1、 现代雷达新技术第二章第二章第二讲雷达发射机雷达系统组成雷达系统组成基本单元：基本单元：天线 收发转换开关 发射机发射机 接收机 信号处理器 显示器 概述概述1主要质量指标主要质量指标2典型发射机典型发射机3小结小结4概述概述1主要质量指标主要质量指标2典型发射机典型发射机3小结小结4概述概述 定义发射特定的大功率无线电信号，为雷达提供载波受到调制的大功率射频信号,经馈线和收发开关,由天线辐射出去。特点：体积大；重量重；成本高；消耗功率大为何发射机功率如此之大？雷达距离4次方与发射功率、天线孔径成正比。发展史发展史 伴随着二次世界大战初出现的第一批搜索雷达的应用而诞生。(真空三极管发射机，工作
2、频率限于VHF和UHF)速调管、磁控管、行波管等微波电子管的相继应用，使雷达发射机在微波频段获得大发展 微波单片集成电路（MMIC）和优化设计的微波网络技术，将多个微波功率器件、低噪声接收器件等组合成固态发射模块，逐步代替微波电子管发射机。概述概述 功能 根据预设的时序和波形产生所需功率的射频信号 发射机分类：单级震荡式：在脉冲调制器控制下产生高频脉冲直接馈送到天线，非相参 主振放大式：高稳频综为基准，低功率电平产生激励，多级放大馈送天线，相参概述概述 相参性(Coherent)震荡信号的相位之间存在确定性关系(非随机)具有相位相参性的多个信号统称相参信号概述概述 全相参信号 固态频率源提供发
3、射信号频率fRF,本振信号频率 fL，中频相干振荡频率fCOHO，定时触发脉冲fr，时钟频率fCLK，这些信号频率受高稳定的基准源控制，他们之间有确定的相位关系，为全相参信号。全相参系统 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个基准信号提供，则这些信号之间保持相位相参性，该系统称为全相参系统 通常来自于同一基准信号(如频率综合器)概述概述 相参发射机 相继射频脉冲间具有固定的相位关系，即射频信号相位相参 非相参发射机 相继射频脉冲的相位随机，即射频信号相位不相参概述概述1主要质量指标主要质量指标2典型发射机典型发射机3小结小结4主要质量指标主要质量指标 工作频
4、率(波长)与雷达用途有关 分辨率：波长减小，分辨率提高 作用距离：大气衰减 目标特性：尺寸、杂波环境1GHz以下：微波三、四极管,1GHz以上：多腔磁控管、大功率速调管、行波管以及前向波管等。主要质量指标主要质量指标 输出功率 定义：发射机送至天线输入端的功率 或 指定负载上(馈线上特定电压驻波比)的功率 脉冲雷达：峰值功率、平均功率、占空比峰值功率：脉冲发射期间射频震荡的平均功率峰值功率：脉冲发射期间射频震荡的平均功率决定了发射机采用的电压与脉冲宽度共同决定了发射脉冲传输的总能量主要质量指标主要质量指标平均功率：脉冲重复周期内的平均功率平均功率：脉冲重复周期内的平均功率 决定雷达可探测距离的
5、关键因素决定雷达可探测距离的关键因素主要质量指标主要质量指标主要质量指标主要质量指标主要质量指标主要质量指标 发射机效率主要质量指标主要质量指标 信号形式主要质量指标主要质量指标 信号形式主要质量指标主要质量指标信号实例信号实例1：简单脉冲信号：简单脉冲信号载波频率固定的矩形脉冲信号，无调制，也可称常载频或点频信号。主要质量指标主要质量指标信号实例信号实例2：线性调频信号：线性调频信号LFM：大时宽带宽信号，解决了普通信号中平均功率与距离分辨率之间的矛盾，发射峰值功率小。最大优点在于抗多普勒干扰。主要质量指标主要质量指标信号实例信号实例3：相位编码信号：相位编码信号 码字的随机性对信号进行扩频
6、，降低了单位频带内的信号能量，提高了距离和多普勒分辨。主要质量指标主要质量指标 信号的稳定度或频谱纯度 稳定度：信号的各项参数（振幅、频率、脉宽及重频等）是否随时间作不应有的变化 频谱纯度：雷达信号在应有的信号频谱之外的寄生输出 规律性规律性随机性随机性 电源滤波不稳发射管噪声机械振动调制脉冲的随机起伏离散型寄生输出分布型寄生输出信号参数不稳定信号参数不稳定主要质量指标主要质量指标 信号的稳定度或频谱纯度相对振幅Tr1fsinff01f0f01204060801000123信号的第一谱线离 散 型寄生输出分布型寄生输出fm/kHz/(dB/Hz)04概述概述1主要质量指标主要质量指标2典型发射
7、机典型发射机3小结小结4典型发射机典型发射机单级震荡式单级震荡式发射机发射机优点优点：简单、经济、轻便缺点缺点：频率稳定度差、难以形成复杂波形、相位不相参典型发射机典型发射机单级震荡单级震荡式发射机式发射机组成框图组成框图预调器调制器振荡器发射机定时器显示器接收机天线开关天线控制系统电源、控制、保护电路(b)(c)(a)(d)天线典型发射机典型发射机单级震荡单级震荡式发射机式发射机触发脉冲0Trt(a)t预调脉冲0(b)调制脉冲(c)射频脉冲tt00(d)各级波形各级波形典型发射机典型发射机主振放大式主振放大式发射机发射机优点优点：高频率稳定度、可以实现复杂波形、相位相参、频率捷变缺点缺点：结
8、构复杂，效率低固 体微波源中间射频功率放大器输出射频功率放大器脉冲调制器脉冲调制器脉冲调制器定时器主控振荡器射频放大链电 源触发脉冲至天线典型发射机典型发射机主振放大式发射机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N2FN3FNkFNiF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 NiF采用频率合成技术的主振放大式发射机采用频率合成技术的主振放大式发射机 频率捷变频率捷变雷达，抗雷达，抗干扰干扰本振电压频率与发射信号频率同步跳变。发射信号频率f0可在N1F+MF、N2
9、F+MF NKF+MF之间跳变本振频率fL相应在N1F、N2F NKF之间同步跳变。两者之间严格保存固定差频MF,保证回波正确接收。典型发射机典型发射机波 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主振放大式发射机主振放大式发射机能产生复杂波形的主振放大式发射机能产生复杂波形的主振放大式发射机 满足多功能、满足多功能、高性能雷达高性能雷达要求要求典型发射机典型发射机 固态发射机固态发射机通常由几十个甚至几千个固态发射模块组成，应用先进的微波单片集成电路（MMIC）和优化设计的微波网络技术，可将多个微波功率器件、低噪声接收器等组合成固态发射模
10、块或固态收发模块。采用大功率微波晶体管、固态高功率放大器模块 逐步替代常规微波电子管发射机 优点：寿命长、可靠性高、体积小、重量轻、工作频带宽、效率高、系统设计和应用灵活、维护方便、成本较低 平均功率大，峰值功率受限，使用于高占空比雷达，如连续波雷达 在UHFL波段发展较快概述概述1主要质量指标主要质量指标2典型发射机典型发射机3小结小结4小结小结 几个基本概念 相参性与相参发射机 发射机功率(峰值功率、平均功率、占空比)信号关键参数(载频、脉宽、重复频率、信号形式)发射机主要质量指标 发射频率 发射机功率 发射机效率 信号形式 频谱纯度小结小结 典型典型发射机发射机在脉冲调制器控制下产生高在脉冲调制器控制下产生高频脉冲直接馈送到天线频脉冲直接馈送到天线优点：简单、经济、轻便优点：简单、经济、轻便缺点：频率稳定度差、难以缺点：频率稳定度差、难以形成复杂波形、相位不相参形成复杂波形、相位不相参高稳频综为高稳频综为基准，低功率基准，低功率电平产生激励，多级放大电平产生激励，多级放大馈送天线馈送天线优点：优点：高高频率稳定度，频率稳定度，可实现复杂可实现复杂波形波形、相、相参参、频率捷变频率捷变缺点：结构复杂，效率低缺点：结构复杂，效率低单级震荡式单级震荡式主振放大式主振放大式
