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第5讲雷达接收机延迟符2.1.3雷达发射机基本形式雷达发射机一般分为单级振荡式（自激励振荡式）发射机和主振放大式发射机（放大链发射机）两大类。1.单级振荡式发射机单级振荡式发射机又分为两种：一种是初期雷达使用的三极管、四机关振荡式发射机;另一种是磁控管振荡式发射机。2.1.3雷达发射机基本形式在定时脉冲信号的激励下，产生脉宽为τ的射频脉冲信号产生大功率射频信号单级振荡式发射机原理框图2.1.3雷达发射机基本形式2.主振放大式发射机主振放大式发射机由主控振荡器、功率放大器、脉冲调制器等构成，特点由多级组成。从各级功能来看，第一级用来产生射频信号，称为主控振荡器；第二级用来放大射频信号，称为射频放大链。至天线主振放大式发射机简化示意图2.1.3雷达发射机基本形式主振荡器，在脉冲调制下形成脉冲功放推动级；在脉冲有效期处于放大状态，脉冲结束后关断。末级功放；产生大功率的脉冲射频信号提供不同时间、不同宽度的控制脉冲信号主振放大式发射机原理框图2.1.3雷达发射机基本形式主（1）具有在雷达整机要求有很高的频率稳定度的情况下,必须采用主振放大式发射机。因为在单级振荡式发射机中,信号的载频直接由大功率振荡器决定。由于振荡管的预热漂移、温度漂移、负载变化引起的频率拖曳效应、电子频移、调谐游移以及校准误差等原因,单级振荡式发射机难于达到高的频率精度和稳定度。在主振放大式发射机中载频的精度和稳定度在低电平级较易采取稳频措施,所以能够得到很高的频率稳定度。2.1.3雷达发射机基本形式（2）发射相位相参信号在要求发射相位相参信号的雷达系统(例如脉冲多普勒雷达等)中,必须采用主振放大式发射机。所谓相位相参性，是指两个信号的相位之间存在着确定的关系。对于单级振荡式发射机,由于脉冲调制器直接控制振荡器的工作,每个射频脉冲的起始射频相位是由振荡器的噪声决定的,因而相继脉冲的射频相位是随机的,或者说,这种受脉冲调制的振荡器输出的射频信号相位是不相参的。所以,有时把单级振荡式发射机称为非相参发射机。2.1.3雷达发射机基本形式（2）发射相位相参信号在主振放大式发射机中,主控振荡器提供的是连续波信号,射频脉冲的形成是通过脉冲调制器控制射频功率放大器形成的。因此，相继射频脉冲之间就具有固定的相位关系。只要主控振荡器有良好的频率稳定度,射频放大器有足够的相位稳定度,发射信号就可以具有良好的相位相参性。为此,常把主振放大式发射机称为相参发射机。还需指出,如果雷达系统的发射信号、本振电压、相参振荡电压和定时器的触发脉冲均由同一基准信号提供,那么所有这些信号之间均保持相位相参性,通常把这种系统称为全相参系统。采用频率合成技术的主振放大式发射机分频器÷n调制器多级放大链基准频率振荡器倍频器×M上变频混频器谐波产生器N1F控制器N2FN3F…NkFNiF发射信号至天线f0＝(Ni＋M)F触发脉冲fr＝F/nFFMFF相参振荡电压fC＝MF稳定本振电压fL＝NiF2.1.3雷达发射机基本形式图中是采用频率合成技术的主振放大式发射机的原理方框图,图中基准频率振荡器输出的基准信号频率为F。在这里,发射信号(频率f0=NiF+MF)、稳定本振电压(频率fL=NiF)、相参振荡电压(频率fc=MF)和定时器的触发脉冲(重复频率fr=F/n)均由基准信号F经过倍频、分频及频率合成而产生,它们之间有确定的相位相参性,所以这是一个全相参系统。2.1.3雷达发射机基本形式2.1.3雷达发射机基本形式（3）适用于频率捷变雷达频率捷变雷达具有良好的抗干扰能力。这种雷达每个射频脉冲的载频可以在一定的频带内快速跳变，为了保证接收机能正确接收回波信号，要求接收机本振电压的频率fL能与发射信号的载频f0同步跳变。2.1.3雷达发射机基本形式（4）能产生复杂波形主振放大式发射机适用于要求复杂波形的雷达系统。单级振荡式发射机要实现复杂调制比较困难，甚至不可能。对于主振放大式发射机，各种复杂调制可在低电平的波形发生器中形成，而后接的大功率放大器只要有足够的增益和带宽即可。2.1.3雷达发射机基本形式（4）能产生复杂波形能产生复杂波形的主振放大式发射机波形产生器主振放大式发射机收发开关控制与定时器稳频振荡器信号处理器接收机复杂波形发射机输出天线2.1.4固态雷达发射机雷达发射机采用的器件主要有两类：电真空器件和半导体器件。“固态”是相对于常规的电真空器件（电子管）而言，指半导体材料（晶体管），例如“硅”、砷化镓场效应管等。“固态发射机”是由几十个甚至几千个固态发射机模块组成的雷达发射机，“固态发射模块”指多个微波功率器件和微波单片集成电路集成到一起构成一个基本的功能模块。2.1.4固态雷达发射机1.固态发射机特点与微波电子管发射机相比,固态发射机具有如下优点:(1)不需要阴极加热、寿命长。(2)具有很高的可靠性。(3)体积小、重量轻。(4)工作频带宽、效率高。(5)系统设计和运用灵活。(6)维护方便,成本较低。2.1.4固态雷达发射机2.固态发射机输出功率组合方式应用先进的集成电路工艺和微波网络技术，将多个大功率晶体管的输出功率并行组合，可以制成固态高功率放大器模块。固态发射机包括两种典型的输出功率组合方式：一种是集中相加式高功率固态发射机；另一种是分布式（空间合成）发射机。(a)11:n12n1n1:11:n2132n2…输入P＝n2A…A2.1.4固态雷达发射机空间合成方式空间合成的输出结构,主要用于相控阵雷达。由于没有微波功率合成网络的插入损耗,因此输出功率的效率很高。11:n12n1n1:11:n2132n2…输入…n2:1P＝n2A—损耗(b)A集中合成方式2.1.4固态雷达发射机集中合成的输出结构可以单独作为中、小功率雷达发射机辐射源，也可以用于相控阵雷达。由于有微波功率合成网络的插入损耗，它的效率比空间合成输出结构要低些。2.2雷达接收机雷达接受机功能：对雷达天线接收到的微弱信号进行放大、变频、滤波及数字化处理。任务：不失真放大所需的微弱信号，抑制不需要的其他信号（噪声、干扰、杂波等）。从噪声中提取目标回波信息。基本要求：低噪声、大动态、高稳定、较强的抗干扰能力。2.2.1雷达接收机基本组成和工作原理现代雷达接收机一般采用超外差结构，因为这种结构具有灵敏度高、增益高、选择性好和适用性广等优点。超外差式雷达接收机的简化方框图如下图所示。它的主要组成部分是:(1)高频部分,又称为接收机“前端”,包括接收机保护器、低噪声高频放大器、混频器和本机振荡器;(2)中频放大器,包括匹配滤波器;(3)检波器和视频放大器2.2.1雷达接收机基本组成和工作原理典型非相参脉冲雷达的超外差式接收机简化方框图2.2.1雷达接收机基本组成和工作原理2.2.1雷达接收机基本组成和工作原理雷达接收机的基本组成可以分为三部分：接收机前段、中频接收机和频率源。接收机的基本工作原理如下图所示。首先，发射机发出射频信号，用St（t）表示)](2cos[)()(ttftAtStctt发射的射频信号幅度载频相位2.2.1雷达接收机基本组成和工作原理经目标反射后，形成微弱的回波信号，经天线进入接收机，回波信号用SRF（t）表示。)](2cos[)()(ttfftAtSrdcRFRF）（回波信号幅度载频回波相位回波的多普勒频移（1）接收机保护器（射频增益控制）：发射机工作时，使接收机输入端短路，并对大信号限幅保护。2.2.1雷达接收机基本组成和工作原理（2）低噪声高频放大器（射频放大器、射频滤波器）：回波信号首先要经过射频低噪声放大器进行放大，射频滤波器是为了抑制进入接收机的外部干扰。（3）混频器：混频器的作用是将雷达的射频回波信号变换成中频信号SIF（t）。)](2cos[)()(ttfftAtSrdIFIFIF）（中频信号幅度中频回波相位回波的多普勒频移自动频率控制、稳定本机振荡器（本振）：保证本振频率与发射频率差频为中频，实现变频。2.2.1雷达接收机基本组成和工作原理（4）灵敏度时间控制（STC）和自动增益控制（AGC）：是雷达接收机抗饱和、扩展动态范围及保持接收机增益稳定的主要措施。灵敏度时间增益控制(STC)是接收机的增益在发射机发射之后,按R-4规律随时间而增加,以避免近距离的强回波使接收机过载饱和。灵敏度时间控制又称为近程增益控制,可以加到高频放大器和前置中频放大器中。自动增益控制(AGC)是一种反馈技术,用来自动调整接收机的增益,以便在雷达系统跟踪环路中保持适当的增益范围。对于非相参雷达接收机,通常需要采用自动频率微调(AFC)电路,把本机振荡器调谐到比发射频率高或低一个中频的频率。而在相干接收机中,稳定本机振荡器(STALO)的输出是由用来产生发射信号的相干源(频率合成器)提供的。输入的高频信号与稳定本机振荡信号或本机振荡器输出相混频,将信号频率降为中频。信号经过多级中频放大和匹配滤波后,可以对其采用几种处理方法。对于非相干检测,通常采用线性放大器和包络检波器来为检测电路和显示设备提供信息。当要求宽的瞬时动态范围时,可以采用对数放大器—检波器,对数放大器能提供大于80dB的有效动态范围。2.2.1雷达接收机基本组成和工作原理2.2.1雷达接收机基本组成和工作原理对于相干处理,中频放大和中频滤波之后有二种处理方法。第一种方法是经过线性放大器（对数放大器）后进行同步检波,同步检波器输出的同相(I)和正交(Q)的基带多普勒信号提供了回波的振幅信息和相位信息。第二种方法是经过硬限幅放大(幅度恒定)后进行相位检波,此时正交相位检波器只能保2.2.2雷达接收机的主要技术参数1.灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。能接收的信号越微弱,则接收机的灵敏度越高,因而雷达的作用距离就越远。雷达接收机的灵敏度通常用最小可检测信号功率Simin来表示。当接收机的输入信号功率达到Simin时,接收机就能正常接收而在输出端检测出这一信号。如果信号功率低于此值,信号将被淹没在噪声干扰之中,不能被可靠地检测出来。由于雷达接收机的灵敏度受噪声电平的限制,因此要想提高它的灵敏度,就必须尽力减小噪声电平,同时还应使接收机有足够的增益。目前,超外差式雷达接收机的灵敏度一般约为(10-12~10-14)W,保证这个灵敏度所需增益约为106~108(120dB~160dB),这一增益主要由中频放大器来完成。2.2.2雷达接收机的主要技术参数2.接收机的工作频带宽度接收机的工作频带宽度表示接收机的瞬时工作频率范围。在复杂的电子对抗和干扰环境中,要求雷达发射机和接收机具有较宽的工作带宽,例如频率捷变雷达要求接收机的工作频带宽度为(10~20)%。接收机的工作频带宽度主要决定于高频部件(馈线系统、高频放大器和本机振荡器)的性能。需要指出,接收机的工作频带较宽时,必须选择较高的中频,以减少混频器输出的寄生响应对接收机性能的影响。3.动态范围动态范围表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度变化的范围。最小输入信号强度通常取为最小可检测信号功率Simin,允许最大的输入信号强度则根据正常工作的要求而定。当输入信号太强时,接收机将发生饱和而失去放大作用,这种现象称为过载。使接收机开始出现过载时的输入功率与最小可检测功率之比,叫做动态范围。为了保证对强弱信号均能正常接收,要求动态范围大,就需要采取一定措施,例如采用对数放大器、各种增益控制电路等抗干扰措施。2.2.2雷达接收机的主要技术参数2.2.2雷达接收机的主要技术参数接收机中频的选择和滤波特性是接收机的重要质量指标之一。中频的选择与发射波形的特性、接收机的工作带宽以及所能提供的高频部件和中频部件的性能有关。在现代雷达接收机中,中频的选择可以从30MHz到4GHz之间。当需要在中频增加某些信号处理部件,如脉冲压缩滤波器,对数放大器和限幅器等时,从技术实现来说,中频选择在30MHz至500MHz更为合适。对于宽频带工作的接收机,应选择较高的中频,以便使虚假的寄生响应减至最小。4.减小接收机噪声的关键参数是中频的滤波特性,如果中频滤波特性的带宽大于回波信号带宽,则过多的噪声进入接收机。反之,如果