1、了解气象雷达基础知识；了解气象雷达基础知识；理解雷达收发电路的基本工作原理；理解雷达收发电路的基本工作原理；理解雷达天线的基础知识；理解雷达天线的基础知识；了解显示器的基本工作原理；了解显示器的基本工作原理；课时分配课时分配2学时学时第一节第一节 气象雷达基础；气象雷达基础；第二节第二节 雷达收发电路的基本工作原理；雷达收发电路的基本工作原理；第三节第三节 雷达天线基础雷达天线基础；第四节第四节 显示器的基本工作原理显示器的基本工作原理；v一、气象雷达的基本功用及工作概况一、气象雷达的基本功用及工作概况 基本功用：基本功用：机载气象雷达用于在飞行中实时探测前方航路上瞬息万机载气象雷达用于在飞行
2、中实时探测前方航路上瞬息万变的气象状况，是保证飞行安全的重要机载电子设备之一；变的气象状况，是保证飞行安全的重要机载电子设备之一；工作方式工作方式:气象气象气象与湍流气象与湍流地图地图v （一）雷达对气象目标及其它空中障碍物的探测（一）雷达对气象目标及其它空中障碍物的探测 .雷达对气象目标的探测雷达对气象目标的探测图图6-1 雷达所提供的气象雷达所提供的气象目标显示图像目标显示图像O O：代表飞机的位置：代表飞机的位置 OAOA：代表飞机纵轴线的延长线：代表飞机纵轴线的延长线 弧形亮线弧形亮线:代表不同距离的距离标志代表不同距离的距离标志圈，在距离标志圈的一端显示由该圈圈，在距离标志圈的一端显
3、示由该圈所代表的距离（海里）数所代表的距离（海里）数 O O点出发的明亮射线：代表方位线，点出发的明亮射线：代表方位线，可以判读目标相对于飞机纵轴的方位可以判读目标相对于飞机纵轴的方位 机载气象雷达通过不断扫掠的机载气象雷达通过不断扫掠的天线天线向飞机前方及其两侧扇区向飞机前方及其两侧扇区辐射功率强大的辐射功率强大的雷达脉冲信号雷达脉冲信号，同时接收由降雨区等含水气象目，同时接收由降雨区等含水气象目标所产生的标所产生的雷达回波雷达回波。回波信号在雷达接收机和显示器中经过复。回波信号在雷达接收机和显示器中经过复杂的处理，最终以杂的处理，最终以光信号光信号明亮的目标图像的形式在显示器上明亮的目标图
4、像的形式在显示器上显现出来。显现出来。2.2.气象雷达对其它空中目标和障碍物的探测气象雷达对其它空中目标和障碍物的探测 对云雾、雪花等不能有效对云雾、雪花等不能有效 探测，对晴空湍流也不能检测探测，对晴空湍流也不能检测 气象雷达的这一特性，对在恶劣气象条件下和夜间飞行的飞气象雷达的这一特性，对在恶劣气象条件下和夜间飞行的飞机，以及在地形复杂地区飞行的飞机来说，具有特别重要的意义。机，以及在地形复杂地区飞行的飞机来说，具有特别重要的意义。但是，必须强调指出，但是，必须强调指出，决决不能把气象雷达作为防撞引导不能把气象雷达作为防撞引导设备来应用设备来应用。机载气象雷达机载气象雷达除了能发现和探测空
5、中气象目标外，还能有效除了能发现和探测空中气象目标外，还能有效地发现和探测航路上的山峰、相遇飞机等目标。这些目标也能和地发现和探测航路上的山峰、相遇飞机等目标。这些目标也能和降雨区等气象目标一样，有效地反射雷达电波。降雨区等气象目标一样，有效地反射雷达电波。v（二）气象雷达的地形观察功能（二）气象雷达的地形观察功能把雷达波束指向地面时，利用地表不同地物对雷达电波反射把雷达波束指向地面时，利用地表不同地物对雷达电波反射特性的差异，可以在雷达显示器上显示出飞机前下方扇区内特性的差异，可以在雷达显示器上显示出飞机前下方扇区内的地表特征的图像，这就是气象雷达工作于的地表特征的图像，这就是气象雷达工作于
6、“地图地图”方式时方式时的的地形观察功能地形观察功能。当雷达电波投射到大地表面时，不同地表特征便形成了强弱当雷达电波投射到大地表面时，不同地表特征便形成了强弱差别明显的差别明显的雷达回波雷达回波。根据雷达回波的这一特性，气象雷达。根据雷达回波的这一特性，气象雷达便可在显示器上显示出地表特征的平面位置分布图形来。便可在显示器上显示出地表特征的平面位置分布图形来。图图6-2图图6-26-2是雷达工作于地图方式时是雷达工作于地图方式时的显示画面，画面清晰地显示出海的显示画面，画面清晰地显示出海岸线、湖泊（箭头岸线、湖泊（箭头2 2）及较宽的河）及较宽的河流（箭头流（箭头1 1）的轮廓线。飞行员利）的
7、轮廓线。飞行员利用这种地貌特征的平面位置图形，用这种地貌特征的平面位置图形，可以方便地判断出飞机的位置。可以方便地判断出飞机的位置。v二、雷达的基本组成二、雷达的基本组成图图6-3 机载气象雷达系统机载气象雷达系统 机载气象雷达的基本组件为机载气象雷达的基本组件为雷达收发组雷达收发组、雷达天线雷达天线、显显示器示器、控制盒控制盒和和波导系统波导系统。机载气象雷达还需由垂直陀螺提。机载气象雷达还需由垂直陀螺提供倾斜和俯仰稳定信号，倾斜和俯仰信号可以由单独的垂直供倾斜和俯仰稳定信号，倾斜和俯仰信号可以由单独的垂直陀螺组件提供，也可由惯性基准系统提供。图陀螺组件提供，也可由惯性基准系统提供。图6 6
8、3 3是由一部是由一部雷达收发组、一部显示控制器、天线及波导组成的气象雷达雷达收发组、一部显示控制器、天线及波导组成的气象雷达方块图。方块图。v（一）雷达收发组（一）雷达收发组 结构：由结构：由雷达发射机雷达发射机和和雷达接收机雷达接收机两部分基本电路组成两部分基本电路组成 作用：雷达发射机用于产生强力的、周期性的微波脉冲信号作用：雷达发射机用于产生强力的、周期性的微波脉冲信号 雷达接收机用于接收和处理由天线接收的雷达回波信号雷达接收机用于接收和处理由天线接收的雷达回波信号 机载气象雷达的工作频率为机载气象雷达的工作频率为93339333，93459345或或9375MHz9375MHz。这一
9、波。这一波段属于波段。段属于波段。由于雷达的工作波长仅为由于雷达的工作波长仅为3.2c3.2c，所以雷达发，所以雷达发射电路及接收电路中的高频部分是由各种微波器件组成的射电路及接收电路中的高频部分是由各种微波器件组成的 雷达收发组总是安装在尽量靠近天线的位置，例如前设备舱雷达收发组总是安装在尽量靠近天线的位置，例如前设备舱或机鼻罩内，以尽可能缩短连接波导的长度。或机鼻罩内，以尽可能缩短连接波导的长度。v（二）雷达天线组（二）雷达天线组 种类：气象雷达所使用的天线有种类：气象雷达所使用的天线有平板型天线平板型天线和和抛物面天线抛物面天线作用：把发射机所产生的强力脉冲信号形成很窄的雷达波束作用：把
10、发射机所产生的强力脉冲信号形成很窄的雷达波束辐射到空中，并接收由雷达目标反射回来的回波信号辐射到空中，并接收由雷达目标反射回来的回波信号。特点：雷达天线的一个显著特点是需要进行特点：雷达天线的一个显著特点是需要进行复杂的运动复杂的运动。除。除了要自动地进行周期性的往复扫掠了要自动地进行周期性的往复扫掠方位扫掠外，还需要自方位扫掠外，还需要自动进行天线的倾斜俯仰修正运动。动进行天线的倾斜俯仰修正运动。雷达天线组安装在飞机雷达罩（机鼻罩）内的密封舱前隔板雷达天线组安装在飞机雷达罩（机鼻罩）内的密封舱前隔板上。上。雷达罩用于保护雷达天线，保持飞机的流线型外形。雷达罩雷达罩用于保护雷达天线，保持飞机的
11、流线型外形。雷达罩是用非金属材料制成的，应能保证电磁波的顺利穿透。是用非金属材料制成的，应能保证电磁波的顺利穿透。v（三）显示器与控制盒（三）显示器与控制盒彩色显示器在显示气象目标时通常用彩色显示器在显示气象目标时通常用绿、黄、红以及紫红色绿、黄、红以及紫红色来表示强度逐渐增大的降水区。来表示强度逐渐增大的降水区。其所显示的目标图像的亮度与其所显示的目标图像的亮度与目标的距离、面积、降雨率无关目标的距离、面积、降雨率无关在显示地面目标时，通常用蓝绿色、黄色、紫红色来代表反在显示地面目标时，通常用蓝绿色、黄色、紫红色来代表反射强度不同的地面目标。黑白雷达显示器则用明亮程度的不同射强度不同的地面目
12、标。黑白雷达显示器则用明亮程度的不同来反映目标反射特性的强弱。来反映目标反射特性的强弱。黑白雷达显示器则用明亮程度的不同来反映目标反射特性的黑白雷达显示器则用明亮程度的不同来反映目标反射特性的强弱。强弱。v（四）波导系统（四）波导系统 作用：用于实现雷达收发组和天线之间的射频能量的传输。作用：用于实现雷达收发组和天线之间的射频能量的传输。特点：由于雷达信号是频率极高的微波信号，所以不能用一特点：由于雷达信号是频率极高的微波信号，所以不能用一般无线电设备所用的同轴电缆来传输，只能用封闭的波导系统般无线电设备所用的同轴电缆来传输，只能用封闭的波导系统传送。发射机产生的功率强大的雷达发射信号，通过波
13、导系统传送。发射机产生的功率强大的雷达发射信号，通过波导系统传送给天线，辐射到空中去；同一部天线所接收的雷达回波信传送给天线，辐射到空中去；同一部天线所接收的雷达回波信号，也是经过同一波导系统传送给雷达收发组中的接收机的。号，也是经过同一波导系统传送给雷达收发组中的接收机的。结构：由结构：由刚性波导刚性波导和和软波导软波导组成。在有的气象雷达的波导系组成。在有的气象雷达的波导系统中，还装设有一个波导开关和等效负载。统中，还装设有一个波导开关和等效负载。v三、气象雷达的基本工作原理三、气象雷达的基本工作原理（一）气象雷达对目标的探测（一）气象雷达对目标的探测1 1目标对雷达信号的反射目标对雷达信
14、号的反射 机载气象雷达之所以选择频率为机载气象雷达之所以选择频率为930093009400MHZ9400MHZ范围内的范围内的波段的信号，其基本原因之一就是因为雨区及其它空中降水气波段的信号，其基本原因之一就是因为雨区及其它空中降水气象目标能够对这一波段的信号产生有效的反射。象目标能够对这一波段的信号产生有效的反射。不同气象目标对雷达信号的反射程度不同气象目标对雷达信号的反射程度,还与它们还与它们本身的含水本身的含水密度及状态等有关密度及状态等有关 气象雷达所辐射的是能量集中在极短时间内的射频脉冲信号。气象雷达所辐射的是能量集中在极短时间内的射频脉冲信号。采用脉冲发射信号，可以有效地探测和区分
15、空中的气象目标。采用脉冲发射信号，可以有效地探测和区分空中的气象目标。2 2回波信号的接收回波信号的接收 雷达的接收机和发射机是共用一部雷达天线工作的。信号的雷达的接收机和发射机是共用一部雷达天线工作的。信号的发射与回波信号的接收过程交替进行。雷达发射机在极短时间中发射与回波信号的接收过程交替进行。雷达发射机在极短时间中产生的功率强大的脉冲信号，通过天线辐射出去。在这短短的几产生的功率强大的脉冲信号，通过天线辐射出去。在这短短的几微秒内，雷达接收机的输入端是关闭的，不与天线连通。雷达发微秒内，雷达接收机的输入端是关闭的，不与天线连通。雷达发射过程结束后，雷达工作于接收状态，此时天线与接收机输入
16、端射过程结束后，雷达工作于接收状态，此时天线与接收机输入端相连接，不同距离处目标所产生的回波信号由天线接收而加至接相连接，不同距离处目标所产生的回波信号由天线接收而加至接收机进行复杂的处理。收机进行复杂的处理。雷达工作在接收状态的时间远远大于它的发射时间，几乎等雷达工作在接收状态的时间远远大于它的发射时间，几乎等于脉冲的周期，一般为于脉冲的周期，一般为2000200080008000。在这段接收时间中，距离飞。在这段接收时间中，距离飞机约机约400 n mile400 n mile范围内的明显气象目标所产生的回波信号，都能范围内的明显气象目标所产生的回波信号，都能够被雷达所接收。够被雷达所接收
17、。3 3天线波束及其扫掠天线波束及其扫掠 雷达发射机所产生的脉冲射频信号，由雷达天线汇聚成束后向雷达发射机所产生的脉冲射频信号，由雷达天线汇聚成束后向空中某一方向辐射出去。空中某一方向辐射出去。在某一瞬间，雷达天线指向空间某一方向，此时，我们可以简在某一瞬间，雷达天线指向空间某一方向，此时，我们可以简单认为只有在这一方向的目标才会被雷达波束照射到，从而产生单认为只有在这一方向的目标才会被雷达波束照射到，从而产生相应的回波信号而被雷达所探测；其它方位的目标，由于不可能相应的回波信号而被雷达所探测；其它方位的目标，由于不可能被雷达信号照射到，所以在这一瞬间是不会产生回波而被雷达探被雷达信号照射到，
18、所以在这一瞬间是不会产生回波而被雷达探测到。测到。为了探测飞机航路前方及其左右两侧为了探测飞机航路前方及其左右两侧的气象情况，气象雷达天线在一定范围的气象情况，气象雷达天线在一定范围内进行内进行往复方位扫掠往复方位扫掠。通过天线的周期。通过天线的周期性方位扫掠，雷达就可以探测这一方位性方位扫掠，雷达就可以探测这一方位范围内被波束所依次照射到的目标。范围内被波束所依次照射到的目标。气气象雷达对目标的上述探测过程如左图象雷达对目标的上述探测过程如左图v（二）气象雷达对目标距离的测定（二）气象雷达对目标距离的测定雷达天线所辐射的电磁波是以光速雷达天线所辐射的电磁波是以光速c c在空中向前传播的。在气
19、象在空中向前传播的。在气象雷达中，通过度量所接收到的目标回波信号与发射脉冲之间的时雷达中，通过度量所接收到的目标回波信号与发射脉冲之间的时间间隔，就可以确定间间隔，就可以确定目标相对于飞机的距离目标相对于飞机的距离。设目标的距离为设目标的距离为R R，则信号往返于飞机与该目标之间所需的时，则信号往返于飞机与该目标之间所需的时间间t t为：为：例如例如，对于距离为，对于距离为1km1km的目标来说，信号往返所需的时间为的目标来说，信号往返所需的时间为6.676.67s s。这样，对于距离为。这样，对于距离为10km10km，100km100km的目标来说，回波信号的目标来说，回波信号相对于发射脉
20、冲的时间延迟就是相对于发射脉冲的时间延迟就是66.766.7，667667s。同样，对于距离为。同样，对于距离为1n mile1n mile的目标，其回波延迟为的目标，其回波延迟为12.3612.36；10n mile10n mile，100n mile100n mile处的处的目标则为目标则为123.6123.6和和12361236s，以此类推，以此类推。cRt2v（三）雷达显示目标方位的基本原理（三）雷达显示目标方位的基本原理前已说明，由于雷达天线所形成的辐射波束是宽度很窄的圆锥前已说明，由于雷达天线所形成的辐射波束是宽度很窄的圆锥形波束，因而可以认为形波束，因而可以认为当天线指向某一方位
21、时只有该方位的目标当天线指向某一方位时只有该方位的目标回波才能被雷达所接收回波才能被雷达所接收。基于这一事实，只要把。基于这一事实，只要把接收到回波信号接收到回波信号时的天线方位值正确地传送到显示器中去时的天线方位值正确地传送到显示器中去，使回波图像显示在荧，使回波图像显示在荧光屏上的对应方位，光屏上的对应方位，就能正确地显现出该目标的实际方位。就能正确地显现出该目标的实际方位。在模拟式的机载气象雷达中，是利用在模拟式的机载气象雷达中，是利用同步器或旋转变压器同步器或旋转变压器一一类机电式同步系统来实现上述目的的。在现代数字式气象雷达中，类机电式同步系统来实现上述目的的。在现代数字式气象雷达中
22、，实现上述显示目标方位的过程和电路要复杂得多，但其基本思想实现上述显示目标方位的过程和电路要复杂得多，但其基本思想则是一致的。则是一致的。v四、雷达信号及其基本参数四、雷达信号及其基本参数气象雷达发射机所产生的雷达发射信号，是一种工作频率在气象雷达发射机所产生的雷达发射信号，是一种工作频率在930093009400MHz9400MHz之间的周期性脉冲射频信号，如下图所示。之间的周期性脉冲射频信号，如下图所示。在雷达短暂的发射期内，雷达在雷达短暂的发射期内，雷达发射机产生发射机产生功率很大的等幅正弦功率很大的等幅正弦振荡振荡，形成包络形状为矩形的周，形成包络形状为矩形的周期性脉冲发射信号；在两次
23、发射期性脉冲发射信号；在两次发射脉冲的间隔期内，脉冲的间隔期内，接收机接收来接收机接收来自由不同距离的目标所反射回来自由不同距离的目标所反射回来的回波信号的回波信号。回波信号的幅度远远小于发射回波信号的幅度远远小于发射信号，在时间上延迟于发射脉冲信号，在时间上延迟于发射脉冲一定的时间，但其一定的时间，但其频率仍可认为频率仍可认为与发射信号相同与发射信号相同。1 1工作频率工作频率 雷达的工作频率即雷达发射信号的频率。工作频率也可以称雷达的工作频率即雷达发射信号的频率。工作频率也可以称为射频频率，通常用为射频频率，通常用 来表示。来表示。气象雷达的气象雷达的工作频率是固定的，工作频率是固定的，通
24、常在通常在9300930094009400范范围内选择，例如围内选择，例如9333MHZ9333MHZ，9345MHZ9345MHZ，9375MHZ9375MHZ。只有少数气象雷达。只有少数气象雷达的工作频率为波段的的工作频率为波段的5440MHZ5440MHZ。0f2 2脉冲重复周期或脉冲重复频率脉冲重复周期或脉冲重复频率 雷达发射机所产生的周期性脉冲射频信号的重复频率称为雷达发射机所产生的周期性脉冲射频信号的重复频率称为雷达的雷达的脉冲重复频率，常记为脉冲重复频率，常记为PRFPRF。有时，也习惯用。有时，也习惯用脉冲重复周脉冲重复周期期PRTPRT来表示雷达脉冲信号的发射间隔时间。脉冲重
25、复周期是周来表示雷达脉冲信号的发射间隔时间。脉冲重复周期是周期性脉冲信号相邻两个脉冲之间的间隔时间，应从脉冲的前沿期性脉冲信号相邻两个脉冲之间的间隔时间，应从脉冲的前沿测量到下一个脉冲的前沿时刻，如图所示。测量到下一个脉冲的前沿时刻，如图所示。3 3脉冲宽度脉冲宽度 通常所定义的通常所定义的脉冲宽度脉冲宽度，指高，指高频脉冲包络半功率点（频脉冲包络半功率点（0.7070.707电压点）电压点）之间或前后沿之间或前后沿0.50.5点之间的时间间隔。点之间的时间间隔。在需要进一步说明脉冲波形的特性时，在需要进一步说明脉冲波形的特性时，则以脉冲最大值的则以脉冲最大值的10%10%处的时间间隔为处的时
26、间间隔为脉冲底部宽度；脉冲最大值的脉冲底部宽度；脉冲最大值的9090处处的间隔为脉冲顶部宽度。的间隔为脉冲顶部宽度。4 4脉冲功率与平均功率脉冲功率与平均功率雷达发射机在脉冲期间所输出的信号功率称为雷达发射机在脉冲期间所输出的信号功率称为脉冲功率脉冲功率，常用，常用符号符号 来表示。脉冲功率是决定雷达探测范围的主要因素之一。来表示。脉冲功率是决定雷达探测范围的主要因素之一。提高脉冲功率，所发射的信号能量增大，远距离目标所产生的回提高脉冲功率，所发射的信号能量增大，远距离目标所产生的回波信号能量也相应增大，因而能够增大雷达的探测范围。波信号能量也相应增大，因而能够增大雷达的探测范围。机载气象雷达
27、的脉冲功率为机载气象雷达的脉冲功率为100100瓦至几十千瓦瓦至几十千瓦。旧式雷达的功。旧式雷达的功率较大，通常为几十千瓦。率较大，通常为几十千瓦。新式雷达在探测范围相同的情况下，新式雷达在探测范围相同的情况下，发射功率远低于旧式雷达发射功率远低于旧式雷达。平均功率平均功率指在整个发射周期中雷达发射信号的功率，常用指在整个发射周期中雷达发射信号的功率，常用 表表示。气象雷达的平均功率从示。气象雷达的平均功率从1 1瓦左右到几十瓦不等。瓦左右到几十瓦不等。0PtP5 5占空比占空比 脉冲占空比也叫脉冲占空系数或脉冲工作比，脉冲占空比也叫脉冲占空系数或脉冲工作比，占空比等于占空比等于脉冲宽度与脉冲
28、重复周期的比值脉冲宽度与脉冲重复周期的比值，即脉冲宽度与脉冲重复频率的，即脉冲宽度与脉冲重复频率的乘积。乘积。v五、气象雷达的工作方式五、气象雷达的工作方式（一）气象方式（一）气象方式气象方式是机载气象雷达最基本的工作方式。气象方式是机载气象雷达最基本的工作方式。气象方式在苏式气象方式在苏式雷达中称为雷达中称为“障碍物障碍物”方式。方式。雷达工作于气象方式时，显示器上所呈现的是空中气象目标及雷达工作于气象方式时，显示器上所呈现的是空中气象目标及其它目标的平面位置分布图形。此时，天线波束在飞机前方及左其它目标的平面位置分布图形。此时，天线波束在飞机前方及左右两侧的扇形区域内往复扫掠，以探测飞机航
29、路前方扇形平面中右两侧的扇形区域内往复扫掠，以探测飞机航路前方扇形平面中的气象目标，通常是飞机所处的飞行高度层中的目标。的气象目标，通常是飞机所处的飞行高度层中的目标。天线所辐天线所辐射的是很窄的锥形波束，俗称射的是很窄的锥形波束，俗称“铅笔波束铅笔波束”。雷达发射机产生周期性射频脉冲信号，经由波导系统输往天线雷达发射机产生周期性射频脉冲信号，经由波导系统输往天线辐射。天线所接收的空中气象目标及其它目标的回波，经由波导辐射。天线所接收的空中气象目标及其它目标的回波，经由波导系统输入到接收机进行放大及其它处理。系统输入到接收机进行放大及其它处理。v（二）地图工作方式（二）地图工作方式 地图方式是
30、各型机载气象雷达所共有的一个基本工作方式，地图方式是各型机载气象雷达所共有的一个基本工作方式，在苏式雷达中称为在苏式雷达中称为“观察观察”方式。方式。雷达以地图方式工作时，呈现在荧光屏上的是飞机前下方雷达以地图方式工作时，呈现在荧光屏上的是飞机前下方地面的地表特征地面的地表特征。在一些旧式气象雷达中，地图方式时的天线。在一些旧式气象雷达中，地图方式时的天线波束形状是不同于气象方式的余割平方波束，俗称为波束形状是不同于气象方式的余割平方波束，俗称为“宽波宽波束束”。这种波束在水平面内仍然是很窄的，其水平波束宽度与。这种波束在水平面内仍然是很窄的，其水平波束宽度与探测空中目标时的窄波束相同；所不同
31、的是探测空中目标时的窄波束相同；所不同的是宽波束的能量在垂宽波束的能量在垂直平面内分布范围较宽直平面内分布范围较宽，向天线电轴前下方约，向天线电轴前下方约3030俯角的范围俯角的范围内辐射。利用这种余割平方波束，就可以照射飞机前下方较宽内辐射。利用这种余割平方波束，就可以照射飞机前下方较宽范围内的地面区域，达到视察地形的目的。范围内的地面区域，达到视察地形的目的。v（三）测试方式（三）测试方式大多数新型机载气象雷达都设置有功能完善的大多数新型机载气象雷达都设置有功能完善的机内测试电路机内测试电路，以对雷达进行快速的性能检查。下图是一种典型的雷达测试图形。以对雷达进行快速的性能检查。下图是一种典
32、型的雷达测试图形。当选择测试方式时，显示器上即显现如图当选择测试方式时，显示器上即显现如图6-76-7所示的彩色测试带及所示的彩色测试带及其它自检信息。其它自检信息。v（四）准备方式（四）准备方式有的气象雷达设置有准备方式，以使发射机中的高频功率振荡有的气象雷达设置有准备方式，以使发射机中的高频功率振荡器及显示器有一定的加温准备时间。准备时间约器及显示器有一定的加温准备时间。准备时间约7070，有的则长，有的则长达达3 34min4min。应用全固态器件的雷达通常不需要设置准备方式。应用全固态器件的雷达通常不需要设置准备方式。在准备方式，发射机不产生射频振荡，因此天线不会辐射电磁在准备方式，发
33、射机不产生射频振荡，因此天线不会辐射电磁能量。能量。v一、电路组成与结构特点一、电路组成与结构特点（一）收发组的功用和组成（一）收发组的功用和组成 各型气象雷达收发组都是由各型气象雷达收发组都是由发射电路发射电路、接收电路接收电路、收发转换收发转换电路电路三部分基本电路及电源供给电路、状态监控电路等组成的，三部分基本电路及电源供给电路、状态监控电路等组成的，如图。除此之外，通常还把控制天线稳定的电路设置在收发组中如图。除此之外，通常还把控制天线稳定的电路设置在收发组中。发射机电路发射机电路 作用作用:用于产生功率强大的周期性脉冲射频信号。它所产生的用于产生功率强大的周期性脉冲射频信号。它所产生
34、的发射信号经由收发转换开关输出，通过波导系统传送到天线上辐发射信号经由收发转换开关输出，通过波导系统传送到天线上辐射射。接收处理电路接收处理电路 作用作用:用于对天线所接收的微弱的回波信号进行放大及其它处用于对天线所接收的微弱的回波信号进行放大及其它处理，产生视频回波信号或相应的视频信息输送给显示器理，产生视频回波信号或相应的视频信息输送给显示器。收发转换电路收发转换电路 作用作用:能自行完成雷达天线及波导系统与发射机或接收机之间能自行完成雷达天线及波导系统与发射机或接收机之间的良好连接，并使接收端与发射端互相隔离。的良好连接，并使接收端与发射端互相隔离。电源供给电路电源供给电路 输入的电源通
35、常由收发组内的电源供给电路转换为各种不同输入的电源通常由收发组内的电源供给电路转换为各种不同的直流稳定电压，供给收发组内的各部分电路，以及雷达系统的的直流稳定电压，供给收发组内的各部分电路，以及雷达系统的其它组件。其它组件。监控电路监控电路特点特点:在高电压、大功率的状态下工作在高电压、大功率的状态下工作 作用作用:主要用于监控发射机振荡器、调制器、高压电源等电路主要用于监控发射机振荡器、调制器、高压电源等电路 的工作状况。的工作状况。天线稳定放大电路天线稳定放大电路 这一部分电路的工作原理将在天线一节中予以说明。这一部分电路的工作原理将在天线一节中予以说明。（二）收发组电路的结构特点（二）收
36、发组电路的结构特点 分类分类:可以分为高频部分与中、低频部分可以分为高频部分与中、低频部分 特点特点:高频率高频率:雷达信号为波段的微波信号。雷达信号为波段的微波信号。大功率大功率:收发组中的中、低频电路的工作频率为数十或收发组中的中、低频电路的工作频率为数十或上百兆赫，其电路结构与一般电子设备相似，是由集成器上百兆赫，其电路结构与一般电子设备相似，是由集成器件或分立元件组成的电路板。件或分立元件组成的电路板。（三）两种类型的发射电路（三）两种类型的发射电路1 1单级振荡式发射电路单级振荡式发射电路 发射机中的调制器用于实现对发射机中的调制器用于实现对磁控管振荡器磁控管振荡器的控制，以使磁的控
37、制，以使磁控管振荡器形成的周期性脉冲射频信号的控管振荡器形成的周期性脉冲射频信号的重复周期重复周期、脉冲宽度脉冲宽度、幅度幅度符合要求。符合要求。2 2主振放大式发射电路主振放大式发射电路 雷达所需的雷达所需的发射功率是通过功率放大器发射功率是通过功率放大器保证的。保证的。（四）雷达维护中的一些注意事项（四）雷达维护中的一些注意事项散热问题散热问题 雷达收发组设置有专用的冷却风扇，以利于散热。有的收发雷达收发组设置有专用的冷却风扇，以利于散热。有的收发组面板上装有超温指示器。组面板上装有超温指示器。防磁防磁 使用磁控管的雷达收发组的磁控管外装有磁性很强的永久磁使用磁控管的雷达收发组的磁控管外装
38、有磁性很强的永久磁铁工作中应注意避免影响它们的磁性，也要防止其它器具被磁化。铁工作中应注意避免影响它们的磁性，也要防止其它器具被磁化。电磁辐射及其它电磁辐射及其它 雷达所辐射的微波波束能量集中。这种微波有害人体健康。雷达所辐射的微波波束能量集中。这种微波有害人体健康。v二、发射电路的基本工作原理二、发射电路的基本工作原理（一）磁控管振荡器（一）磁控管振荡器 1 1磁控管的构造磁控管的构造 磁控管是一种特殊的电真空器件。如下图是典型的磁控管磁控管是一种特殊的电真空器件。如下图是典型的磁控管的外形图。由图可见，它是由的外形图。由图可见，它是由阳极及阳极散热片、阴极、灯丝阳极及阳极散热片、阴极、灯丝
39、和外加永久磁铁等几部分组成的。和外加永久磁铁等几部分组成的。阳极及阳极槽孔阳极及阳极槽孔:用纯铜制成的圆柱形导体，两端封闭，内用纯铜制成的圆柱形导体，两端封闭，内部抽成高度真空部抽成高度真空;(;(由图可以看到由图可以看到8 8个规则的圆形槽孔个规则的圆形槽孔)槽孔的槽孔的几何形状及尺寸决定了磁控管振荡器的振荡频率几何形状及尺寸决定了磁控管振荡器的振荡频率;控管振荡器控管振荡器不需要外加振荡元件不需要外加振荡元件 阴极与灯丝阴极与灯丝:阴极外表面敷有脉冲阴极外表面敷有脉冲 放射能力很强的氧化放射能力很强的氧化 物物;磁控管阳极磁控管阳极A A和阴和阴 极极K K之间加有极高的之间加有极高的 直
40、流电压直流电压 外加永久磁铁外加永久磁铁:作用在磁控管内部阳极与阴极之间的作用空作用在磁控管内部阳极与阴极之间的作用空间，其方向与管轴平行间，其方向与管轴平行;磁控管内部电子的运动是受外加永久磁控管内部电子的运动是受外加永久磁铁所产生的恒定磁场控制的磁铁所产生的恒定磁场控制的 下图是磁控管的剖面示意图下图是磁控管的剖面示意图,图中以图中以 表示磁场射入纸面。表示磁场射入纸面。永久磁铁的磁性很强，其磁感应强度可达几千高斯。由于在永久磁铁的磁性很强，其磁感应强度可达几千高斯。由于在管内作用空间中，磁场与由阳、阴极之间的直流高压所形成管内作用空间中，磁场与由阳、阴极之间的直流高压所形成的电场互相垂直
41、，所以这类振荡器件称为的电场互相垂直，所以这类振荡器件称为正交型振荡器件正交型振荡器件。正是由于正交的电场与正是由于正交的电场与磁场的共同作用，才使管磁场的共同作用，才使管内电子的运动形成特殊的内电子的运动形成特殊的轨迹，从而产生振荡。轨迹，从而产生振荡。2 2磁控管产生振荡的基本原理磁控管产生振荡的基本原理（1 1）电子在正交电磁场中的运动）电子在正交电磁场中的运动 加热阴极所发出的电子群，在阳极与阴极之间的直流高压加热阴极所发出的电子群，在阳极与阴极之间的直流高压所形成的直流电场的作用下，会被加速而高速飞向阳极。但是，所形成的直流电场的作用下，会被加速而高速飞向阳极。但是，当电子具有一定的
42、速度后，由于受到与其运动方向相垂直的恒当电子具有一定的速度后，由于受到与其运动方向相垂直的恒定磁场的作用，会在磁场力的作用下改变其运动方向，最终使定磁场的作用，会在磁场力的作用下改变其运动方向，最终使电子沿所谓滚轮线而不是沿径线向阳极运动。电子沿所谓滚轮线而不是沿径线向阳极运动。如图所示，如图所示，图中所画的是展图中所画的是展开的部分阳极表面与阴极图形，开的部分阳极表面与阴极图形，图中只画出了三个电子运动的轨图中只画出了三个电子运动的轨迹。迹。（2 2）振荡的产生与维持）振荡的产生与维持 所产生的振荡的频率，主要决定于等效电容和等效电感的数所产生的振荡的频率，主要决定于等效电容和等效电感的数值
43、，即决定于值，即决定于槽孔和槽口的几何形状与尺寸槽孔和槽口的几何形状与尺寸。所建立的交变电磁振荡会延伸到阳极与阴极表面之间的作用所建立的交变电磁振荡会延伸到阳极与阴极表面之间的作用空间。图中表示某一瞬间的交变电场的分布情况。所产生的交变空间。图中表示某一瞬间的交变电场的分布情况。所产生的交变电磁场同样会对后续电子的运动产生影响，最终使管内作用空间电磁场同样会对后续电子的运动产生影响，最终使管内作用空间的的电子群聚成旋转的车轴状的运动电子群聚成旋转的车轴状的运动电子云电子云，不断地从阴极飞向阳极，不断地从阴极飞向阳极，使振荡得以加强和维持。使振荡得以加强和维持。3 3交变电磁能的输出交变电磁能的
44、输出 磁控管内所产生的高频电磁振荡的磁场，集中在槽孔空间内。磁控管内所产生的高频电磁振荡的磁场，集中在槽孔空间内。在阳极某槽孔壁上开孔，装设在阳极某槽孔壁上开孔，装设耦合环耦合环，即可将管内所产生的高频，即可将管内所产生的高频电磁振荡能量耦合到与磁控管输出装置紧连的波导中去。电磁振荡能量耦合到与磁控管输出装置紧连的波导中去。4 4磁控管振荡器的电源电路与振荡的调制磁控管振荡器的电源电路与振荡的调制 从原理上讲，磁控管振荡器的外电路只是它的从原理上讲，磁控管振荡器的外电路只是它的阴极负高压阴极负高压的的供给电路和灯丝电路，十分简单。供给电路和灯丝电路，十分简单。阴极负高压的高压电源电路，实际上是
45、受调制器控制的。阴极负高压的高压电源电路，实际上是受调制器控制的。当当调制管导通时，直流负高压通过调制器加至阴极，磁控管振荡的调制管导通时，直流负高压通过调制器加至阴极，磁控管振荡的条件得到满足，即可产生高频电磁振荡，这就是雷达脉冲信号的条件得到满足，即可产生高频电磁振荡，这就是雷达脉冲信号的作用期间。调制器关闭时，没有直流负高压作用到阴极，磁控管作用期间。调制器关闭时，没有直流负高压作用到阴极，磁控管就停止振荡，这就是雷达发射脉冲之间的接收期就停止振荡，这就是雷达发射脉冲之间的接收期。（二）脉冲调制器（二）脉冲调制器1 1脉冲调制器的基本功用脉冲调制器的基本功用 脉冲调制器脉冲调制器的基本功
46、用是控制脉冲的波形，以形成具有一的基本功用是控制脉冲的波形，以形成具有一定宽度和形状的周期性脉冲射频信号。定宽度和形状的周期性脉冲射频信号。2 2电子开关调制器电子开关调制器 调制器主要是由调制管、储能调制器主要是由调制管、储能元件（电容）、峰化电感、阻尼元件（电容）、峰化电感、阻尼二极管等组成的，见右图。二极管等组成的，见右图。当外加触发脉冲（正极性）加到调制管的控制栅极时，调制当外加触发脉冲（正极性）加到调制管的控制栅极时，调制管导通，储能电容通过导通的调制开关迅速放电，在与磁控管并管导通，储能电容通过导通的调制开关迅速放电，在与磁控管并连的分布电容两端建立起脉冲高压连的分布电容两端建立起
47、脉冲高压作用在磁控管阴极与阳极作用在磁控管阴极与阳极之间的负高压。之间的负高压。当外加触发脉冲消失后，调制管截止，分布电容通过峰化当外加触发脉冲消失后，调制管截止，分布电容通过峰化电电 感迅速放电感迅速放电，加在磁控管两端的直流高压也随之消失，磁控管停，加在磁控管两端的直流高压也随之消失，磁控管停止振荡。止振荡。峰化电感除了作为充、放电的通路外，还可以起到缩短脉冲峰化电感除了作为充、放电的通路外，还可以起到缩短脉冲后沿的作用。后沿的作用。阻尼二极管用于消除脉冲尾部振荡阻尼二极管用于消除脉冲尾部振荡。3 3由可控硅与仿真线组成的调制器由可控硅与仿真线组成的调制器调制器利用可控硅（调制器利用可控硅
48、（SCRSCR）作为）作为 电子开关；利用仿真线（脉冲电子开关；利用仿真线（脉冲 形成网路形成网路PFNPFN）作储能元件并控）作储能元件并控 制脉冲的宽度与波形；利用脉冲制脉冲的宽度与波形；利用脉冲 变压器实现阻抗匹配，升高脉冲变压器实现阻抗匹配，升高脉冲 电压。扼流圈为充电元件。电路电压。扼流圈为充电元件。电路 简图见右图。简图见右图。外加触发脉冲加到可控硅的控制极时，脉冲高压，使磁控管外加触发脉冲加到可控硅的控制极时，脉冲高压，使磁控管振荡器产生射频振荡仿真线放电完毕后，可控硅开关截止，磁振荡器产生射频振荡仿真线放电完毕后，可控硅开关截止，磁控管停止振荡，从而成一定宽度的脉冲射频信号控管
49、停止振荡，从而成一定宽度的脉冲射频信号。（三）主振（三）主振放大式发射电路放大式发射电路右图为一种典型的彩色气象右图为一种典型的彩色气象雷达发射电路的原理方块图雷达发射电路的原理方块图,振荡源利用晶体振荡器产生两振荡源利用晶体振荡器产生两路频率稳定的激励信号输至变路频率稳定的激励信号输至变频器，两路信号的频率分别为频器，两路信号的频率分别为763.88MHz763.88MHz和和13.88MHz13.88MHz。变频器。变频器输出两者的和频的信号，经缓输出两者的和频的信号，经缓冲放大后加至脉冲调制电路。冲放大后加至脉冲调制电路。所形成的周期性脉冲信号的频率远低于发射频率；其信号功率所形成的周期
50、性脉冲信号的频率远低于发射频率；其信号功率同样也远低于发射机的功率要求。同样也远低于发射机的功率要求。信号在功率放大器中进行组合放大；再在功率倍频器中两次倍信号在功率放大器中进行组合放大；再在功率倍频器中两次倍频组合，最后形成频率频组合，最后形成频率9333MHz9333MHz的功率符合要求的周期性脉冲射频的功率符合要求的周期性脉冲射频信号。信号。v三、收发转换电路三、收发转换电路（一）收发转换开关（一）收发转换开关收发转换开关应能满足两方面的要求收发转换开关应能满足两方面的要求:机载气象雷达所使用的机载气象雷达所使用的收发开关是由波导器件组成的环流器。收发开关是由波导器件组成的环流器。环流器
