的真空電子管。它的體積比任何一個200兆週的電子管要大得多，但是它卻能夠在正常電壓下無須超載就震盪出極近200兆週的頻率。

※當XAF雷達及其盒狀測距用指示器於1939年1月至2月間裝於「紐約」上時，捨定方位角的系統還很粗陋。一般雷達天線會不斷的旋轉著，使雷達脈波反覆掃過目標。當雷達派波切過目標時，回波信號會很快的升至極大，隨後立即消失。所以天線在發現目標以後，應該要停止旋轉而在目標上來回掃越已確定它最大回波信號時的方位角。（這缺點在PPI實裝以後得到解決）

海軍實驗室專為它設計了一套六管環型震盪器，並在1938年2月完成採用這套系統的新型雷達。這部雷達基本上已經符合實戰的需求，在測試階段它追蹤到一架160公里以外的小型偵察機。它是第一台達到實戰標準的艦載雷達，該雷達被命名為「XAF」型，於1938年12月安裝於「紐約號（BB-34）」上。

它在1939年的1、2、3月在海上進行測試。由於在這一連串的測試中取得相當亮眼的成績，於是立刻接到海軍的生產訂單。這台雷達後來進入量產階段被命名為「CXAM」型，幾乎是XAF型的複製品。美國海軍共採購了20套，其中就有19套裝在艦上。

那一天的補給【神風羽黑足柄】