无论是从首次明确提出“电磁战”的美空军《ANNEX 3-51：电磁战与电磁频谱作战》条令，还是从系统阐述联合电磁频谱作战以及电磁战的美国防部《JP 3-85：联合电磁频谱作战》条令来看，“电磁战”的定义基本上全面沿用了“电子战”的定义，而且组成部分也未作太多改变。

《JP 3-85：联合电磁频谱作战》条令给出的电磁战定义如下：“电磁战是指使用电磁和定向能来控制电磁频谱或攻击敌方的军事行动。电磁战包括三个组成部分：电磁攻击（EA）、电磁支援（ES）和电磁防护（EP）。电磁战是联合电磁频谱作战的关键功能，对联合部队在动态电磁作战环境作战并获得胜利至关重要。”

电磁攻击。电磁攻击是电磁战的一个组成部分，涉及使用电磁能（包括定向能或反辐射武器）攻击人员、设施或设备，其目的是削弱、压制或摧毁敌方的作战能力。典型的电磁攻击能力包括电磁干扰和电磁入侵。电磁干扰是指有意辐射、转发或反射电磁能，旨在阻止或削弱敌方有效使用电磁频谱，从而削弱或压制敌方战斗能力。电磁入侵包括有意将电磁能注入传输路径，以欺骗或迷惑敌军。电磁攻击可以是有源的（即辐射），也可以是无源的（即非辐射/转发）。有源电磁攻击系统（包括致命性和非致命性定向能）的例子包括激光、光电、红外和射频武器（如高功率微波（HPM）或使用电磁脉冲（EMP）的武器）。无源电磁攻击系统的例子包括箔条和角反射器。电磁攻击可用于进攻，也可用于防御。

电磁战支援。电磁支援是电磁战的一部分，涉及作战指挥官分配的行动或由作战指挥官直接控制的行动，对有意或无意的电磁辐射源进行搜索、拦截、识别和定位，以便立即识别威胁、规避威胁，标定目标、制定计划和执行未来作战行动。联合电磁频谱作战分队（JEMSOC）集成和同步电磁支援传感器、资产和流程在特定联合作战区域（JOA）内的规划和作战使用，以减少与威胁、环境、时间和地形有关的不确定性。电磁支援数据可用于生成信号情报，支持电磁攻击或其他火力攻击的目标确定过程，提供电磁作战环境的态势感知，并生成测量与特征情报。

电磁防护。电磁防护是电磁战的一个组成部分，是指为保护人员、设施和装备免受己方、友方、中立方、对手或敌方使用电磁频谱及自然现象的影响，而导致己方战斗力受到削弱、压制或破坏而采取的行动。电磁防护重点在于可消除或缓解电磁干扰影响的系统或流程属性或能力。将固有的硬件、流程、专用战术、方法和程序（TTP）结合起来，可令己方部队的各项能力在拥堵或竞争激烈的电磁作战环境中发挥其既定功能。

电磁频谱作战（EMSO）由达成指挥官目标所需的电磁环境（EME）利用、攻击、防护、管理等所有协同性军事行动构成。具体而言，电磁频谱作战主要包括电磁战、电磁频谱管理（ESM）以及部分信号情报。电磁战是电磁频谱作战的一部分，且是电磁频谱作战各组成部分中最具进攻性、主动性的部分，二者之间的关系如图1所示。功能上，电磁频谱作战具备攻击、防护、利用（含支援侦察和信号情报两部分）、管理（含频谱管理与战斗管理两部分）4类功能，而电磁战则主要具备支援侦察、防护、攻击以及部分的电磁战斗管理功能。

面向电磁波“电场”特性、面向“电子”系统、面向“对电子电路影响”效能的“电子战”理念在基础理论、技术方面已经开始遇到瓶颈。例如，传统电子支援系统以测量与感知“电信号”（电磁波的电场分量）为主要侦察手段，而基于这种理念的系统，其灵敏度、分辨率等参数越来越接近极限。再例如，传统电子攻击、电子防护、电子支援系统主要基于球面电磁波/球面场（平面电磁波/平面场）的基本理论发射干扰信号或接收威胁信号，能量“浪费”严重。

从“电子战”向“电磁战”转型意味着从关注“系统”向关注“环境”（电磁作战环境）转型，这为突破传统电子战理论与技术瓶颈提供了全新的契机。

电磁环境中传输的电磁波除了具备电特征（电场分量）以外，还具备磁特征（磁场分量）、粒子与量子特征（电磁诱导透明（EIT）、轨道角动量（OAM））等特征，其每一个特征都可成为一条崭新的思路、一个破局的契机、一座埋藏的宝藏。例如，美陆军已开始尝试利用量子理论侦察射频信号，可突破传统电子支援系统、信号情报系统灵敏度低、频率覆盖频率范围窄等瓶颈，最终实现超高灵敏度（原子能级量级）、超高带宽（数百GHz乃至数THz量级）的无源电子侦察能力。

本部分对有望突破传统电子战瓶颈的理论与技术及其应用进行分析，如图2所示。

图2  有望突破传统电子战瓶颈的电磁战理论与技术

据报道，美陆军研究实验室已经成功研发了全频谱量子传感器，可探测整个无线电频谱（0-100GHz）的通信信号，美国家标准技术研究院已经开发了基于里德堡原子的VLF接收机。

典型的技术项目之一就是近年来美陆军研究实验室（ARL）传感器和电子器件部量子技术组所开发的基于里德堡原子的新型量子传感器。该传感器利用处于里德堡态的原子对于电场的敏感响应来感知从千赫兹（103Hz）到太赫兹（1012Hz）带宽内的电磁波，其感应灵敏度非常高。

另一个代表性项目是DARPA开发的“用于新技术的原子蒸气科学（SAVaNT）”项目，该项目的目标是征求创新性的研究建议，显著地提高原子蒸气在电场感测和成像、磁场感测和量子信息科学（QIS）方面的性能。该项目有三个技术领域：里德堡电测量、矢量磁测量、蒸气量子电动力学（vQED）。

还有一个代表性项目是DARPA量子孔径（QA）项目，目标是演示“将里德堡传感器作为射频接收机系统的一部分”，最终开发一套能够定向接收低能量密度、带调制的射频信号的系统，该系统的工作频段极宽。相对于传统的基于天线的接收器，里德堡传感器有几个优点。第一，由于传统天线通过与导体中电荷电流的相互作用来检测射频场，其灵敏度受到由于传导电子的热运动而引起的热噪声的限制。相反，里德堡传感器受到量子噪声的限制，该量子噪声可以是比热噪声小的数量级。第二，经典天线的尺寸和形状对其性能有很大影响：当其有效电长度与待检测信号的波长数量级相同时，性能最佳；如果天线电尺寸太小，其性能会很差。相反，里德堡传感器对于接收的射频频率波长没有上述尺寸限制。第三，传统天线倾向于重新辐射入射电磁能，这限制了其能接收的射频功率。而孔径形状和射频频率的解耦使得单个里德堡传感器能够检测从MHz到THz的大频率范围电磁波。第四，入射波和天线之间经常复杂的耦合产生复杂的方向灵敏度（天线增益）。而里德堡传感器可以具有几乎各向同性的方向灵敏度（取决于应用，优点或缺点）并容忍高的入射功率。

根据麦克斯韦的经典电磁理论，电磁辐射同时载有能量和动量，而动量又包括线动量和角动量。当波束含有与角向相关的位相分布时，会具有与角向位相分布有关的角动量，称之为轨道角动量(OAM)。普通电磁波的OAM模态为0，其波前为均匀平面波。如果电磁波的OAM模态不为0，其为螺旋状等相位面的特殊波前（l=0的状态即为平面波）。具有螺旋状相位波前的这种特殊电磁波即为涡旋电磁波（EM Vortex）。

目前OAM研究的主要焦点是如何利用OAM来携带信息，即如何利用相位面的变化来携带信息。该应用方式的主要目标是提高通信的容量（增加一个调制维度）或提高探测的灵敏度（增加一个相关维度）。

然而，目前的研究在电磁战领域中的应用基本上处于空白状态。由于OAM调制后最直接的影响是改变了波前的相位面形状（由球面/平面改变为涡旋状），涡旋电磁波所携带的能量（而不是信息）在自由空间的传播过程中衰减方式可能存在较大变化。目前关于该种变化的原因（衰减增加还是降低、衰减与OAM模态的关系等）仍然缺乏基础性研究。

传统上，电磁波的接收与发射大多以电场作为对象，接收与发射的能量主要由电场强度来提供。考虑到电磁波的能量既包括电场分量也包括磁场分量，该方式存在的主要问题是未能对“磁场”维度的能量充分利用，进而导致接收灵敏度低、天线电尺寸难缩小。

经分析，导致这种问题的主要原因来自材料方面。例如，能够同时确保高磁导率、高感应频率的材料目前尚处于初级研究阶段；同时具备高磁导率与高介电常数的“电磁双参数”材料也尚未取得突破。

近年来，随着材料方面的不断发展，上述部分材料瓶颈有望于近期取得突破，磁天线、电磁双参数天线等新型天线有望应运而生，这类天线有望解决在接收灵敏度、天线尺寸、平台共形适配性等方面的问题，进而突破当前电子侦察领域的诸多瓶颈。

作者：中国电科36所 张春磊

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