雷達(dá)原理復(fù)習(xí)

1、第一章第一章 緒論2二 、雷達(dá)的任務(wù)Radar- Radio detection and ranging（無線電探測和測距） 雷達(dá)回波中的可用信息 斜距；空間角度定位（方位角、俯仰角）；徑向速度；目標(biāo)特征（大小、形狀、表面粗糙度及介電特性）目標(biāo)PHRBDaO正北雷達(dá)D=R cos， H=Rsin第一章 緒論3 測距發(fā)射脈沖回波噪聲trtrtt2rcRt11500.15smkm83 10/cm s 第一章 緒論4 測角 天線的方向性 方位角、俯仰角 天線波束軸對準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，目標(biāo)回波信號最強(qiáng) 測速當(dāng)目標(biāo)和雷達(dá)站之間存在相對速度時(shí)，目標(biāo)回波載頻相對發(fā)射信號載頻產(chǎn)生一個(gè)頻移 多普勒頻移目標(biāo)O2rdvf第

2、一章 緒論5 目標(biāo)尺寸和形狀 雷達(dá)足夠高的分辨力 目標(biāo)尺寸測量 距離維已達(dá)到，切向距離維 用多普勒頻率維達(dá)到 （SAR雷達(dá)成像）三、雷達(dá)方程設(shè)雷達(dá)發(fā)射機(jī)功率為Pt,當(dāng)用各向均勻輻射的天線發(fā)射時(shí), 距雷達(dá)R遠(yuǎn)處任一點(diǎn)的功率密度等于功率被假想的球面積4R2所除考慮到天線增益G在輻射方向上功率增加的倍數(shù)，距雷達(dá)R處目標(biāo)所照射到的功率密度為 1S214 RPSt214 RGPSt第一章 緒論6在雷達(dá)處的回波信號功率密度:雷達(dá)截面積為被目標(biāo)截獲入射功率后再次輻射回雷達(dá)處功率的大小。設(shè)雷達(dá)天線的有效接收面積為Ae, 則雷達(dá)收到的回波功率Pr為接收到的回波功率Pr等于最小可檢測信號Smin時(shí), 雷達(dá)達(dá)到其最

3、大作用距離Rmax4/1min21max)4(SGAPRe22212444RRGPRSSt422)4(RGAPSAPeter第一章 緒論71.2、雷達(dá)基本組成發(fā)射機(jī) 天線 目標(biāo) 接收機(jī) 數(shù)據(jù)采集 信號處理 顯示器（控制系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)）目標(biāo)發(fā)射機(jī)接收機(jī)顯示器發(fā)射的電磁波接收的電磁波信號處理機(jī)天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)噪聲R第一章 緒論8調(diào)制器電源收發(fā)開關(guān)高頻和混頻激勵(lì)器中放同步器信號處理高放激勵(lì)和同步微波顯示器底座和伺服發(fā)射機(jī)操作員天線接收機(jī)第一章 緒論91.3 雷達(dá)的工作頻率 常用工作頻率范圍：220MHz35GHz （超視距雷達(dá)2MHz、毫米波雷達(dá)94GHz）甚低頻(超長波)低頻(長波)中頻(中波)高

4、頻(短波)甚高頻(超短波)特高頻(分米波)超高頻(厘米波)極高頻(毫米波)亞毫米波100 km10 km1 km100 m10 m1 m10 cm1 cm1 mm0.1 mm雷達(dá)頻率廣播段紅外線音頻視頻微波段頻率3 kHz30 kHz300 kHz3 MHz30 MHz300 MHz3 GHz30 GHz300 GHz3000 GHz波長第一章 緒論10 米波段（HF,VHF,UHF） 早期雷達(dá)頻段，體系簡單，輻射功率高，造價(jià)低，受氣象影響小，應(yīng)用于對空警戒雷達(dá)、電離層探測，超視距雷達(dá)等。 缺點(diǎn)：目標(biāo)角分力低，體積大 分米波段（L，S） 具有較好的角度分辨力，外部噪聲干擾小，天線設(shè)備適中，應(yīng)用

5、于對空監(jiān)視雷達(dá)。第一章 緒論11 C波段介于厘米波和分米波段之間，用于對目標(biāo)的監(jiān)視和跟蹤，應(yīng)用于艦載雷達(dá)，對氣象因素有一定影響。 厘米波段（X,Ku,K,Ka） 用于火控系統(tǒng)，體積小，精度高，可得到足夠的信號帶寬。應(yīng)用于機(jī)載火控雷達(dá)、機(jī)載氣象雷達(dá)、機(jī)載多普勒導(dǎo)航雷達(dá)、地面炮瞄雷達(dá)等 缺點(diǎn)：功率小，測距近，氣象因素影響大，外部噪聲干擾大。 毫米波段 天線尺寸小，目標(biāo)定位精度高，分辨力高，信號頻帶寬、抗電磁波干擾性能好。 缺點(diǎn)：比厘米波段輻射功率更小，外部噪聲干擾影響大，受大氣衰減影響顯著。僅工作在受氣象因素影響較小的區(qū)間 激光波段 具有良好的距離和角度分辨力，應(yīng)用于測距和測繪系統(tǒng)中。波長短，應(yīng)用

6、于大氣成分的探測。 缺點(diǎn)：功率小，波束窄，探測周期長，不能在復(fù)雜氣象條件下使用。第二章第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)132.1 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和基本組成雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和基本組成 定義：定義：雷達(dá)是利用物體反射電磁波的特性來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并確定目標(biāo)的距離、方位、高度和速度等參數(shù)的。發(fā)射機(jī)發(fā)射一種特定的大功率無線電信號，為雷達(dá)提供一個(gè)載波受到調(diào)制的大功率射頻信號, 經(jīng)饋線和收發(fā)開關(guān)由天線輻射出去。特點(diǎn)：特點(diǎn)：體積大；重量重；成本高；消耗功率大為何發(fā)射機(jī)功率如此之大？雷達(dá)距離4次方與功率、天線孔徑面積成正比。發(fā)展發(fā)展：雷達(dá)發(fā)射機(jī)伴隨著二次世界大戰(zhàn)初出現(xiàn)的第一批搜索雷達(dá)的應(yīng)用而誕生。(真空三極管發(fā)射機(jī)，工作頻率限于

7、VHF和UHF)在隨后的年代相繼出現(xiàn)了速調(diào)管（美國人Varian兄弟發(fā)明），磁控管（英國人Radall和Boot發(fā)明），行波管(Rudolph Kompfiner博士發(fā)明）等微波電子管，并付之實(shí)用。促使雷達(dá)發(fā)射機(jī)在微波頻段獲得大發(fā)展。近年來應(yīng)用微波單片集成電路（MMIC）和優(yōu)化設(shè)計(jì)的微波網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將多個(gè)微波功率器件、低噪聲接收器件等組合成固態(tài)發(fā)射模塊，逐步代替微波電子管發(fā)射機(jī)。第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)14 微波三級管、微波四級管微波三級管、微波四級管 單級振蕩式單級振蕩式 脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制 （組成簡單、成本（組成簡單、成本 磁控管振蕩式（可工作在多個(gè)波段，磁控管振蕩式（可工作在多個(gè)波段，結(jié)結(jié)雷達(dá)發(fā)射

8、機(jī)雷達(dá)發(fā)射機(jī) 低，頻穩(wěn)低，非全低，頻穩(wěn)低，非全 構(gòu)構(gòu) 簡單，成本較低）簡單，成本較低） 相參）相參） 主振放大式主振放大式 （頻率穩(wěn)定度高，發(fā)射全相參信號，可實(shí)現(xiàn)脈（頻率穩(wěn)定度高，發(fā)射全相參信號，可實(shí)現(xiàn)脈壓）壓） （成本高、組成復(fù)雜、效率較低）（成本高、組成復(fù)雜、效率較低） 第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)15 一、單級振蕩式發(fā)射機(jī)一、單級振蕩式發(fā)射機(jī)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度差，難以產(chǎn)生復(fù)雜信號波形缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度差，難以產(chǎn)生復(fù)雜信號波形 ，非全相參系統(tǒng)，非全相參系統(tǒng) （脈沖調(diào)制（脈沖調(diào)制器直接控制振蕩器，每個(gè)射頻脈沖的初始相位由振蕩器的噪聲決定）器直接控

9、制振蕩器，每個(gè)射頻脈沖的初始相位由振蕩器的噪聲決定）脈沖調(diào)制器大功率射頻振蕩器電 源定時(shí)信號至天線TrTrTr第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)16 二、主振放大式發(fā)射機(jī)二、主振放大式發(fā)射機(jī) 主控振蕩器主控振蕩器+射頻放大鏈射頻放大鏈中間射頻功率放大器輸出射頻功率放大器脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器射頻放大鏈至天線前級放大器固態(tài)頻率源高壓電源高壓電源電源fLfCLKfCOHO定時(shí)信號fr射頻輸入fRFfRF第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)17 固態(tài)頻率源提供發(fā)射信號頻率固態(tài)頻率源提供發(fā)射信號頻率fRF, 本振信號頻率本振信號頻率 fL，中頻相干振蕩頻率，中頻相干振蕩頻率fCOHO，定時(shí)觸發(fā)脈沖定時(shí)觸發(fā)脈沖fr，時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率fCL

10、K，這些信號頻率受高穩(wěn)定的基準(zhǔn)源控，這些信號頻率受高穩(wěn)定的基準(zhǔn)源控制，他們之間有制，他們之間有確定的相位關(guān)系確定的相位關(guān)系，為全相參（全相干）信號。，為全相參（全相干）信號。 如果雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射信號、本振電壓、相參振蕩電壓和定時(shí)器的觸發(fā)脈沖如果雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射信號、本振電壓、相參振蕩電壓和定時(shí)器的觸發(fā)脈沖均由同一個(gè)基準(zhǔn)信號提供，則這些信號之間保持均由同一個(gè)基準(zhǔn)信號提供，則這些信號之間保持相位相參性相位相參性，該系統(tǒng)稱為，該系統(tǒng)稱為全相參系統(tǒng)。全相參系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高，發(fā)射全相參信號，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信號優(yōu)點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高，發(fā)射全相參信號，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信號缺點(diǎn)：成本高、組成復(fù)雜、效率較低缺點(diǎn)：成本高

11、、組成復(fù)雜、效率較低 射頻放大管的選擇與多級射頻放大鏈設(shè)計(jì)質(zhì)量有關(guān)射頻放大管的選擇與多級射頻放大鏈設(shè)計(jì)質(zhì)量有關(guān)1GHz，直線電子注微波管（，直線電子注微波管（O型管），正型管），正交場型微波管（交場型微波管（M型管）型管）第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)18 2.2 雷達(dá)發(fā)射機(jī)主要質(zhì)量指標(biāo)雷達(dá)發(fā)射機(jī)主要質(zhì)量指標(biāo) 根據(jù)：雷達(dá)用途根據(jù)：雷達(dá)用途+使用性能使用性能 （1）工作頻率）工作頻率 選擇選擇f考慮：考慮： 由雷達(dá)用途確定。有時(shí)還需在幾個(gè)頻率上跳變或同時(shí)工作來提由雷達(dá)用途確定。有時(shí)還需在幾個(gè)頻率上跳變或同時(shí)工作來提高系統(tǒng)工作性能和抗干擾能力；氣候影響；雷達(dá)測試精度、分辨率；雷達(dá)高系統(tǒng)工作性能和抗干擾能力；氣

12、候影響；雷達(dá)測試精度、分辨率；雷達(dá)應(yīng)用環(huán)境等等。應(yīng)用環(huán)境等等。發(fā)射管種類的選擇與發(fā)射管種類的選擇與f有關(guān)有關(guān) 1GHz以下主要采用微波三極管、四級管（早期遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)以下主要采用微波三極管、四級管（早期遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)VHF、UHF波段）波段） 1GHz以上采用磁控管、大功率速調(diào)管、行波管及前向波管（以上采用磁控管、大功率速調(diào)管、行波管及前向波管（UHF、L、S、C、X） S波段大量采用全固態(tài)發(fā)射機(jī)，波段大量采用全固態(tài)發(fā)射機(jī)，C、X波段從真空管向全固態(tài)發(fā)射機(jī)發(fā)展。波段從真空管向全固態(tài)發(fā)射機(jī)發(fā)展。第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)19 (2) 輸出功率輸出功率通常規(guī)定發(fā)射機(jī)送至天線輸入端的功率為發(fā)射機(jī)的輸出功率。通

13、常規(guī)定發(fā)射機(jī)送至天線輸入端的功率為發(fā)射機(jī)的輸出功率。 有時(shí)為了測量有時(shí)為了測量方便方便, 也可以規(guī)定在指定負(fù)載上也可以規(guī)定在指定負(fù)載上(饋線上一定的電壓駐波比饋線上一定的電壓駐波比)的功率為發(fā)射機(jī)的功率為發(fā)射機(jī)的輸出功率。的輸出功率。 單級振蕩式發(fā)射機(jī)的輸出功率決定于振蕩管的功率容量；單級振蕩式發(fā)射機(jī)的輸出功率決定于振蕩管的功率容量； 主振放大式發(fā)射機(jī)則決定于輸出機(jī)（末級）發(fā)射管的功率容量主振放大式發(fā)射機(jī)則決定于輸出機(jī)（末級）發(fā)射管的功率容量脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)峰值功率峰值功率Pt：脈沖期間射頻振蕩的平均功率（非射頻正弦振蕩的最大瞬時(shí)功率）：脈沖期間射頻振蕩的平均功率（非射頻正弦振蕩的

14、最大瞬時(shí)功率） 平均功率平均功率Pav：脈沖重復(fù)周期內(nèi)的輸出功率的平均值。：脈沖重復(fù)周期內(nèi)的輸出功率的平均值。第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)20脈沖寬度為脈沖寬度為 ，脈沖重復(fù)周期為，脈沖重復(fù)周期為Tr ： 峰值功率峰值功率Pt： 內(nèi)信號射頻振蕩平均功率，內(nèi)信號射頻振蕩平均功率，Pt和脈沖寬度一起決定了發(fā)射和脈沖寬度一起決定了發(fā)射脈沖的傳送總能量。脈沖的傳送總能量。 平均功率平均功率Pav：在在Tr 內(nèi)平均功率，是雷達(dá)可能探測距離的關(guān)鍵因素。內(nèi)平均功率，是雷達(dá)可能探測距離的關(guān)鍵因素。 rtrtavfPTPPrt式中的式中的f fr r=1/=1/T Tr r是脈沖重復(fù)頻率。是脈沖重復(fù)頻率。/T/Tr r=

15、 =f fr r稱作雷達(dá)的工作比稱作雷達(dá)的工作比D D。第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)21 （3） 總效率總效率 發(fā)射機(jī)的總效率是指發(fā)射機(jī)的發(fā)射機(jī)的總效率是指發(fā)射機(jī)的輸出功率輸出功率與它的與它的輸入總功率輸入總功率之比。之比。 因?yàn)榘l(fā)射機(jī)通常在整機(jī)中是最耗電和最需要冷卻的部分因?yàn)榘l(fā)射機(jī)通常在整機(jī)中是最耗電和最需要冷卻的部分, 有高的總效率有高的總效率, 不僅不僅可以省電可以省電, 而且對于減輕整機(jī)的體積重量也很有意義。對于主振放大式發(fā)而且對于減輕整機(jī)的體積重量也很有意義。對于主振放大式發(fā)射機(jī)射機(jī), 要提高總效率要提高總效率, 特別要注意改善輸出級的效率。特別要注意改善輸出級的效率。 第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)22

16、 （4）信號形式）信號形式(調(diào)制形式調(diào)制形式) 第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)23 Trtt(a)Tr(b)0(c)tttt第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)24（5）信號穩(wěn)定度或頻譜純度）信號穩(wěn)定度或頻譜純度 信號的穩(wěn)定度是指信號的各項(xiàng)參數(shù)信號的穩(wěn)定度是指信號的各項(xiàng)參數(shù), 例如信號的振幅、例如信號的振幅、 頻率頻率(或相位或相位)、 脈脈沖寬度及脈沖重復(fù)頻率等是否隨時(shí)間作不應(yīng)有的變化。沖寬度及脈沖重復(fù)頻率等是否隨時(shí)間作不應(yīng)有的變化。 信號參數(shù)的不穩(wěn)定：規(guī)律性、隨機(jī)性信號參數(shù)的不穩(wěn)定：規(guī)律性、隨機(jī)性規(guī)律性：電源紋波、脈沖調(diào)制波形的頂部波形和外界有規(guī)律的機(jī)械振動(dòng)等規(guī)律性：電源紋波、脈沖調(diào)制波形的頂部波形和外界有規(guī)律的機(jī)械振

17、動(dòng)等隨機(jī)性：發(fā)射管的噪聲、調(diào)制脈沖的隨機(jī)起伏等隨機(jī)性：發(fā)射管的噪聲、調(diào)制脈沖的隨機(jī)起伏等可在時(shí)域或者頻域衡量信號不穩(wěn)定，在時(shí)域用信號某項(xiàng)參數(shù)的方差表示，可在時(shí)域或者頻域衡量信號不穩(wěn)定，在時(shí)域用信號某項(xiàng)參數(shù)的方差表示，（如振幅方差，相位方差，脈沖寬度方差（如振幅方差，相位方差，脈沖寬度方差）。信號穩(wěn)定度在頻域中的表）。信號穩(wěn)定度在頻域中的表示稱為示稱為頻譜純度，頻譜純度，指雷達(dá)信號在應(yīng)有的信號頻譜外的寄生輸出。指雷達(dá)信號在應(yīng)有的信號頻譜外的寄生輸出。第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)25 頻譜純度：雷達(dá)信號在應(yīng)有的信號頻譜之外的寄生輸出。（離散型，分布型）頻譜純度：雷達(dá)信號在應(yīng)有的信號頻譜之外的寄生輸出。（離散

18、型，分布型） 離散型：該離散分量的單邊帶離散型：該離散分量的單邊帶功率功率 與信號功率之比。（與信號功率之比。（dB） 對應(yīng)于規(guī)律性不穩(wěn)定對應(yīng)于規(guī)律性不穩(wěn)定 分布型：以偏離載頻若干分布型：以偏離載頻若干Hz的傅的傅 里葉頻率上每單位頻帶的里葉頻率上每單位頻帶的單邊單邊 帶帶 功率與信號功率之比（功率與信號功率之比（ dB / Hz ） 對應(yīng)于隨機(jī)性不穩(wěn)定對應(yīng)于隨機(jī)性不穩(wěn)定 相對振幅Tr1fsinff01f0f01 20 40 60 80 1000123信號的第一譜線離 散 型寄生輸出分布型寄生輸出fm / kHz /(dB/Hz)04第三章 雷達(dá)接收機(jī)262.3 單級振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)2.

19、3.1 單級振蕩式發(fā)射機(jī)特點(diǎn)：只有一級射頻振蕩器特點(diǎn)：只有一級射頻振蕩器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度差，難以產(chǎn)生復(fù)雜信號波形缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度差，難以產(chǎn)生復(fù)雜信號波形 ，相位不相參，相位不相參預(yù)調(diào)器調(diào)制器振蕩器發(fā)射機(jī)定時(shí)器顯示器接收機(jī)天線開關(guān)天線控制系統(tǒng)電源、控制、保護(hù)電路(b)(c)(a)(d)天線第三章 雷達(dá)接收機(jī)272.3.2 主振放大式發(fā)射機(jī)主振放大式發(fā)射機(jī) 1. 具有很高的頻率穩(wěn)定度單級振蕩式發(fā)射機(jī)中，信號載頻直接由大功率振蕩器決定。主振放大式發(fā)射機(jī)中，信號載頻的精度和穩(wěn)定度在低電平級決定，易采取穩(wěn)頻措施。 在雷達(dá)整機(jī)要求有很高的頻率穩(wěn)定

20、度的情況下, 必須采用主振放大式發(fā)射機(jī)。 2. 發(fā)射相位相參信號 相位相參性：兩個(gè)信號的相位之間存在確定的關(guān)系。單級振蕩式發(fā)射機(jī)，脈沖調(diào)制器直接控制振蕩器，每個(gè)脈沖的起始相位由振蕩器的噪聲決定，是隨機(jī)的。主振放大式發(fā)射機(jī)，脈沖調(diào)制器控制射頻放大器，射頻脈沖間具有固定相位。（相參發(fā)射機(jī)）全相參系統(tǒng)：雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射信號、本振信號、相參振蕩信號和定時(shí)器觸發(fā)脈沖均由同一基準(zhǔn)信號提供，所有信號之間均保有相位相參性。第三章 雷達(dá)接收機(jī)28 3. 適用于頻率捷變雷達(dá) 基準(zhǔn)頻率振蕩器輸出的基準(zhǔn)信號頻率為F。發(fā)射信號（f0=NiF+MF）、穩(wěn)定本振（fL=NiF）、相參振蕩信號（fc=MF）、定時(shí)器觸發(fā)脈沖（f

21、r=F/n）均由基準(zhǔn)信號F經(jīng)倍頻器、分頻器及頻率合成產(chǎn)生，信號間有確定的相位相參性，為全相參系統(tǒng)。分頻器 n調(diào)制器多 級放大鏈基準(zhǔn)頻率振 蕩 器倍頻器 M上變頻混頻器諧 波產(chǎn)生器N1F控制器N2FN3FNkFNiF發(fā)射信號至天線f0 (NiM)F觸發(fā)脈沖 fr F/nFFMFF相參振蕩電壓fCMF穩(wěn)定本振電壓fLNiF第三章 雷達(dá)接收機(jī)29 本振電壓頻率與發(fā)射信號頻率同步跳變。發(fā)射信號頻率f0可在N1F+MF、 N2F+MF NKF+MF之間跳變本振頻率fL相應(yīng)在N1F、 N2F NKF之間同步跳變。兩者之間嚴(yán)格保存固定差頻MF（接收機(jī)中頻），保證回波正確接收。4、能產(chǎn)生復(fù)雜波形波 形產(chǎn)生器主

22、振放大式發(fā)射機(jī)收發(fā)開關(guān)控制與定時(shí)器穩(wěn) 頻振蕩器信 號處理器接收機(jī)復(fù)雜波形發(fā)射機(jī)輸出天線第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)302.4 固態(tài)發(fā)射機(jī)發(fā)展概況和特點(diǎn) 2.4.1 發(fā)展概況固態(tài)發(fā)射機(jī)通常由幾十個(gè)甚至幾千個(gè)固態(tài)發(fā)射模塊組成，應(yīng)用先進(jìn)的微波單片集成電路（MMIC）和優(yōu)化設(shè)計(jì)的微波網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可將多個(gè)微波功率器件、低噪聲接收器等組合成固態(tài)發(fā)射模塊或固態(tài)收發(fā)模塊。與微波電子管發(fā)射機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)： （1）不需要陰極加熱、 壽命長。 (2) 具有很高的可靠性。 (3) 體積小、重量輕。 (4) 工作頻帶寬、效率高。 (5) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)用靈活。 (6) 維護(hù)方便, 成本較低。 第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)312.4.2 固態(tài)高功

23、率放大模塊固態(tài)高功率放大模塊 大功率微波晶體管大功率微波晶體管發(fā)展迅速, 對固態(tài)發(fā)射模塊的性能和應(yīng)用起到重要的推動(dòng)作用； S波段以下: 通常采用硅雙極晶體管；S波段以上:砷化鎵場效應(yīng)管(GaAs FET)。 固態(tài)高功率放大器模塊固態(tài)高功率放大器模塊 應(yīng)用先進(jìn)的集成電路工藝和微波網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 將多個(gè)大功率晶體管的輸出功率并行組合,輸出功率并行組合的主要要求是高功率和高效率。主要有兩種典型的輸出功率組合方式：空間合成輸出結(jié)構(gòu), 主要用于相控陣?yán)走_(dá)；集中合成輸出結(jié)構(gòu)，可用于中小功率雷達(dá)或相控陣?yán)走_(dá)。第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)32空間合成輸出結(jié)構(gòu)集中合成輸出結(jié)構(gòu)集中合成輸出結(jié)構(gòu)的固態(tài)高效模塊(a)11: n12

24、 n1n1:11: n2132 n2輸入P n2AA11: n12 n1n1:11: n2132 n2輸入n2:1P n2A損耗(b)A1: n11n1: 12 n112 n21: n2n2: 13C邏輯SW輸入集電極電壓輸出(c)第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)332.4.3 微波單片集成（微波單片集成（MMIC）收發(fā)模塊）收發(fā)模塊 模塊化設(shè)計(jì)方法, 將固態(tài)收發(fā)模塊中的有源器件(線性放大器、低噪聲放大器、飽和放大器或有源開關(guān)等)和無源器件(電阻、電容、電感、二極管和傳輸線等)制作在同一塊砷化鎵(GaAs)基片上, 從而提高了固態(tài)收發(fā)模塊的技術(shù)性能, 使成品的一致性好, 尺寸小, 重量輕。 收發(fā)模塊主要由功

25、率放大器、低噪聲放大器、寬帶放大器、移相器、衰減器、限幅收發(fā)開關(guān)和環(huán)行器等部件組成, 具有高集成度、 高可靠性和多功能特點(diǎn)。 MMIC收發(fā)模塊已經(jīng)成為相控陣?yán)走_(dá)的關(guān)鍵部件。從超高頻波段至厘米波波段, 都有可供實(shí)用的微波單片集成收發(fā)模塊。第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)34MMIC收發(fā)模塊的主要優(yōu)點(diǎn)如下: (1) 成本低 (2) 高可靠性（3）電路性能一致性好，成品率高，（4）尺寸小，重量輕2.4.4 固態(tài)發(fā)射機(jī)的應(yīng)用固態(tài)發(fā)射機(jī)的應(yīng)用 L-S波段應(yīng)用更多，成本較低波段應(yīng)用更多，成本較低 適用于高工作比（大時(shí)寬信號）雷達(dá)或者連續(xù)被雷達(dá)系統(tǒng)適用于高工作比（大時(shí)寬信號）雷達(dá)或者連續(xù)被雷達(dá)系統(tǒng) 相控陣?yán)走_(dá)中應(yīng)用相控陣

26、雷達(dá)中應(yīng)用 全固態(tài)高可靠性雷達(dá)中應(yīng)用全固態(tài)高可靠性雷達(dá)中應(yīng)用 連續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)中應(yīng)用連續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)中應(yīng)用 第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)35 典型L波段相控陣發(fā)射/接收模塊 L波段高可靠性全固態(tài)化發(fā)射機(jī) 1 2 3 4 5 6 7移相器T/R開關(guān)低噪聲放大器限幅器T/R開關(guān)環(huán)行器至天線T/R邏輯功率放大器預(yù)放大器移相器移相邏輯射頻信號12(T/R) 2(T/R) 1控制信號假負(fù)載150 W轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān) 65 66(1)組合器1:8(8)組合器 1 2 64150 W1:8(8)組合器8:1150 W150 W(1)組合器8:1至控制器面板至監(jiān)控器8 kW射頻輸出射頻輸入增益(損耗

27、)電平0.7 dB33.532.819.2 dB52.019.2 dB32.819 dB69.80.93 dB68.5(dBmW)第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)36 用于連續(xù)波對空監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的固態(tài)發(fā)射機(jī)320 W144144個(gè)發(fā)射模塊320 W144144個(gè)發(fā)射模塊末前級激勵(lì)2320 W 功率18 路輸出1.8 kW1.8 kW6 個(gè)模塊6 個(gè)模塊激勵(lì)級320 W功率2592320 W第三章第三章 雷達(dá)接收機(jī)38第三章 雷達(dá)接收機(jī) 3.1 雷達(dá)接收機(jī)的組成和主要質(zhì)量指標(biāo) 3.2 接收機(jī)的噪聲系數(shù)和靈敏度 3.3 雷達(dá)接收機(jī)的高頻部分 3.4 本機(jī)振蕩器和自動(dòng)頻率控制 3.5 接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍和增益控制

28、3.6 濾波和接收機(jī)帶寬第三章 雷達(dá)接收機(jī)393.1 雷達(dá)接收機(jī)的組成和主要質(zhì)量指標(biāo) 任務(wù)：通過適當(dāng)?shù)臑V波將天線上接收到得微弱高頻信號從噪聲和干擾中選擇出來，并經(jīng)過放大和濾波，送至顯示器、信號處理器或雷達(dá)終端設(shè)備。 分類：超外差式、超再生式、晶體視放式、調(diào)諧高頻式。3.1.1 超外差式雷達(dá)接收機(jī)組成 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、增益高、選擇性好、適用性廣 組成： (1) 高頻部分, 又稱為接收機(jī)“前端”, 包括接收機(jī)保護(hù)器、低噪聲高頻放大器、混頻器和本機(jī)振蕩器; (2) 中頻放大器, 包括匹配濾波器; (3) 檢波器和視頻放大器。接收機(jī)保護(hù)器低噪聲高頻放大器混頻器中頻放大器(匹配濾波器)檢波器視 頻放大器

29、至終端設(shè)備本振高 頻 部 分高頻輸入第三章 雷達(dá)接收機(jī)40 天線接收的射頻回波通過收發(fā)開關(guān)加至接收機(jī)保護(hù)器，經(jīng)低噪高頻放大器后，送至混頻器與本振輸出混頻得到中頻信號，再由多級中頻放大和匹配濾波得到最大輸出信噪比，最后經(jīng)檢波器和視頻放大器送至終端顯示器。 中頻放大器和匹配濾波后的處理方法： 非相干處理：線性放大+包絡(luò)濾波 相干處理：同步檢波得到同相（I路）和正交（Q路）信號，（振幅與相位信息）； 硬限幅放大+相位檢波，（相位信息）接收機(jī)保護(hù)器低噪聲高頻放大器混頻器中頻放大器(匹配濾波器)檢波器視 頻放大器至終端設(shè)備本振高 頻 部 分高頻輸入第三章 雷達(dá)接收機(jī)41收發(fā)開關(guān)低噪聲高頻放大器接收機(jī)保護(hù)

30、器混 頻 器中頻放大器中頻增益衰減中頻濾波器線性放大器包絡(luò)檢波器同頻檢波器對數(shù)放大器限幅放大器相干本振相位檢波器發(fā)射機(jī)穩(wěn)定本振近程增益控制(STC)AGC視 頻 放 大 器天線uI(t)uQ(t)cossin90第三章 雷達(dá)接收機(jī)423.1.2 超外差式雷達(dá)接收機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)（1）靈敏度（2）工作頻帶寬度（帶寬）（3）動(dòng)態(tài)范圍（4）中頻的選擇和濾波特性（5）工作穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定度（6）抗干擾能力（7）微電子化合模塊化結(jié)構(gòu)第三章 雷達(dá)接收機(jī)43 （1）靈敏度：接收機(jī)接收微弱信號的能力。能接收的信號越微弱, 則接收機(jī)的靈敏度越高, 因而雷達(dá)的作用距離就越遠(yuǎn)。 雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度通常用最小可檢測信

31、號功率Si min來表示。受噪聲電平限制，提高接收機(jī)靈敏度須盡力減小噪聲電平，同時(shí)有足夠的增益。 （2） 工作頻帶寬度：接收機(jī)瞬時(shí)工作頻率范圍接收機(jī)的工作頻帶寬度主要決定于高頻部件(饋線系統(tǒng)、高頻放大器和本機(jī)振蕩器)的性能。 接收機(jī)的工作頻帶較寬時(shí), 必須選擇較高的中頻, 以減少混頻器輸出的寄生響應(yīng)對接收機(jī)性能的影響。在復(fù)雜的電子對抗和干擾環(huán)境中, 要求雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)具有較寬的工作帶寬, 例如頻率捷變雷達(dá)要求接收機(jī)的工作頻帶寬度為(1020)%。第三章 雷達(dá)接收機(jī)44 3. 動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍表示接收機(jī)能夠正常工作所容許的輸入信號強(qiáng)度變化的范圍，是接收機(jī)開始出現(xiàn)過載時(shí)的輸入功率與最小可檢測功

32、率之比。過載：當(dāng)輸入信號太強(qiáng)時(shí), 接收機(jī)將發(fā)生飽和而失去放大作用。最小輸入信號強(qiáng)度通常取為最小可檢測信號功率Si min, 允許最大的輸入信號強(qiáng)度則根據(jù)正常工作的要求而定。為了保證對強(qiáng)弱信號均能正常接收, 要求動(dòng)態(tài)范圍大, 就需要采取一定措施, 例如采用對數(shù)放大器對數(shù)放大器、 各種增益控制電路增益控制電路等抗干擾措施。 第三章 雷達(dá)接收機(jī)454. 中頻的選擇和濾波特性 接收機(jī)中頻的選擇和濾波特性是接收機(jī)的重要質(zhì)量指標(biāo)之一。 中頻的選擇與發(fā)射波形的特性、 接收機(jī)的工作帶寬以及所能提供的高頻部件和中頻部件的性能有關(guān)。在現(xiàn)代雷達(dá)接收機(jī)中, 中頻的選擇可以從30 MHz到4GHz之間。 中頻選擇在30

33、MHz至500MHz適用于需在中頻增加某些信號處理部件，較高的中頻適用于寬頻帶工作的接收機(jī)。 減小接收機(jī)噪聲的關(guān)鍵參數(shù)是中頻的濾波特性,如果中頻濾波特性的帶寬大于回波信號帶寬, 則過多的噪聲進(jìn)入接收機(jī)。 反之, 如果所選擇的帶寬比信號帶寬窄, 信號能量將會損失。這兩種情況都會使接收機(jī)輸出的信噪比減小。 在白噪聲(即接收機(jī)熱噪聲)背景下, 接收機(jī)的頻率特性為“匹配濾波器”時(shí), 輸出的信號噪聲比最大。 第三章 雷達(dá)接收機(jī)465. 工作穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定度 工作穩(wěn)定性是指當(dāng)環(huán)境條件(例如溫度、 濕度、 機(jī)械振動(dòng)等)和電源電壓發(fā)生變化時(shí), 接收機(jī)的性能參數(shù)(振幅特性、 頻率特性和相位特性等)受到影響的程

34、度, 希望影響越小越好。 相參處理, 對本機(jī)振蕩器的短期頻率穩(wěn)定度有極高的要求(高達(dá)10-10或者更高), 因此，必須采用頻率穩(wěn)定度和相位穩(wěn)定度極高的本機(jī)振蕩器, 即簡稱的“穩(wěn)定本振”。 6. 抗干擾能力抗有源干擾和無源干擾是雷達(dá)系統(tǒng)的重要任務(wù)之一，雷達(dá)接收信號包括：目標(biāo)信號、干擾、雜波、噪聲，干擾嚴(yán)重影響對目標(biāo)的正常檢測, 甚至使整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)無法工作。有源干擾：敵方施放的各種雜波干擾和鄰近雷達(dá)的異步脈沖干擾；無源干擾：從海浪、雨雪、地物等反射的雜波干擾和敵機(jī)施放的箔片干擾。第三章 雷達(dá)接收機(jī)47 7. 微電子化和模塊化結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代有源相控陣?yán)走_(dá)和數(shù)字波束形成(DBF)系統(tǒng)中, 通常需要幾十路甚

35、至幾千路幅相一致性要求很嚴(yán)格的接收機(jī)通道，需采用微電子化和模塊化的接收機(jī)結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選方案是采用單片集成電路, 包括微波單片集成電路(MMIC)、 中頻單片集成電路(IMIC)和專用集成電路(ASIC)； 主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕, 另外，采用批量生產(chǎn)工藝可使芯片電路電性能一致性好，成本也比較低。第三章 雷達(dá)接收機(jī)483.2 接收機(jī)噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.1 接收機(jī)的噪聲 主要來源：內(nèi)部噪聲、外部噪聲 內(nèi)部噪聲：主要由接收機(jī)中的饋線、放電保護(hù)器、高頻放大器或混頻器等產(chǎn)生，時(shí)間上連續(xù)，振幅和相位隨機(jī)，通常稱為“起伏噪聲”或簡稱為“噪聲”。 外部噪聲：由雷達(dá)天線進(jìn)入接收機(jī)的各種人為干擾、天電干擾、工

36、業(yè)干擾、宇宙干擾和天線熱噪聲等，其中天線熱噪聲是一種起伏噪聲，影響最大。第三章 雷達(dá)接收機(jī)49 1. 電阻熱噪聲由于導(dǎo)體中自由電子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)形成的噪聲，在導(dǎo)體中形成了起伏噪聲電流, 在導(dǎo)體兩端呈現(xiàn)起伏電壓。根據(jù)奈奎斯特定律, 電阻產(chǎn)生的起伏噪聲電壓均方值：k為玻爾茲曼常數(shù), k=1.3810-23J/K; T為電阻溫度, 以絕對溫度(K)計(jì)量, 對于室溫17, T=T0=290K; R為電阻的阻值; Bn為測試設(shè)備的通帶。電阻熱噪聲的功率譜密度p(f)是表示噪聲頻譜分布的重要統(tǒng)計(jì)特性：白噪聲：功率譜密度為常數(shù)的噪聲。電阻熱噪聲在無線電頻率范圍內(nèi)就是白噪聲。kTRBun42p(f )=4kT

37、R 第三章 雷達(dá)接收機(jī)502. 額定噪聲功率信號電動(dòng)勢為Es而內(nèi)阻抗為Z=R+jX的信號源, 當(dāng)其負(fù)載阻抗與信號源內(nèi)阻匹配, 即其值為Z*=R-jX時(shí), 信號源輸出的信號功率最大, 此時(shí), 輸出的最大信號功率稱為“額定”信號功率, 用Sa表示, 其值是 RERRESssa4222Z Rj XEsSaZ* Rj X第三章 雷達(dá)接收機(jī)51 同理, 把一個(gè)內(nèi)阻抗為Z=R+jX的無源二端網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)噪聲源,由電阻R產(chǎn)生的起伏噪聲電壓均方值 , 見圖3.5。假設(shè)接收機(jī)高頻前端的輸入阻抗Z*為這個(gè)無源二端網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載, 顯然, 當(dāng)負(fù)載阻抗Z*與噪聲源內(nèi)阻抗Z匹配, 即Z*=R-jX時(shí), 噪聲源輸出最大噪聲功

38、率, 稱為“額定”噪聲功率, 用No表示, 其值為 重要結(jié)論: 任何無源二端網(wǎng)絡(luò)輸出的 額定噪聲功率只與其溫度T和通帶Bn有關(guān)。 nnkTRBu42nnokTBRuN42un4kTRBnN0Z* Rj XZ Rj X2第三章 雷達(dá)接收機(jī)523. 天線噪聲 是外部噪聲, 包括天線的熱噪聲天線的熱噪聲和宇宙噪聲，宇宙噪聲，被天線吸收后進(jìn)入接收機(jī), 就呈現(xiàn)為天線的熱起伏噪聲。天線的熱噪聲：由天線周圍介質(zhì)微粒的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲；宇宙噪聲：由太陽及銀河星系產(chǎn)生的噪聲。天線噪聲的大小用天線噪聲溫度TA表示, 其電壓均方值為 ：RA為天線等效電阻，TA決定于接收天線方向圖中各輻射源的噪聲溫度，與波瓣仰角和工

39、作頻率等因素有關(guān)。天線噪聲并非真正白噪聲，但在接收機(jī)通帶可近似為白噪聲。nAAnABRkTu42第三章 雷達(dá)接收機(jī)53 4. 噪聲帶寬白噪聲, 通過具有頻率選擇性的接收線性系統(tǒng)后, 輸出的功率譜pno(f)就不再是均勻的。通常把這個(gè)不均勻的噪聲功率譜等效為在一定頻帶Bn內(nèi)是均勻的功率譜。這個(gè)頻帶Bn稱為“等效噪聲功率譜寬度”, 一般簡稱“噪聲帶寬”。H2(f0)為線性電路在諧振頻率f0處的功率傳輸系數(shù)。高中頻諧振電路的級數(shù)較多，可用信號帶寬B直接代替噪聲帶寬Bn。 200200( )|( )|()()nonnopf dfH fdfBpfHfBnPno(f0)ofPno( f )第三章 雷達(dá)接收

40、機(jī)543.2.2 噪聲系數(shù)和噪聲溫度 1. 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)定義1: 接收機(jī)輸入端信號噪聲比與輸出端信號噪聲比的比值。物理意義: 由于接收機(jī)內(nèi)部噪聲的影響由于接收機(jī)內(nèi)部噪聲的影響, 使接收機(jī)輸出端的信噪比相對其輸入端的信噪使接收機(jī)輸出端的信噪比相對其輸入端的信噪比變差的倍數(shù)。比變差的倍數(shù)。 式中, Si為輸入額定信號功率; Ni為輸入額定噪聲功率(Ni =kT0Bn); So為輸出額定信號功率; No為輸出額定噪聲功率。 ooiiNSNSF/接收機(jī)線性電路GaEsAEsiRASiNiSoNoRL第三章 雷達(dá)接收機(jī)55定義2：實(shí)際接收機(jī)輸出的額定噪聲功率No與“理想接收機(jī)”輸出的額定噪聲功率Ni

41、Ga之比。式中，Ga為接收機(jī)的額定功率增益; NiGa是輸入端噪聲通過“理想接收機(jī)”后, 在輸出端呈現(xiàn)的額定噪聲功率。 實(shí)際接收機(jī)的輸出額定噪聲功率No由兩部分組成, 其中一部分是NiGa (NiGa=kT0BnGa), 另一部分是接收機(jī)內(nèi)部噪聲在輸出端所呈現(xiàn)的額定噪聲功率N, 即將No代入,得到：實(shí)際接收機(jī)總會有內(nèi)部噪聲(N0), 因此F1, 只有當(dāng)接收機(jī)是“理想接收機(jī)”時(shí), 才會有F=1。 aioGNNF oaiSGSNo=NiGa+N=kT0BnGa+N anGBkTNF01第三章 雷達(dá)接收機(jī)56對噪聲系數(shù)作幾點(diǎn)說明: 只適用于接收機(jī)的線性電路和準(zhǔn)線性電路, 即檢波器以前部分。檢波器是非

42、線性電路, 而混頻器可看成是準(zhǔn)線性電路, 因其輸入信號和噪聲都比本振電壓小很多, 輸入信號與噪聲間的相互作用可以忽略。 為使噪聲系數(shù)具有單值確定性, 規(guī)定輸入噪聲以天線等效電阻RA在室溫T0=290K時(shí)產(chǎn)生的熱噪聲為標(biāo)準(zhǔn), 噪聲系數(shù)只由接收機(jī)本身參數(shù)確定。 噪聲系數(shù)F是沒有單位的數(shù)值, 通常用分貝表示 噪聲系數(shù)的概念與定義, 可推廣到任何無源或有源的四端網(wǎng)絡(luò)。接收機(jī)的饋線、放電器、移相器等屬于無源四端網(wǎng)絡(luò)。F=10 lg F(dB) 第三章 雷達(dá)接收機(jī)57圖中Ga為額定功率傳輸系數(shù)。由于具有損耗電阻, 因此也會產(chǎn)生噪聲, 求其噪聲系數(shù)。從網(wǎng)絡(luò)的輸入端向左看, 是一個(gè)電阻為RA的無源二端網(wǎng)絡(luò),

43、它輸出的額定噪聲功率為經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸, 加于負(fù)載RL上的外部噪聲額定功率為從負(fù)載電阻RL向左看, 也是一個(gè)無源二端網(wǎng)絡(luò), 它是由信號源電阻RA和無源四端網(wǎng)絡(luò)組合而成的, 同理, 這個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)輸出的額定噪聲功率仍為kT0Bn, 它也就是無源四端網(wǎng)絡(luò)輸出的總額定噪聲功率, 即 niBkTN0無源四端網(wǎng) 絡(luò)GaRARLanaiGBkTGN0noBkTN0aaioGGNNF1第三章 雷達(dá)接收機(jī)58 2. 等效噪聲溫度等效噪聲溫度 接收機(jī)外部噪聲可用天線噪聲溫度TA來表示, 如果用額定功率來計(jì)量, 接收機(jī)外部噪聲的額定功率為: 為比較內(nèi)部噪聲與外部噪聲的大小，把接收機(jī)內(nèi)部噪聲在輸出端呈現(xiàn)的額定噪聲功率N等

44、效到輸入端來計(jì)算, 這時(shí)內(nèi)部噪聲可以看成是天線電阻RA在溫度Te時(shí)產(chǎn)生的熱噪聲, 即溫度Te稱為“等效噪聲溫度”或簡稱“噪聲溫度”, 此時(shí)接收機(jī)就變成沒有內(nèi)部噪聲的“理想接收機(jī)” 。物理意義：把接收機(jī)內(nèi)部噪聲看成是“理想接收機(jī)”的天線電阻RA在溫度Te時(shí)所產(chǎn)生Te可放大差異，常用來表示低噪接收機(jī)和低噪器件的噪聲性能。NA=kTABn N=kTeBnGa 0011TTGBkTGBkTFeananeTe=(F-1)T0=(F-1)290 (K) 第三章 雷達(dá)接收機(jī)593. 相對噪聲溫度相對噪聲溫度噪聲比噪聲比相對噪聲溫度有時(shí)簡稱為噪聲比tc, 意義意義為實(shí)際輸出的中頻額定噪聲功率為實(shí)際輸出的中頻額

45、定噪聲功率(FckT0BnGc)與僅由等效損耗電阻產(chǎn)生的輸出額定噪聲功率與僅由等效損耗電阻產(chǎn)生的輸出額定噪聲功率(kT0Bn)之比之比, 即 Gc為混頻器的額定功率增益或額定功率傳輸系數(shù)。噪聲比tc表示有源四端網(wǎng)絡(luò)中除損耗電阻以外的其它噪聲源的影響程度。 ccncnccGFBkTGBkTFt00第三章 雷達(dá)接收機(jī)603.2.3 級聯(lián)電路的噪聲系數(shù)級聯(lián)電路的噪聲系數(shù)F1、F2和G1、G2分別表示第一、二級電路的噪聲系數(shù)和額定功率增益，為了計(jì)算總噪聲系數(shù)F0, 先求實(shí)際輸出的額定噪聲功率No：No由兩部分組成: 一部分是由第一級的噪聲在第二級輸出端呈現(xiàn)的額定噪聲功率No12,其數(shù)值為kT0BnF1

46、G1G2, 第二部分是由第二級所產(chǎn)生的噪聲功率N2：可得兩級級聯(lián)電路的總噪聲系數(shù)No=kT0BnG1G2F0 2012NNNoF1， G1， BnF2， G2， BnNo No12 N2Ni kT0BnN2=(F2-1)kT0BnG2 No=kT0BnG1G2F0=kT0BnG1G2F1+(F2-1)kT0BnG2 12101GFFF第三章 雷達(dá)接收機(jī)61n級電路級聯(lián)時(shí)接收機(jī)總噪聲系數(shù)為重要結(jié)論: 為了使接收機(jī)的總噪聲系數(shù)小, 要求各級的噪聲系數(shù)小、額定功率增益高。而各級內(nèi)部噪聲的影響并不相同, 級數(shù)越靠前, 對總噪聲系數(shù)的影響越大?？傇肼曄禂?shù)主要取決于最前面幾級, 這是接收機(jī)要采用高增益低噪

47、聲高放的主要原因。 典型雷達(dá)接收機(jī)的高、中頻部分 ：1212131210111nnGGGFGGFGFFF饋線接收機(jī)放電器限幅器低噪聲高 放混頻器中 頻放大器自天線Gf1/GfGg1/GgGl1/GlGRFRGcFcGIFI至檢波器cRRcRgfGGFGFFGGGF111110第三章 雷達(dá)接收機(jī)62一般都采用高增益(GR20dB)低噪聲高頻放大器, 可簡化為：若接收機(jī)的噪聲性能用等效噪聲溫度Te表示, 則它與各級噪聲溫度之間的關(guān)系為 10GGGFFgfR121213121nneGGGTGGTGTTT第三章 雷達(dá)接收機(jī)633.2.4 接收機(jī)靈敏度接收機(jī)靈敏度定義：接收機(jī)的靈敏度表示接收機(jī)接收微弱信

48、號的能力。要能檢測信號, 微弱信號的功率應(yīng)大于噪聲功率或者可以和噪聲功率相比。因此, 靈敏度用接收機(jī)輸入端的最小可檢測信號功率Si min來表示。雷達(dá)終端檢測信號的質(zhì)量取決于信噪比，輸出信噪比So/No達(dá)到所需數(shù)值。接收機(jī)噪聲系數(shù)F0：輸入信號額定功率為：令So/No(So/No)min時(shí)對應(yīng)的接收機(jī)輸入信號功率為最小可檢測信號功率, 即接收機(jī)實(shí)際靈敏度為 ooiiNSNSF/0000ooiinooSSSN FkT B FNNmin00minooniNSFBkTS第三章 雷達(dá)接收機(jī)64把(So/No)min稱為“識別系數(shù)”, 并用M表示：為了提高接收機(jī)的靈敏度, 即減少最小可檢測信號功率Si

49、min, 應(yīng)做到: 盡量降低接收機(jī)的總噪聲系數(shù)F0, 所以通常采用高增益、低噪聲高放; 接收機(jī)中頻放大器采用匹配濾波器, 以便得到白噪聲背景下輸出最大信號噪聲比; 式中的識別系數(shù)M與所要求的檢測質(zhì)量、 天線波瓣寬度、掃描速度、雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率及檢測方法等因素均有關(guān)系。在保證整機(jī)性能的前提下, 盡量減小M的數(shù)值。 min00minooniNSFBkTSMFBkTSni00min第三章 雷達(dá)接收機(jī)65臨界靈敏度： M=1時(shí)接收機(jī)的靈敏度：雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度以額定功率表示, 并常以相對1 mW的分貝數(shù)計(jì)值, 即一般超外差接收機(jī)的靈敏度為-90-110 dBmW。 0000minnniSkT B F

50、MkT B Fminmin3n0()()10lg()10114dB 10 lgBMHz10 lgFiiSWSdBmWdBmW 第三章 雷達(dá)接收機(jī)66051015201151101051009590Simin/(dB/mW)10 MHz9 MHz8 MHz7 MHz6 MHz5 MHz4 MHz3 MHzBRI2 MHz1 MHz0.5 MHz0.1 MHzF0 /dB第三章 雷達(dá)接收機(jī)673.5 接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍和增益控制動(dòng)態(tài)范圍：接收機(jī)能正常工作所容許的輸入信號強(qiáng)度范圍。 弱則無法檢測，強(qiáng)則接收機(jī)飽和過載。增益控制：為防止強(qiáng)信號引起過載，提高角跟蹤和抗干擾能力，需要增大接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，雷達(dá)

51、接收機(jī)有專門的抗過載電路，如自動(dòng)增益控制（AGC）、靈敏度時(shí)間控制、對數(shù)放大器等。3.5.1動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍 放大器: 小信號，線性放大；信號過強(qiáng)，飽和。過載：信號過強(qiáng)時(shí)，放大器飽和，輸出電壓不再增大，反而減小，輸出-輸入振幅特性出現(xiàn)彎曲下降。第三章 雷達(dá)接收機(jī)68信號與寬脈沖干擾共同通過中頻放大器圖 放大器飽和導(dǎo)致輸出電壓中的回波信號被丟失。UomOOUnm1Unm2UsmUsmtUimUimUomOt第三章 雷達(dá)接收機(jī)69對于疊加在干擾上的回波信號來說, 其放大量應(yīng)該用“增量增益”表示, 它是放大器振幅特性曲線上某點(diǎn)的斜率 只要接收機(jī)中某一級的增量增益Kd0，接收機(jī)就會發(fā)生過載, 即丟失目

52、標(biāo)回波信號。動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍D：接收機(jī)抗過載性能的好壞, 是當(dāng)接收機(jī)不發(fā)生過載時(shí)允許接收機(jī)輸入信號強(qiáng)度的變化范圍。Pi min、Ui min為最小可檢測信號功率、電壓; Pi max、Ui max為接收機(jī)不發(fā)生過載所允許接收機(jī)輸入的最大信號功率、電壓。imomddUdUK KdOUimmaxmaxminmin10lg()20lg()iiiiPUDdBdBPU第三章 雷達(dá)接收機(jī)703.5.2 增益控制增益控制(1). 自動(dòng)增益控制(AGC) 在跟蹤雷達(dá)中, 為了保證對目標(biāo)的自動(dòng)方向跟蹤, 使天線正確地跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo), 必須采用自動(dòng)增益控制(AGC)。 中 頻放大器包 絡(luò)檢波器視 頻放大器低 通濾波

53、器輸出uo輸入uiUAGCAGC峰 值檢波器電路第三章 雷達(dá)接收機(jī)71(2). 瞬時(shí)自動(dòng)增益控制（IAGC）目的：使干擾電壓受到衰減(即要求控制電壓UC能瞬時(shí)地隨著干擾電壓而變化), 而維持目標(biāo)信號的增益盡量不變。干擾電壓一般都很強(qiáng), 所以中頻放大器不僅末級有過載的危險(xiǎn), 前幾級也有可能發(fā)生過載。為了得到較好的抗過載效果, 增大允許的干擾電壓范圍, 可以在中放的末級和相鄰的前幾級, 都加上瞬時(shí)自動(dòng)增益控制電路。 小時(shí)常數(shù)電 路控制電壓放 大 器控制電壓檢 波 器放大器K0輸出輸入uniunoECunoEd第三章 雷達(dá)接收機(jī)72 （3） . 近程增益控制近程增益控制(STC) 近程增益控制電路又

54、稱“時(shí)間增益控制電路”或“靈敏度時(shí)間控制(STC)電路”, 它用來防止近程雜波干擾所引起的中頻放大器過載。近程增益控制的基本原理是: 當(dāng)發(fā)射機(jī)每次發(fā)射信號之后, 接收機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與干擾功率隨時(shí)間的變化規(guī)律相“匹配”的控制電壓UC, 控制接收機(jī)的增益按此規(guī)律變化。所以近程增益控制電路實(shí)際上是一個(gè)使接收機(jī)靈敏度隨時(shí)間而變化的控制電路, 它可以使接收機(jī)不致受近距離的雜波干擾而過載。 Pn iOR(t)R(t)UCO(a)(b)第三章 雷達(dá)接收機(jī)733.6 濾波和接收機(jī)帶寬3.6.1 匹配濾波和準(zhǔn)匹配濾波（1） . 匹配濾波器基本概念匹配濾波器基本概念匹配濾波器是在白噪聲背景中檢測信號的最佳線性濾波器,

55、 其輸出信噪比在某個(gè)時(shí)刻可以達(dá)到最大。如果已知輸入信號s(t), 其頻譜為S(), 則可以證明匹配濾波器的頻率特性為 S*()為頻譜S()的共軛值; k為濾波器的增益常數(shù); t0是使濾波器實(shí)際上能夠?qū)崿F(xiàn)所必須的延遲時(shí)間, 在t0時(shí)刻將有信號的最大輸出。匹配濾波器的脈沖響應(yīng)為式中，s*(t0-t)為輸入信號的鏡像, 它與輸入信號s(t)的波形相同, 但從時(shí)間t0開始反轉(zhuǎn)。H()=kS*()exp(-jt0) h(t)=ks*(t0-t) 第三章 雷達(dá)接收機(jī)74匹配濾波器的傳輸函數(shù)是輸入信號頻譜的復(fù)共軛值, 匹配濾波器的脈沖響應(yīng)是輸入信號的鏡像函數(shù)。匹配濾波器在輸出端給出的最大瞬時(shí)信噪比為：式中N

56、0是輸入噪聲的譜密度, 它是匹配濾波器輸入端單位頻帶內(nèi)的噪聲功率; E是輸入信號能量: H()=S*() h(t)=s*(-t) 0max2)(NENSdttsdffSE22| )(| )(|第三章 雷達(dá)接收機(jī)75（2）單個(gè)矩形中頻脈沖的匹配濾波器 設(shè)矩形脈沖的幅度為A, 寬度為T, 信號波形的表達(dá)式為:其頻譜：匹配濾波器的傳輸函數(shù)：匹配濾波器輸出的最大信噪比為 ：理想匹配濾波器的特性一般比較難于實(shí)現(xiàn),需要考慮近似實(shí)現(xiàn), 即采用準(zhǔn)匹配濾波器準(zhǔn)匹配濾波器。 2|02|cos)(0tttAtsi2)(2)sin(2)(2)sin(2)()(0000AdtetsStjii2)(2)sin(2)(2)

57、sin(2)()(0000*ASHi020max2NANENS第三章 雷達(dá)接收機(jī)7640Si()2A0(b)si(t)2tA A2(a)40H()2A0(c)0第三章 雷達(dá)接收機(jī)77 3 . 準(zhǔn)匹配濾波器準(zhǔn)匹配濾波器準(zhǔn)匹配濾波器是指實(shí)際上容易實(shí)現(xiàn)的幾種典型頻率特性, 用矩形、 高斯形或其它形狀的頻率特性來作近似。適當(dāng)選擇該頻率特性的通頻帶, 可獲得準(zhǔn)匹配條件下的“最大信噪比”。失配損失：準(zhǔn)匹配濾波器輸出的最大信噪比與理想匹配濾波器輸出的最大信噪比之比值。01)(H2200WW482maxmaxWSWNSNSi第三章 雷達(dá)接收機(jī)78 B1.37時(shí), 失配損失達(dá)到最大值max0.82。這就是說,

58、采用帶寬 的矩形特性濾波器時(shí), 這種準(zhǔn)匹配濾波器相對于理想匹配濾波器來說, 其輸出信噪比損失僅約0.85dB, 顯然這損失不大。40H()01W)00.821.37B37. 1B第三章 雷達(dá)接收機(jī)79多卜勒頻移、接收機(jī)調(diào)諧誤差, 導(dǎo)致回波頻譜與濾波器通帶之間產(chǎn)生某些偏差, 因此雷達(dá)接收機(jī)的帶寬一般都要稍微超過最佳值，要求接收機(jī)帶寬略寬于最佳值，減小了信號的波形失真, 降低從脈沖干擾中恢復(fù)工作所需要的時(shí)間。 最佳帶寬脈寬積并非很臨界的, 如果允許檢測能力再降低0.5dB, 則帶寬可以偏離最佳值30%50%。第三章 雷達(dá)接收機(jī)80 各種濾波器的帶通濾波特性010203040500.51.02345

59、低于中心頻率輸出的dB數(shù)在6分貝帶寬(f / B6)上偏離中心頻率的偏差矩形高斯型五個(gè)調(diào)諧級兩個(gè)調(diào)諧級單調(diào)諧級第三章 雷達(dá)接收機(jī)81 各種濾波器的沖擊特性0102030405060低于脈沖中心輸出的dB數(shù)矩形兩個(gè)調(diào)諧級單調(diào)諧級五個(gè)調(diào)諧級無限多級點(diǎn)高斯型0.51234 5 6 7 89相對于輸出脈沖6分貝帶寬(B6f )峰值的時(shí)間偏差相對電壓 / %90101第三章 雷達(dá)接收機(jī)82 矩形通帶最有利于防止偏頻窄帶干擾，但沖擊響應(yīng)最長，最不利于防止脈沖干擾 高斯型通帶的頻域和時(shí)域的邊線最好，可同時(shí)有利于防止偏頻窄帶干擾和脈沖干擾。3.6.2 接收機(jī)帶寬的選擇接收機(jī)帶寬影響接收機(jī)輸出信噪比和波形失真。

60、最佳帶寬時(shí)，靈敏度最高，但波形失真大，需折中考慮 警戒雷達(dá)（含引導(dǎo)雷達(dá)）接收機(jī)靈敏度要高, 而對波形失真的要求不嚴(yán)格, 要求接收機(jī)線性部分的輸出信噪比最大, 即高、中頻部分的通頻帶應(yīng)取為最佳帶寬, 考慮到發(fā)射信號頻率和本振頻率的漂移, 需要加寬一個(gè)數(shù)值；視頻噪聲影響較小，視頻部分（含檢波器）的帶寬略大于最佳帶寬的一半即可。第三章 雷達(dá)接收機(jī)83 跟蹤雷達(dá)（含精確測距雷達(dá)）波形失真小, 其次才是要求接收機(jī)靈敏度高。 因此要求接收機(jī)的總帶寬(含視頻部分帶寬)大于最佳帶寬, 一般取為式中, 為發(fā)射信號脈沖寬度。 520B第四章第四章 雷達(dá)終端顯示器和錄取設(shè)備854.1 雷達(dá)終端顯示器 雷達(dá)終端顯示器