降低雷達(dá)接收機中噪聲的幾種方法

1、降低雷達(dá)接收機中噪聲的幾種方法1 引言雷達(dá)接收機除了接收到有用信號外,還接收著雜亂的噪聲信號,這些噪聲信號嚴(yán)重影響雷達(dá)接收機的靈敏度。由雷達(dá)方程可知,要提高雷達(dá)的探測距離,提高雷達(dá)接收機靈敏度是一個重要的捷徑,但雷達(dá)接收機的極限值是受噪聲功率所限制的,要想提高接收機的靈敏度,增大雷達(dá)的作用距離,就必須研究怎樣降低噪聲。2 接收機噪聲的來源雷達(dá)接收機的噪聲,一部分來自接收機接收到的外部干擾,主要有天線熱噪聲、友鄰雷達(dá)及電臺干擾、敵方雷達(dá)干擾設(shè)備的干擾、工業(yè)干擾、天電干擾及宇宙干擾等;另一部分噪聲來自接收機的內(nèi)部,主要由接收機的電阻、饋線、諧振回路等有損耗元件產(chǎn)生的熱噪聲以及電子管、晶體管等有源器

2、件產(chǎn)生的各種噪聲。內(nèi)部噪聲和外部干擾都會影響有用信號的接收,但是,它們影響環(huán)境和影響程度是不同的。外部干擾的影響有時間性、空間性和頻率性,即外部干擾中,有的是只存在于某段時間,如只有雷雨時,才會有雷電干擾;有的是呈現(xiàn)在某個方位,如宇宙干擾主要在銀河系中心;有的只影響某個頻率范圍,如工業(yè)電氣設(shè)備干擾和天電干擾主要影響廣播、電視頻段;還有的外部干擾可以采用抗干擾措施消除。內(nèi)部噪聲的影響則無時間性、空間性和頻率性,任何接收機,只要一工作就有內(nèi)部噪聲產(chǎn)生,就會影響對微弱信號的接收,所以內(nèi)部噪聲對雷達(dá)偵察和雷達(dá)接收機影響最大。圖片： 圖片： 3 降低接收機內(nèi)部噪聲的措施通常我們用“噪聲系數(shù)”來衡量內(nèi)部噪

3、聲對輸出信噪比的影響程度,噪聲系數(shù)是接收機輸入端信號噪聲功率比與其輸出端信號噪聲功率比的比值,數(shù)學(xué)表達(dá)式為如果接收機內(nèi)部不產(chǎn)生噪聲,那么接收機信噪比通過接收機后是不會變化的,因此F = 1 。由于實際接收機是存在內(nèi)部噪聲的,那么輸入信噪比通過接收機后將要變壞,因此F 1 ,且F 值越大,表示接收機內(nèi)部噪聲的影響越大。任何接收機總是由各個單元電路級聯(lián)組成的,當(dāng)知道各個單元的噪聲系數(shù)后,就可以求出多個單元級聯(lián)后的總噪聲系數(shù)F0 :由式(2) 可知,要使級聯(lián)電路的總噪聲系數(shù)F0小,就需各級的噪聲系數(shù)要小和額定功率增益要大;各級內(nèi)部噪聲的影響大小是不同的,越是靠近前面的幾級,噪聲系數(shù)和額定功率增益對接

4、收機總的噪聲系數(shù)影響越大,而后面各級影響較小,可忽略不計。所以,在設(shè)計接收機時,總是力圖減小前幾級的噪聲并增大額定功率增益,以提高接收機的靈敏度。圖1 是一般雷達(dá)接收機的方框圖。一般雷達(dá)接收機中都有高頻放大器,而且高頻放大器的額定功率增益總是很大的,因而我們在考慮接收機的總噪聲系數(shù)時一般只考慮高頻放大器以前各級的噪聲系數(shù),而忽略其后各級噪聲對總噪聲系數(shù)的影響。因此,為了降低總噪聲系數(shù),一般可以采用以下的措施:(1) 高頻饋線及部件。厘米波雷達(dá)的高頻饋線及高頻和差系統(tǒng)是比較復(fù)雜的,一般包括低功率極化器、數(shù)個移相器、雙T 和差網(wǎng)絡(luò)、放電器、波導(dǎo)2同軸變換器等微波器件。由于這些無源網(wǎng)絡(luò)的額定功率傳輸

5、系數(shù)都小于1 ,必然要產(chǎn)生一定的損耗,將使接收機的噪聲系數(shù)增大。因此,要盡量采用損耗低的高頻饋線及高頻元器件,同時它們與電路的連接、匹配均應(yīng)十分良好。(2) 高頻放大器。根據(jù)式(2) 可以知道,采用額定功率增益大、噪聲系數(shù)低的高頻放大器,對雷達(dá)接收機獲得低噪聲性能具有決定性的意義。目前低溫參量放大器及低溫高電子遷移率晶體管(HEMT) 放大器等都是一些性能較好的高頻放大器。(3) 混頻器。在采用了高頻放大器以后,不等于說對微波混頻器的噪聲性能就可以降低要求。特別是在無高頻放大器的雷達(dá)接收機中,混頻器噪聲的影響就更為重要,必須采用相應(yīng)的措施減小混頻器的噪聲。要降低混頻器的噪聲,應(yīng)選用噪聲性能良好

6、的混頻二極管,比如采用面積接觸型的微波晶體混頻二極管;正確選擇混頻器的工作狀態(tài);廣泛采用平衡、雙平衡及三平衡混頻器,以大大減小本地振蕩器噪聲的影響;使用鏡頻回收和鏡頻抑制技術(shù)來減少混頻器的變頻損耗,降低混頻器輸出的中頻噪聲,從而提高混頻器輸出端的信噪比等。(4) 前置中頻放大器。對于厘米波雷達(dá)接收機,由于結(jié)構(gòu)等方面的原因,通常把中頻放大器分成前置中放和主中放兩部分,且前置中放離接收機的高頻部分很近。其目的是將混頻器輸出的微弱中頻信號預(yù)先進(jìn)行功率放大,然后再用較長的中頻電纜送到主中放去,這樣就可以把電纜和主中放的噪聲影響減小到最低程度。采用低噪聲的前置中放對于直接混頻的雷達(dá)需要23 級。為了使電

7、路具有低噪聲、高額定功率增益、高的工作穩(wěn)定性,對于晶體管雷達(dá)接收機,第一級通常采用共射2共基極級聯(lián)電路;對于電子管雷達(dá)接收機,第一級廣泛采用高頻五極管接成三極管用的共陰2共柵極級聯(lián)電路。除此以外,還可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇接收機的中頻頻率、接收機的工作頻帶以及降低接收機的工作溫度等措施來降低接收機的噪聲系數(shù)。圖片： 圖片： 圖片： 圖片： 4 降低接收機外部噪聲的方法以上的幾種方法對于降低接收機內(nèi)部噪聲有十分顯著的作用,但對于抑制接收機的外部噪聲就沒有太大的作用了。為了降低接收機的外部噪聲,我們可以采用以下幾種方法。4. 1 自適應(yīng)噪聲對消法考慮到雷達(dá)回波是不相關(guān)的,不能采用常見的自適應(yīng)噪聲對消器來消除,為其參考輸入噪聲和原始輸入噪聲是相關(guān)的。如果我們采用圖2 所示的自適應(yīng)自調(diào)諧濾波器,則可對消雷達(dá)回波中的噪聲。假設(shè)信號s 是雷達(dá)或周期信號, n 是高斯白噪聲,均值為零, s 和n 不相關(guān),信號是穩(wěn)定的。s + n 是原5 結(jié)論噪聲對雷達(dá)接收機的影響是不可避免也