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麻省理工学院辐射实验室以及它绝版的28卷雷达著作(附下载方式)_科学技术


正文



我关于对麻省理工学院辐射实验室(MIT Radiation Laboratory )的了解,是从阅读《雷达技术丛书》的序中开始的,书中写到:战后美国麻省理工学院辐射实验室集合各方面的专家,总结二战经验,于1950年前后出版了雷达丛书共28本,大幅度推动了雷达技术的发展”。具体内容如下面的两幅图所示。


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图1 纸质版序

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图2 电子版序


此前,我虽然学习了两到三年雷达信号处理,但是对于雷达的发展历史,以及一些关于雷达、射频方面的趣闻还没有足够的时间去了解,或者说了解得不够深入。一方面或许时间是比较少,另一方面或许是国内这方面的资料不够丰富。


在闲下来的时间里,我个人怀着对该实验室以及雷达发展历史的热情,专门查了一些资料,当作是了解雷达的发展历史,并把这些内容按照自己的理解方式分享给大家。其实,我最重要的目的是为了寻找那28本雷达专业的书籍,可见调皮哥这个人的目的很不单纯。虽然正如序言中所说,这28本书籍已经离现在已经过去了半个多世纪,很多东西都已经过时了,但是实际上还有一些东西我们应该是还在使用的,另外也可以当做雷达发展历史的研究资料。


麻省理工学院辐射实验室,位于美国马萨诸塞州的麻省理工学院,曾经是一个微波和雷达的研究实验室,创建于1940年10月25日,本名应该是微波实验室,但是为了迷惑敌人,故意称为辐射实验室。直到二战结束后,也就是1945年12月31日后,该实验室才解散,很多部门被分散到其他领域,比如麻省理工学院以及后来在1951年新成立的麻省理工学院林肯实验室,目前大多数人认为林肯实验室继承了辐射实验室。


其实,早在二战的前几年里,Vannevar Bush 博士提出了建立一个独立于军队和政府官僚机构运作的民间科学家组织的想法,因为在第一次世界大战时期,科学家和军队之间没有形成良好的合作关系,毕竟随着科学技术的发展,在未来军事中,科学技术将会发挥更大的作用。


美国为了避免卷入战争后具有更先进的军事武器,Vannevar Bush 博士和其他研究人员认为需要建立一个新的组织,因此后来由科学研究与发展办公室(OSDR)的国防研究委员会(NDRC)提交给美国总统罗斯福,并在1940年6月获得批准。


与此同时,在1940年9月,来自英国的Tizard Mission带来了新的技术,他们希望与美国工业界合作,帮助英国在纳粹德国的入侵之下生存下来,其中一个新技术是:空腔磁控管

在接下来的几周里,在年轻的威尔士技术人员Taffy Bowen的亲自指导下,实验室研究人员进行设计并采购了 10 kV 阳极电源和 1,500 gauss 电磁铁,科学家们于 1940 年 10 月 6 日星期日聚集在新泽西州惠帕尼的贝尔无线电实验室进行试验,他们为空腔磁控管通电,并被结果所震撼,一块类似肥皂大小空腔磁控管居然发出了功率超过 10 kw,频率为 3 GHz(波长10 厘米)的射频信号。


调皮哥的笔记:磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件,实质上是一个置于恒定磁场中的二极管,管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下,与高频电磁场发生相互作用,把从恒定电场中获得能量转变成微波能量,从而达到产生微波能的目的。同时,磁控管是一种消耗品,容易老化和消磁。 


磁控管由一密封真空管组成,管内有一柱形中心阴极(电子源),置于一柱形阳极里,电子被静电场吸引流至阳极。沿真空管轴的一稳定磁场使电子偏离其径向路程,绕阴极旋转,产生微波频率的振荡,广泛用于雷达发射机。


于是,麻省理工学院辐射实验室于1940年10月25日正式成立,除了空腔磁控管之外,英国人还提出需要三种类型的雷达:空中拦截、指挥高射炮火、远程轰炸机导航,辐射实验室立即启动三个项目的研究。


1. 空中拦截(机载拦截雷达)

在三个月的时间内,辐射实验室就研制出了波长为10厘米的机载雷达。第一个月里,设计了带有两个天线的雷达系统,第二个月里,解决了发射-接收切换问题,并演示了仅使用“单目”就能够成功跟踪飞机,到第三个月,团队就已经将庞大的原型机缩小为可以安装在飞机上,在第一次试飞过程中,机组人员展示了空对空探测,尝试并成功探测到了船只和潜艇。


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图3 用于雷达飞行试验的B-18 


2.指挥高射炮火(高射炮雷达)

该项目于1941年初全面展开,英国人提出最初的方案实际上是现有的基于VHF的雷达系统,这种方案完全是采用手动控制雷达,当雷达发现飞机时,由人操纵天线并开火。但辐射实验室研究人员认为可以采用自动化的方案来实现这个过程,事实证明这种方案可行。到1941年5月,自动化控制的雷达研制成功,可以自动跟踪飞机并将电影摄像机对准飞机(类似于摄像机)。另外,贝尔实验室还开发了一台模拟火控计算机,并于1942年4月研制成功一套雷达系统,即SCR-584雷达。


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图4 SCR-548雷达自动跟踪飞机试验 


3.远程轰炸机导航(远程导航)

远程导航项目(LORAN)的研发工作自实验室成立后立即就开展,LORAN是唯一不使用微波的RadLab项目,它的工作频率为2MHz,用于引导飞机和船只,LORAN及其后续产品一直在美国使用,直到2010年为止,在欧洲被使用到2015年。

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图5 LORAN AN/APN-4接收器


上述三个项目仅仅是辐射实验室最开始的研究项目,到二战结束时,辐射实验室已经研发并贡献了许多其他的新雷达应用,包括3厘米和1厘米波长的新式雷达系统。


除了上述这三个项目取得成功之外,辐射实验室还继续为雷达的应用做出扩展,包括微波着陆系统、潜艇探测雷达、电子对抗与反对抗、敌我识别(IFF)、预警雷达、炮弹引信雷达等。在鼎盛时期,辐射实验室雇佣了 3,000 多名工作人员,其中包括几位未来的诺贝尔奖获得者,包括 II Rabi(物理学,1944 年)和 Ed Purcell(物理学,1952 年),因为他们发现了核磁共振


二战结束了,辐射实验室于1945年12月31日关闭了,最后一项工作是记录五年运营期间所做的工作,助理主任Louis Ridenour 负责了这项工作,让科学家们在恢复正常生活之前记录他们的工作,撰写了 28 卷雷达著作,包括索引(第28卷)。


在21世纪,这些书籍对我们其实也很重要,虽然很多技术我们已经不再使用,但雷达的发展起源于此,中国人编写的雷达技术丛书中的内容很多都是参考了这28卷书籍。


该书籍已经不再出版,国外的大学图书馆里还有收藏,中国的图书馆可能也有收藏,这些书籍是人类的财富,是人类知识的结晶,现在已经是开源的公开资料了,于是调皮哥得以收集齐全,全部的雷达著作如下所示。


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图6 雷达系统工程 封面


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图7 辐射实验室28卷电子版图书


(01)第一卷 雷达系统工程

(02)第二卷 雷达导航设备

(03)第三卷 雷达信标

(04)第四卷 远距离无线电导航系统

(05)第五卷 脉冲发生器

(06)第六卷 微波磁控管

(07)第七卷 速调管和微波三极管

(08)第八卷 微波电路原理

(09)第九卷 微波传输电路

(10)第十卷 波导手册

(11)第十一卷 微波测量技术

(12)第十二卷 微波天线理论与设计

(13)第十三卷 短无线电波传输

(14)第十四卷 微波双工器

(15)第十五卷 晶体整流器

(16)第十六卷 微波混合器

(17)第十七卷 组件手册

(18)第十八卷 真空管放大器

(19)第十九卷 波形

(20)第二十卷 电子时间测量

(21)第廿一卷 电子仪器

(22)第廿二卷 阴极射线管显示器

(23)第廿三卷 微波接收机

(24)第廿四卷 阈值信号

(25)第廿五卷 伺服机械理论

(26)第廿六卷 雷达扫描仪和天线

(27)第廿七卷 计算机制和联系

(28)第廿八卷 索引


希望上述资料能够帮助到有需要的读者,该书全部为英文,需要读者具备较好的英文功底。该书获取方式可以关注【调皮的连续波】公众号,回复“0515”获得。


参考资料:


[1]https://archive.org/details/MITRadiationLaboratorySeries01RadarSystemEngineering 

[2]https://hackaday.com/2022/02/07/remembering-the-mit-radiation-laboratory/