雷达原理雷达接收机ppt课件

第三章雷达接收机1上次课作业1、某雷达发射机峰值功率为800KW，矩形脉冲宽度为3μs，脉冲重复频率为1000Hz，求该发射机的平均功率和工作比？解：重复周期：msTr110001，平均功率：WPav2400100031085工作比：003.010003D上次课作业2、在什么情况下选用主振放大式发射机？在什么情况下选用单级振荡式发射机？解：对发射信号的频率、相位和谱纯度任一参数有较高要求的情况下选用主振放大式发射机，3参数均无较高要求的情况下选用单级振荡式发射机。上次课作业3、用带宽为10Hz的测试设备测得某发射机在距主频1KHz处的分布型寄生输出功率为10μW，信号功率为100mW，求该发射机在距主频1KHz处的频谱纯度。解：dBcKHzL501010000010lg101上次课作业4、画出p6图1.5中同步器、调制器、发射机高放、接收机高放和混频、中放输出信号的基本波形和时间关系。上次课作业5、某放大链末级速调管采用调制阳极脉冲调制器，已知E0=120KV，Eg=70V，C0=100pF，充放电电流I=80A，试画出a,b,c三点的电压波形及电容C0的充电电流ic波形与时间关系图。若重频为600Hz，求G1、G2的平均功率和调制脉冲的上升时间、下降时间。6解：上次课作业上升时间siCEtcs15.08010120000100下降时间siCEEtdgd15.08010120070100G1管平均功率WtfiEsrc4321015.06008060000260G2管平均功率WtfiEEsrdg4321015.06008060035260上次课作业1.雷达接收机的组成和主要质量指标2.接收机的噪声系数和灵敏度3.雷达接收机的高频部分4.接收机的动态范围和增益控制5.自动频率控制（AFC）6.滤波与接收机带宽本章题纲9雷达接收机的组成和主要质量指标一、雷达接收机的组成二、雷达接收机的主要质量指标10一、超外差式雷达接收机的组成雷达接收机的组成雷达接收机任务：不失真的放大所需的微弱信号，抑制不需要的其他信号（噪声、干扰等）。其任务是从噪声背景中提取目标回波信息。主要组成部分是:按照雷达接收机中回波信号的频率变换过程，可以将超外差式雷达接收机划分为高频、中频和视频三部分。高频部分指接收机的微波电路，又称雷达接收机的高端，包括接收机保护电路、低噪声高频放大器、混频器和本机振荡器。中频部分指中频放大器、匹配滤波器、检波器。视频部分为视频放大器等信号频率为视频的电路。第二混频器及相关电路包含在中频放大器中。11图1超外差式雷达接收机简化方框图接收机保护器低噪声高频放大器混频器中频放大器(匹配滤波器)检波器视频放大器至终端设备本振高频部分高频输入优点：灵敏度高、增益高、选择性好、适应性广。雷达接收机的组成121.高频部分：T/R及保护器：发射机工作时，使接收机输入端短路，并对大信号限幅保护。低噪声高放：提高灵敏度，降低接收机噪声系数，热噪声增益。Mixer，LD，AFC（自动频率微调）：保证本振频率与发射频率差频为中频，实现变频。雷达接收机的组成132.中频部分及AGC：匹配滤波：(S/N)omaxAGC（自动增益控制）：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。3.视频部分：检波：包络检波，同步（频）检波（正交两路），相位检波。放大：线形放大，对数放大，动态范围。雷达接收机的组成14低噪声放大器(LowNoiseAmplifier，简称LNA)是射频接收机前端的主要部分。它主要有以下几个特点：1、处于接收机的前端就要求它的噪声系数越小越好。为了抑制后面几级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，为了不使后级器件过载，产生非线性失真它的增益又不能太大。在此放大器在工作频段内应该是绝对稳定的。（一）关于低噪声放大器雷达接收机的组成152、它所接收的信号都很微弱，所以放大器必定是一个小信号放大器。另外由于受传输路径的影响，信号强弱又是变化的，在接收信号的同时又有可能伴随着许多强干扰信号混入，因此要求放大器要有足够的线性范围，而且最好是增益可调。3、低噪声放大器一般是通过传输线直接和天线或天线滤波器相连，放大器的输入端必须和他们有很好的匹配，以达到功率的最大传输或最小的噪声系数。雷达接收机的组成161、噪声系数（NoiseFigure）：输入信号与输出信号的信噪比（SNR）之比。NF=（SNR）in/（SNR）out通常情况下，它是以分贝为单位的。2、增益（Gain）：负载吸收功率与信源资用功率之比。3、带内平坦度（GainFlatness）：通带内最大增益与最小增益的差值。4、驻波比（StandingWaveRatio）：最大电压与最小电压之比。5、输出功率（PowerOut）低噪声放大器的主要指标雷达接收机的组成17具体指标在实际中的应用：在实际应用中，为了有足够的增益，放大器通常是若干级放大管（或模块）级联而成，即由单个的放大管组成一个低噪声放大器。那么，在设计之初这个低噪声的放大器的一些指标就得通过一定公式来计算得到。下面以噪声系数为例，给出级联后的噪声系数的计算公式：1n21n213121GGG1FGG1FG1FFF雷达接收机的组成18（二）射频滤波器射频滤波器在雷达接收机的作用是抑制进入接收机的外部干扰。滤波器的功能及技术指标滤波器功能：对信号在特定频率或频段内的频率分量做加重或衰减处理(保持有用频带、抑制无用频带)。技术指标：工作频率：3dB带宽(相对)、插损带宽(绝对、常用)插入损耗：电阻性损耗及反射损耗带内波纹：插损在带内的波动范围带外抑制：滤波器矩形度的一种描述承受功率：决定了滤波器的实现形式和选材雷达接收机的组成19滤波电路的分类1.按信号性质分类模拟滤波器和数字滤波器2.按所用元件分类无源滤波器和有源滤波器3.按电路功能分类:4.按阶数分类:一阶，二阶…高阶低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器雷达接收机的组成20通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率称为截止频率。低通滤波器电路（LPF），高通滤波器电路（HPF），带通滤波器电路（BPF），带阻滤波器电路（BEF），全通滤波器电路（APF）滤波的要求：不改变(或同等改变)有用频带的幅度特性和相位特性。雷达接收机的组成21通常采用工作衰减LA来描述滤波器的幅值特性。根据衰减特性不同，低通、高通、带通和带阻滤波器的特性如下图。雷达接收机的组成22四种功能滤波器的幅频特性Aup0通带阻带实际理想(a)fHf|Au|低通理想实际阻带通带0fLf(b)|Au|Aup高通理想实际0f(c)|Au|AupfHfLf0带通理想实际0f(d)|Au|AupfHfLf0带阻通带的电压增益截止频率雷达接收机的组成23发射机—上混频器——将已调制中频信号搬移到射频接收机—下混频器——将接收到的射频信号搬移到中频本振信号：tVtvLOLOLOcos)(射频信号：tVvRFRFRFcos相乘得：ttVVvvLORFLORFRFLORFLOcoscos21基本方法：乘法器＋滤波器非线性器件＋滤波器中频滤波器（三）混频器雷达接收机的组成24调幅接收机—混频器的结构框图混频器结构：三个端口——输入信号、本振信号、中频信号非线性器件带通滤波器本地振荡器LvSvIv雷达接收机的组成25时域特性——输出、输入波形相同、载频不同混频本质线性频谱搬移频域特性——输出、输入频谱结构、带宽相同，载频不同混频电路的实现1.乘法器2.非线性器件双极晶体管场效应管二极管为减少组合频率分量工作于线性时变状态雷达接收机的组成261.增益变频增益=输出中频输入射频混频器的主要指标雷达接收机的组成27射频口阻抗中频口阻抗按增益划分混频器有源混频器——增益大于1无源混频器——增益小于1电压增益功率增益RFIFVVVARFIFPPPG两者关系？LSVSRFLIFRFIFPRRARVRVPPG222//雷达接收机的组成282.噪声讨论混频器噪声的意义接收机前端，对系统噪声影响大对射频而言是线性，可用线性网络噪声计算公式混频器的噪声来源电路器件噪声两个输入噪声射频输入本振输入混频器的输出噪声——位于中频段频谱搬移低噪放F1、G1带通滤波器F2、G2混频器F3、G332111211FFFFGGG雷达接收机的组成29混频器的单边噪声和双边噪声——讨论射频噪声的搬移•单边噪声①射频信号位于本振的一边②被搬移到中频的噪声射频信号段镜像频段•双边噪声射频信号位于本振的两边不存在镜像频率（如零中频方案）单边噪声是双边的两倍（高3dB）雷达接收机的组成30有一个射频输入信号fR一个干扰信号fIMG=fR＋2fI，与本振fL混频后可能产生频率相同的中频信号：fL-fR=fI=fIMG-fL产生两个中频信号，由干扰信号所产生的中频信号称为镜频，用fIMG表示。•镜像频率（Images）雷达接收机的组成31输入到混频器的射频信号与镜频干扰信号频谱本振信号频谱混频结果0R)(HILII0L)(H0)(HLRLIL2镜像频率的产生雷达接收机的组成32镜频与接收有用信号关于本振对称！RfLfIMGf预选器频响曲线fIfIfI=455KHz14.0914.54515.000(MHz)f14.0914.54545515RLIIMGfMHzfMHzfkHzfMHz雷达接收机的组成33非线性器件本振中频滤波器RFfIFfIFf3.失真混频——频谱线性搬移——非线性器件——平方项非线性器件——高次方项——产生组合频率——干扰、失真（1）干扰哨声特征：接收机音频出现哨叫混频输入：仅有有用射频RFfIFfF付波道中频主中频付波道中频进入检波（解调）——形成哨叫主中频：LORFIFfff（二次方项）组合频率RFLOpfqfnpq（次方项）雷达接收机的组成34（2）寄生通道干扰非线性器件本振中频滤波器RFfIFfIFf主中频：LORFIFfff干扰信号与本振的组合频率LOmqfpfIFf寄生通道干扰最主要的寄生通道干扰1,0pq②镜像频率干扰IFLOmfffRFfLOfmf特征：输入伴有干扰信号mf1,1pq变换能力与主中频一样2npq①中频干扰IFmff直通不需要混频变换能力最强雷达接收机的组成35变换能力：由非线性器件的4次方引起③靠得最近的干扰（半中频干扰）RFfLOf2RFLOmfffLOmqfpf2,2qp22222LORFLOmLOIFffffff4npqmf0IFf三种比较主要的寄生通道干扰——见图雷达接收机的组成36（3）互调失真非线性器件本振中频滤波器RFfIFfIFf特征：输入端伴有多个干扰信号1mf2mf但是当组合频率11()mmRFrfsff每个干扰和本振混频1LOmIFqfpff2LOmIFqfpff由非线性器件的次方项产生1nrsIFLOmmffsfrf)(11互调干扰称三阶互调——3sr4n满足RFmmfff212或RFmmfff122雷达接收机的组成374.线性范围问题:混频是一种非线性功能，为什么有“线性”指标？混频射频本振中频混频器的非线性——输出、输入频率不同混频器的线性——输出中频幅度输入射频幅度成正比线性指标变频增益下降1-dB时相应的输入（或输出）功率值（1）1-dB压缩点雷达接收机的组成38（2）三阶互调截点混频射频本振中频1RFf2RFfRFf输入信号有用信号RFf1RFf2RFf干扰信号（设输入信号幅度相同）互调信号产生的中频12(2)RFRFLOIFffff主中频LORFIFfff幅度相等，三阶截点截点对应的输入、输出雷达接收机的组成39（3）线性动态范围定