雷达原理-3-第二章 雷达发射机II
《雷达发射机》课件
通过测量发射信号与接收到的回波信号之间的时间差或相位差， 可以计算出目标与雷达之间的距离或距离变化率，从而实现目标 的探测、跟踪和识别等功能。
雷达发射机分类
特点
具有频率高、稳定性好、寿命长等优点。
波导管
01
02
03
作用
传输高频振荡信号，将磁 控管产生的高频振荡信号 传输到天线部分。
组成
由导电性能良好的金属管 制成，内部传输高频电磁 波。
特点
具有优良的导电性能、高 频率传输能力和良好的机 械强度。
冷却系统
作用
特点
为雷达发射机散热，确保发射机的正 常工作。
02
雷达发射机组成
电源
作用
01
为雷达发射机提供稳定的直流电源，确保发射机的正常工作。
组成
02
包括主电源和备份电源，主电源负责提供主要电能，备份电源
在主电源故障时提供备用电源。
特点
03
具有高稳定性、高效率和长寿命等优点。
调制器
作用
将低频信号调制到高频载波上，形成射频信号，用于雷达探测和目 标识别。
高效率技术
为了降低雷达系统的能耗和提高运行效率，高效率技术也是 雷达发射机的重要发展方向。通过采用先进的调制技术、高 效电源转换技术、热管理技术等手段，提高雷达发射机的能 源利用效率和热设计性能。
多功能化与智能化发展
多功能化
随着雷达应用领域的不断拓展，对雷达 的功能要求也越来越多样化。多功能化 是雷达发射机的重要发展趋势，通过采 用多波束形成技术、信号处理技术、多 模式工作技术等手段，实现雷达发射机 的一机多能，满足不同应用场景的需求 。
雷达的基本工作原理
雷达的基本工作原理
雷达是一种利用电磁波进行探测和测距的设备，其基本工作原理可以分为发射、接收和处理三个步骤。
首先，雷达通过发射器产生一束电磁波。
发射时，雷达通过天线将电磁波传送到空间中。
这些电磁波可以是激光或微波等，具体的频率和波长取决于雷达的用途和工作环境。
接下来，当发射的电磁波遇到一个目标时，一部分电磁波会被目标反射回来。
被反射回来的电磁波会被雷达的接收器检测到。
接收器中的接收天线会接收到这些反射回来的电磁波信号。
随后，接收到的信号会被雷达的接收器放大，并经过滤波和解调等处理步骤。
然后，处理后的信号会被传输给雷达系统的显示器，以展示出目标的位置和其他相关信息。
综上所述，雷达的基本工作原理就是通过发射电磁波，接收并处理目标反射回来的电磁波信号，从而实现目标的探测和测距。
这一原理使雷达在军事、导航、气象和航空等领域起到了重要的作用。
《雷达发射机》课件
目标探测距离与雷达发射机功率的关系
目标探测距离增加
对于较远的目标，需要增加雷达发射机的功率， 以获得足够的回波信号。
目标探测距离减小
对于近距离目标，较低的雷达发射机功率可以 满足需求，避免互干扰。
雷达发射机功率计算方法
雷达功率计算公式
功率（单位：瓦）= 目标回波功率（单位：瓦）/ 探测距离的4次方（单位：米）
1 稳定性高
采用线性功放器的雷达发射机具有较高的稳定性和抗干扰能力。
2 波形质量好
线性功放器能够确保输出波形的准确性和质量，提高雷达性能。
非线性雷达发射机的特点
1 高功率输出
2 波形失真较大
非线性功放器能够实现更高的功率输出， 对于远距离目标探测具有优势。
由于非线性效应，非线性发射机的输出波 形会产生失真，对雷达性能造成影响。
雷达发射机核心组件：功放器介绍
功放器
功放器是雷达发射机中的核心组件，负责将低功率信号放大为足够的高功率信号。
雷达发射机工作频率及频段选择
1 工作频率
根据应用需求选择合适的工作频率，一般包括S波段、C波段、X波段等。
2 频段选择
不同雷达系统需求对应不同频段，如空中监视雷达、陆军雷达等。
雷达发射机波形设计原则
1 波形稳定性
设计稳定的波形以确保雷达性能的准确性和可靠性。
2 形质量
优化波形参数以提高雷达目标探测和跟踪的精度。
雷达发射机信号产生方式
1
直接合成
通过直接合成方式产生复杂信号，灵活性较高。
2
分频合成
通过分频合成方式生成多个频率的信号。
3
调制合成
通过调制与合成技术产生复杂的雷达波形信号。
线性雷达发射机的特点
雷达原理_第二章-雷达发射机
离 散 型 寄生输出
3
4
从图中可以看出，存在两种类型的寄生输出：一类是离散的；另一类 是分布寄生输出，前者相应于信号的规律性不稳定，后者相应于信号 的随机性不稳定。
2:雷达发射机的主要质量指标
•对于离散型寄生输出
主副比 10 lg 离散型寄生谱： 信号谱的最大功率 寄生谱的最大功率
•对于分布型寄生输出
•
AM
•
FM
•
PM PM其实也是频率调制，只是调制时对频率 的控制精度更高,调制电路也较为复杂。
1:雷达发射机的任务和基本组成
• • • 数字调制: ASK FSK
•
•
PSK
OOK
1:雷达发射机的任务和基本组成
二、发射机的分类与组成
•单级振荡式发射机 •主振放大式发射机
1:雷达发射机的任务和基本组成
第二章 雷达发射机
提
纲
1.雷达发射机的任务和基本组成
2.雷达发射机的主要质量指标
3.单级振荡式和主振放大式发射机
4.固态发射机 5.脉冲调制器：提供合适的视频调制脉冲
1:雷达发射机的任务和基本组成
一、发射机的任务 二、发射机的分类与组
1:雷达发射机的任务和基本组成
一、发射机的任务 产生大功率的特定调制的电磁振荡即射频信 号。 对于常见的脉冲雷达，要求发射机产生具有 一定宽度、一定重复频率、一定波形的大功率射
耦合度：耦合端口与输入端口的功率比, 单位用dB。
隔离度：本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功 率之比，单位dB。
1:雷达发射机的任务和基本组成
天线增益（dB）：指天线将发射功率往某一指定方向集 中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上的场强E与
雷达知识点总结
雷达知识点总结1.雷达的工作原理1 雷达测距原理超高频无线电波在空间传播具有等速、直线传播的特性，并且遇到物标有良好的反射现象。
用发射机产生高频无线电脉冲波，用天线向外发射和接收无线电脉冲波，用显示器进行计时、计算、显示物标的距离，并用触发电路产生的触发脉冲使它们同步工作。
2 雷达测方位原理（1）利用超高频无线电波的空间直线传播；（2）雷达天线是一种定向型天线；（3）用方位扫描系统把天线的瞬时位置随时准确地送到显示器，使荧光屏上的扫描线和天线同步旋转，于是物标回波也就按它的实际方位显示在荧光屏上。
雷达基本组成（1）触发电路（Trigger Circuit）（2）作用：每隔一定的时间产生一个作用时间很短的尖脉冲（触发脉冲），分别送到发射机、接收机和显示器，使它们同步工作。
（3）（4）发射机（Transmitter）（5）作用：在触发脉冲的控制下产生一个具有一定宽度的大功率高频的脉冲信号（射频脉冲），经波导馈线送入天线向外发射。
参数：X波段：9300MHz—9500MHz （波长3cm）S波段：2900MHz—3100MHz （波长10cm）（6）天线（Scanner; Antenna）（7）作用：把发射机经波导馈线送来的射频脉冲的能量聚成细束朝一个方向发射出去，同时只接收从该方向的物标反射的回波，并再经波导馈线送入接收机。
参数：顺时针匀速旋转，转速：15—30r/min（8）（9）接收机（Receiver）作用：将天线接收到的超高频回波信号放大，变频（变成中频）后，再放大、检波，变成显示器可以显示的视频回波信号。
（5）收发开关（T-R Switch）作用：在发射时自动关闭接收机入口，让大功率射频脉冲只送到天线向外辐射而不进入接收机；在发射结束后，能自动接通接收机通路让微弱的回波信号顺利进入接收机，同时关闭发射机通路。
（6）显示器（Display）作用：传统的PPI显示器在触发脉冲的控制下产生一条径向的距离扫描线，用来计时、计算物标回波的距离，同时这条扫描线由方位扫描系统带动天线同步旋转。
自激振荡式雷达发射机原理
自激振荡式雷达发射机原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：自激振荡式雷达发射机原理雷达技术是一种利用电磁波进行探测和定位的技术，在军事、民用领域都有着广泛的应用。
雷达的核心部件之一就是发射机，它负责产生并发射出一定频率和功率的电磁波信号。
自激振荡式雷达发射机是一种常见的雷达发射机类型，其原理复杂但却十分重要。
自激振荡式雷达发射机通过激励一个被放大器所放大的信号来产生自激振荡。
自激振荡是指在无外部激励的情况下，电路器件自身就能产生并保持振荡的一种现象。
在雷达发射机中，自激振荡是指由被放大器的反馈带来的振荡。
下面将详细介绍自激振荡式雷达发射机的工作原理。
需要了解被放大器的作用。
被放大器是一个放大电磁波信号的器件，比如微波管、晶体管等。
在雷达发射机中，被放大器通常与反馈回路连接在一起，以实现自激振荡。
当输入信号进入到被放大器时，被放大器会增大这个信号，并将其输出。
输出信号中的一部分会经过反馈回路返回到被放大器的输入端，这就形成了一个反馈回路。
在自激振荡式雷达发射机中，反馈回路的设计十分重要。
合适的反馈回路可以实现稳定的振荡，确保发射信号频率和功率的稳定性。
一般来说，反馈回路设计的关键在于选择合适的元件以及调整它们的参数，比如电容和电阻的数值。
通过不断的实验和调试，可以找到最佳的反馈回路设计。
需要考虑信号的输出。
当自激振荡发生时，被放大器会不断地放大信号并输出。
输出信号会被送到天线中，最终转换成电磁波信号发送出去。
这些电磁波信号会沿着一定的路径传播，并被接收接收天线接收。
通过对接收到的信号进行处理和分析，就可以获取目标物体的信息，比如距离、速度等。
自激振荡式雷达发射机是一种重要的雷达发射机类型，通过反馈回路实现自激振荡，产生并发射出电磁波信号。
其工作原理复杂但十分精密，需要合理设计和调试反馈回路，确保稳定的振荡和输出信号。
通过不断的研究和实践，自激振荡式雷达发射机已经被广泛应用于雷达系统中，为军事、民用领域提供了重要的技术支持。
雷达原理(第三版)第-2-章--雷达发射机
频放大管旳选择关系亲密。有关多种微波放大管旳工作原理已
经在“微波电子线路”课程中讨论过, 在此仅从微波管对发射机
性能影响旳角度出发讨论微波管旳选用问题。前面已经提到, 当
雷达工作频率在1000MHz
, 一般选用直线电子注微波管
( O型管)和正交场型微波管(M型管)作为发射机旳射频放大管。
在表2.2中我们对高功率脉冲工作旳O型管和分布发射式旳M型管
表 2.1 雷达旳常用信号形式
第2章 雷达发射机
Tr
(a)
Tr
0
＋ ＋＋ ＋
－
(b)
＋＋＋ ＋
－
t t
t t
＋＋＋ ＋
－
t
t (c)
图 2.4 三种经典雷达信号和调制波形
第2章 雷达发射机
5 . 信号旳稳定度或频谱纯度
信号旳稳定度是指信号旳各项参数, 例如信号旳振幅、 频率 (或相位)、 脉冲宽度及脉冲反复频率等是否随时间作不应有旳 变化。背面将会分析到, 雷达信号旳任何不稳定都会给雷达整机 性能带来不利旳影响。例如对动目旳显示雷达, 它会造成不应有 旳系统对消剩余, 在脉冲压缩系统中会造成目旳旳距离旁瓣以及 在脉冲多卜勒系统中会造成假目旳等。信号参数旳不稳定可分 为规律性旳与随机性旳两类, 规律性旳不稳定往往是由电源滤波 不良、机械震动等原因引起旳, 而随机性旳不稳定则是由发射管 旳噪声和调制脉冲旳随机起伏所引起旳。
在同一频段、一样峰值功率和平均功率电平下旳各项主要性能
进行了比较。在1000 MHz下列用得较多旳是微波三、 四极管(栅
控管), 在表2.3中列出了它们旳主要性能。
第2章 雷达发射机 表2.2 高功率脉冲工作旳O型管和分布发射式M型管旳性能比较
雷达原理第2章雷达发射机
雷达原理第2章雷达发射机雷达发射机是雷达系统的核心组成部分，主要负责产生雷达信号并将其发射出去。
本章将介绍雷达发射机的工作原理及其主要组成部分。
雷达发射机的主要任务是通过发射出的脉冲信号来检测目标并获取目标信息。
脉冲信号的发射过程一般分为两个阶段：调制和功放。
调制是指将雷达信号与相关的调制信号相乘，从而得到具有特定特征的脉冲信号。
调制信号一般是一个周期性时间信号，根据需要可以选择不同的调制方式，常见的有连续波调制、脉冲调制和相位调制等。
调制过程实际上就是对高频载波信号进行幅度、频率或相位的调制，目的是为了提高信号的传输效率和抗干扰能力。
调制完成后，接下来需要将调制后的信号进行功率放大，以便能够将信号发送到目标并接收到目标返回的回波信号。
功放是将调制信号的功率增大的过程。
为了达到足够大的功率，一般会采用射频功率管或半导体功放器来提供足够的增益。
功放器的选择需要根据雷达系统的功率要求和频率范围来确定。
除了调制和功放，雷达发射机还需要考虑其他因素，如发射机的频率稳定性、调制信号的带宽、功放器的线性度等。
频率稳定性是指雷达信号的频率变化幅度，对于雷达系统的测量精度和距离分辨率都有着重要的影响。
调制信号的带宽决定了雷达发射信号的分辨率和抗干扰能力。
功放器的线性度决定了输出信号的失真程度，对于雷达系统的距离测量和目标识别都有着重要的影响。
综上所述，雷达发射机是雷达系统中非常重要的一个组成部分，它负责产生和放大雷达信号，并将信号发送到目标上，以便对目标进行探测和测量。
在设计雷达系统时，需要根据具体的应用需求选择适当的调制方式、功放器和其他相关参数，以保证雷达系统在不同环境下能够正常工作。
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(T/R) 1
假 负 载
1 2
典型的L波段相控阵发射/接收模块
36
2. 在全固态化高可靠性雷达中的应用
＋ 33.5 电平 增益(损耗) － 0.7 dB 65 射频 输入 转换 开关 66 转换 开关 ＋ 19.2 dB － 19.2 dB 1 1:8 (8) 组 合 器
…
＋ 32.8
＋ 52.0
雷达原理
2
Tr 大功率射 频振荡器 至天线
Tr 定时信号 脉冲调制器
Tr
电 源
3
相位全相参信号（动目标检测-杂波抑制）
高稳频（动目标检测-杂波抑制）
复杂信号波形（测距精度与测速精度矛盾 -LFM-MF成像） 宽带捷变频（抗干扰） 全固态有源相控阵（多功能）
4
输出信号功率(至馈线)
阴极脉冲调制器 调制阳极脉冲调制器 栅极脉冲调制器
E R1 C
充电元件 V1
储能电容
电感
V3
V2 磁控管
刚性开关管
L
二极管 C
0
－ Eg
刚性开关阴极调制器的典型线路
44
E
R1
C V3 V1 V2
无
入：-Eg使V1止
L C0
+E经R1、L对C充电至 UCmax≈+E
来
：使V1通，“K”闭合 C经V1向V2放电，产生
30
31
1 1 2
A
输入
1: n1
2
n1:1
1: n2
3 P＝n2A
n1
…
n2
…
(a)
(a) 空间合成方式
1 1 2 A
输入
1: n1
2
n1:1
1: n2
3
n2:1 P＝n2A—损耗
n1
(b) 集中合成输出结构
32
…
n2
…
(b )
砷化镓(GaAs)基片 线性放大器 低噪声放大器 饱和放大器 有源开关
高可靠性 体积小 重量轻 机动性好
L波段高可靠性全固态化发射机
37
3. 在连续波体制对空监视雷达系统中的应用
工作频率为217 MHz
2592× 320 W 320 W× 144 144 个发射模块 … 320 W× 144 144 个发射模块 …
总平均功率为830 kW
合成的有效辐射功率高达98 dBW 发射机的效率为52.6 %（电子管26.4%） 平均无故障间隔时间已超过100000h 整个发射系统的可靠性为0.9998
雷达要求对所跟踪的目标进行多普勒测速, 所以必须用主振放大式发射机, 其
主振器(固体微波源)的输出功率为20 mW、 脉冲宽度为4μ s的射频脉冲。
25
固体微波源的输出功率=20mW 输出脉冲功率为=2.5 MW 带宽为1%？ 精密跟踪雷达
2.5 106 G 10lg 81dB 3 20 10
特性：
τ
w s
T
T
很小 很大
脉冲孔度比
T
脉冲调制器-用于脉冲工作方式雷达发射机 -提供大功率视频调制脉冲
充电元件 储能元件 (电容器或 人工线)
电源 部分
调制开关 (刚性的或 软性的)
耦合元件 (脉冲变压器)
射 频 发生器
K → “1”充电储能 K→“2”放电、放能
储能元件与振荡器“并联”， 限制器兼作充电限流元件。
1.8 kW 6 个模块 … 18 路输出
1.8 kW 6 个模块
高效率 低损耗 高可靠性 低电压（28V-18*50KW） 体积小 重量轻 维护方便
末前级激励 2× 3 20 W 功率
激励级 3 20 W 功率
38
39
任务： 在
控制下产生负极性特高压、矩形调制脉冲。
周期性 脉冲工作比
34
1. 2. 3.
成本低 高可靠性 一致性好
4. 5. 6.
成品率高 尺寸小 重量轻
35
1. 在相控阵雷达中的应用
功率放大器 1 5
射频综合网络
射频 信号
预放大器 7 移相器 T/R开关
2
环行器
硅双极晶体管
3 6 4 低噪声 放大器 限幅器 T/R开关
至天线
移相器
(T/R) 2 控 制 信 号 移相 逻辑 T/R 逻辑
du/dt=I0/C线性变化, 此速率取决于接通管和截尾管的电流I与脉
冲宽度的大小无关, 故适合于宽脉冲和高工作比。 ③ 浮动板调制器形成的脉冲具有比较平坦的平顶, 不存在 顶峰, 因为O型管接通时直接跨在电子注电源的两端, 并且接通 管处在饱和开关状态, 只有很小的管压降, 其栅极激励电压的变 化对O型管的电子注电流只有二阶的影响。
＋ 32.8
＋ 69.8
＋ 68.5(dBmW)
＋ 19 dB 150 W
－ 0.93 dB
前置预放大器 功率分配器
150 W 1:8 (1) 组 合 器
功率合成器
8:1 (8) 组 合 器
…
150 W 2
…
8:1 (1) 8 kW射频输出 组 合 器 至监控器
150 W 64
前置预放大器 至控制器面板
直流运用结构
21
22
1) 行波管-行波管式放大链
少级数 高增益 结构较为简单 输出功率低 效率较
机载雷达 轻型雷达
2) 行波管-速调管式放大链
输出功率高 增益效率高 频带较窄 设备笨重
首级高增益 次级低增益 次级高效率 次级高功率 宽频带 体积小 重量轻
0 预调脉冲
Tr
t
(a)
显示器
接收机
0 调制脉冲 0
(b)
t t
天线控 制系统
(c) 射频脉冲 0 (d) t
10
触发脉冲 fr＝F/ n
分频器 ÷n F 基准频率 振 荡 器 F 倍频器 ×M MF 上变频 混频器 NiF 控 制 器
触发脉冲
调制器
多 级 放大链
发射信号至天线
发射信号频率 相参振荡
天线控 制系统
14
15
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
体积小 重量轻 工作电压低 相位稳定性好 相位特性线性度好 成本低 对负载失配容限大
1. 单级增益较低 2. 要求级数多 3. 频带窄
16
1. 宽频带 2. 大功率
17
1. 2. 3. 4. 5. 6.
高增益 大功率 多注宽带宽 高效率 体积下 重量轻
流较小, 主要是在脉冲前后沿期内给分布电容 C0提供充放电电
流, 因而调制管的 主要也就取决于分布电容 C0中的储 能和脉冲重复频率fr。其表达式为
1 Pa C0u 2 f r 2
式中, Pa为调制管的功率损耗; u为电子注电压; fr为脉冲重复频 率。
47
② 浮动板调制器形成的调制脉冲 , 其前沿和后沿按速率
1. 单注带宽窄
18
1. 宽频带 2. 大功率
1. 高增益 2. 大功率 1. 单注带宽窄
1. 宽频带 2. 大功率
19
1. 2. 3. 4. 5.
工作电压低 效率高 体积小 重量轻 成本低
1. 频率稳定度差 2. 不相参 3. 简单波形
20
1. 长寿命
3. 波形好 4. 效率高 5. 瞬时带宽宽 7. 结构简单 8. 体积小 9. 重量轻 1. 增益低 2. 动态范围小
一致性好 尺寸小 重量轻
电阻 电容 电感 二极管 传输线
33
发射功率放大器
发射端口 A A A
环行器
天线
T/R
1 2 3 4 5
T/R
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱT/R
低噪声接收放大器
接收端口 A A A 限幅器
T/R控制 控制数据输入 控制处理 偏置控制
高集成度 高可靠性 多功能
前沿触发 0 0 后沿触发 － 偏 压 ＋ 后沿触发 0 偏 压 与 激励电路 V2 R C0 V1 偏 压 与 激励电路 ＋ 浮动板 － E
－ Eg
结束：V1又止，C又由+Ea充电。
调制阳极脉冲调制器一般也要提供全部电子注电压 , 但由于调制阳极截获的电流 很小, 因而它主要在脉冲的起始和结束时给分布电容充电和放电提供较大的电流。
前沿触发 0 0 后沿触发 V1 偏 压 与 激励电路
V1是接通管，V2是截尾管 O型管 无脉冲时，V1和V2都截至，O型 管调制阳极和阴极负偏压，电子注 电流截止 有前沿脉冲时，V1导通，调制阳 极与阴极正偏，电子注不截止 后沿脉冲时，V2导通，V1截止， 调制阳极与阴极再次反偏，电子注 截止
K→“1”：电源以“细水长流”方式。如同水库平时储水； 以小功率，长时间储能在“储能元件”内； K→“2”；以大功率，短时间放能到负载（磁控管）“振 荡器”；
以“长时间”换取大功 率，所得增益为S。
储能元件：电容、电感、仿真线（由电感电容构成）；
限制器：限流电阻、扼流圈； 调制开关：电子管、 闸流管、 磁开关、可控硅
地面雷达
3) 行波管-前向波管放大链
机动雷达 相控阵雷达 机载雷达
23
1000MHz以下（VHF、UHF）-真空（微波）三、四极管
在1000 MHz以上（UHF、L、S、C、X）-磁控管、 大功率
速调管、行波管以及前向波管等。
S波段（C、X波段）-固态放大器
24
某精密跟踪雷达用的发射机, 工作在C波段, 要求输出脉冲功率为2.5 MW, 1 dB带宽为1%, 射频脉冲宽度为0.8μ s(前沿宽度不大于0.1~0.5μ s, 后沿宽度 不大于0.15~0.2μ s), 脉冲重复频率可在600~800 Hz的范围内以三种不同的 值跳变。