雷达原理与系统(第二讲 雷达发射机)
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《雷达发射机》课件
调制后的射频信号经过功率放大器进行放大，达到足够的功率后 ，通过天线辐射到空间中。当信号遇到目标时，一部分信号会反 射回来，并被雷达接收机接收和处理。
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 。
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 。
《雷达发射机》PPT课件 (2)
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• 前后沿越陡，测距精度和距离分辨力越高； • 矩形脉冲顶部越平坦，脉冲持续期中的发射
功率和频率越稳定。
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12
5．发射脉冲频谱
• 发射脉冲频谱就是组成射频脉冲信号的所有频 率成分的能量分布。矩形射频脉冲的理想频谱 如图1—2—5所示。由图可见：大部分发射能 量集中在f。±1／ τ 的频带内。为保持原来 的脉冲波形，接收机通频带宽度至少不能小于 2／τ 。对发射脉冲频谱通常要求谱线稳定、 对称；旁瓣的最大值不大于主瓣最大值的25％。
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3
2．调制器
• 调制器的作用:
• 是在预调制脉冲或触发脉冲的作用下产 生一个具有一定宽度、一定幅度(约1万 伏特)的负极性高压矩形脉冲(调制脉冲) 加给磁控管的阴极。
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4
3．磁控管振荡器
• 磁控管振荡器是一种被调制大功率超高 频振荡器，它在调制脉冲的控制下产生 宽度与调制脉冲相同的大功率超高频振 荡脉冲(射频脉冲)经波导送天线向外辐射。 触发脉冲及发射机各级波形的时间关系 如图l一2—4所示。
• 峰值功率是指在脉冲期间的射频振荡的平均功率，一般较 大，船用雷达的峰值功率在3 kW～75 kW之内。
• 平均功率是指在脉冲重复周期内输出功率的平均值，因此， 数值很小。它们之间的关系为：
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11
4．脉冲波形
• 这里指的是发射脉冲的波形，即发射脉冲的 包络形状。
• 波形越接近矩形越好。在相同的脉冲宽度下， 越接近矩形，能量越大，作用距离越远；
• 另外，为了安全及便于高压与机壳间绝缘。磁 控管的阳极接地(接机壳)．而把负极性调制脉 冲接到阴极上。
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20
《雷达原理与系统》课件
气象观测
雷达在气象领域用于降水监测 、风场测量等方面，为气象预 报和灾害预警提供重要数据支
持。
CHAPTER 02
雷达系统组成
发射机
功能
产生射频信号，通过天线 辐射到空间。
组成
振荡器、放大器、调制器 等。
关键技术
高频率、大功率、低噪声 。
接收机
功能
01
接收空间反射回来的回波信号，并进行放大、混频、滤波等处
CHAPTER 04
雷达系统性能参数
雷达的主要性能参数
探测距离
雷达能够探测到的最远距离，通常由发射功 率、天线增益和接收机灵敏度决定。
速度分辨率
雷达区分不同速度目标的能力，通常由信号 处理算法决定。
分辨率
雷达区分两个相邻目标的能力，通常由发射 信号的波形和接收机处理决定。
角度分辨率
雷达区分不同方向目标的能力，通常由天线 设计和接收机处理决定。
距离分辨率
雷达的距离分辨率决定了雷达能够区 分相邻目标的能力，主要受发射信号 的带宽和脉冲宽度等因素影响。
多普勒效应与速度分辨率
多普勒效应
当发射信号与目标之间存在相对运动时，回波信号会产生多 普勒频移，通过测量多普勒频移可以推算出目标的运动速度 。
速度分辨率
雷达的速度分辨率决定了雷达能够区分相邻速度目标详细描述
相控阵雷达利用相位控制方法来改变雷达波束的方向，从而实现快速扫描和跟踪 目标。相比传统机械扫描雷达，相控阵雷达具有更高的扫描速度和抗干扰能力， 能够更好地适应现代战争中高速、高机动目标作战环境。
合成孔径雷达（SAR）
总结词
合成孔径雷达通过在飞行过程中对地面进行多次成像，将各个成像点的信息进 行合成处理，获得高分辨率的地面图像。
雷达在气象领域用于降水监测 、风场测量等方面，为气象预 报和灾害预警提供重要数据支
持。
CHAPTER 02
雷达系统组成
发射机
功能
产生射频信号，通过天线 辐射到空间。
组成
振荡器、放大器、调制器 等。
关键技术
高频率、大功率、低噪声 。
接收机
功能
01
接收空间反射回来的回波信号，并进行放大、混频、滤波等处
CHAPTER 04
雷达系统性能参数
雷达的主要性能参数
探测距离
雷达能够探测到的最远距离，通常由发射功 率、天线增益和接收机灵敏度决定。
速度分辨率
雷达区分不同速度目标的能力，通常由信号 处理算法决定。
分辨率
雷达区分两个相邻目标的能力，通常由发射 信号的波形和接收机处理决定。
角度分辨率
雷达区分不同方向目标的能力，通常由天线 设计和接收机处理决定。
距离分辨率
雷达的距离分辨率决定了雷达能够区 分相邻目标的能力，主要受发射信号 的带宽和脉冲宽度等因素影响。
多普勒效应与速度分辨率
多普勒效应
当发射信号与目标之间存在相对运动时，回波信号会产生多 普勒频移，通过测量多普勒频移可以推算出目标的运动速度 。
速度分辨率
雷达的速度分辨率决定了雷达能够区分相邻速度目标详细描述
相控阵雷达利用相位控制方法来改变雷达波束的方向，从而实现快速扫描和跟踪 目标。相比传统机械扫描雷达，相控阵雷达具有更高的扫描速度和抗干扰能力， 能够更好地适应现代战争中高速、高机动目标作战环境。
合成孔径雷达（SAR）
总结词
合成孔径雷达通过在飞行过程中对地面进行多次成像，将各个成像点的信息进 行合成处理，获得高分辨率的地面图像。
雷达原理【ch02】雷达发射机 培训教学课件
还需要考虑其他有关问题：电波传播受气候条件的影响（吸收、散射和衰减等因素)；雷
达的测试精度、分辨力；雷达的应用环境（地面、机载、舰载或太空应用等）因素；目前
和近期微波功率管的技术水平。
雷达发射机的瞬时带宽是指输出功率变化小于 dB 的作频率范围。通常窄频带发射机
采用三极真空管、四极真空管、速调管和硅双极晶体管。宽带发射机则选用行波管、前向
图(d)出了宽带大功率行波管——前向波管发射机组成框图。这种发射机的特点是行波管
具有宽带、高增益，前向波管具有高功率和高效率。这是一种比较优选的放大链组合，主
要应用于可移动式车载测控雷达和机载预警雷达。
04
PA R T F O U R
真空微波管
雷达发射机
四 、 真空微波管雷达发射机
1.概述
在脉冲雷达中，用于发射机的真空微波管按工作原理可以分为三种：真空微波三极
至下降边幅度0.9A处之间的脉冲持续时间；脉冲上升边宽度 ，
为脉冲上升边幅度0.1A~0.94处之间的持续时间；脉冲下降边宽
度 为脉冲下降边0.9A~0.1A处之间的持续时间；顶部波动为顶
部振铃波形的幅度Au与脉冲幅度4之比；脉冲顶部倾斜为顶部倾
斜幅度与脉冲幅度A之比。上述发射信号检波波形的参数是表示
雷达发射信号的基本参数。
03
PA RT T H R E E
雷达发射机的主要
部件和各种应用
三 、 雷达发射机的主要部件和各种应用
1.概述
现代雷达已被广泛应用于国防、国民经济、航空航天、太空探测等领域。雷达发射机
技术除了应用于雷达外，在导航、电子对抗、遥测、遥控、电离探测、高能加速器、工业
微波加热、医疗设备、仪表设备、高能微波武器等方面都得到了广泛应用。
达的测试精度、分辨力；雷达的应用环境（地面、机载、舰载或太空应用等）因素；目前
和近期微波功率管的技术水平。
雷达发射机的瞬时带宽是指输出功率变化小于 dB 的作频率范围。通常窄频带发射机
采用三极真空管、四极真空管、速调管和硅双极晶体管。宽带发射机则选用行波管、前向
图(d)出了宽带大功率行波管——前向波管发射机组成框图。这种发射机的特点是行波管
具有宽带、高增益，前向波管具有高功率和高效率。这是一种比较优选的放大链组合，主
要应用于可移动式车载测控雷达和机载预警雷达。
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PA R T F O U R
真空微波管
雷达发射机
四 、 真空微波管雷达发射机
1.概述
在脉冲雷达中，用于发射机的真空微波管按工作原理可以分为三种：真空微波三极
至下降边幅度0.9A处之间的脉冲持续时间；脉冲上升边宽度 ，
为脉冲上升边幅度0.1A~0.94处之间的持续时间；脉冲下降边宽
度 为脉冲下降边0.9A~0.1A处之间的持续时间；顶部波动为顶
部振铃波形的幅度Au与脉冲幅度4之比；脉冲顶部倾斜为顶部倾
斜幅度与脉冲幅度A之比。上述发射信号检波波形的参数是表示
雷达发射信号的基本参数。
03
PA RT T H R E E
雷达发射机的主要
部件和各种应用
三 、 雷达发射机的主要部件和各种应用
1.概述
现代雷达已被广泛应用于国防、国民经济、航空航天、太空探测等领域。雷达发射机
技术除了应用于雷达外，在导航、电子对抗、遥测、遥控、电离探测、高能加速器、工业
微波加热、医疗设备、仪表设备、高能微波武器等方面都得到了广泛应用。
雷达系统工作原理详解
雷达系统工作原理详解雷达是一种广泛应用于军事、航空、气象等领域的设备，其工作原理基于电磁波的传播和反射。
本文将详细解释雷达系统的工作原理，并探讨其在不同领域的应用。
一、基本原理雷达系统通过向目标发射脉冲电磁波，并接收目标反射回来的回波来确定目标的位置、距离、速度等信息。
雷达系统由发射机、接收机、天线和信号处理器组成。
1. 发射机发射机产生一系列高频脉冲信号，并通过天线发射出去。
这些脉冲信号的频率通常在微波到毫米波段，具有较高的能量和较短的脉冲宽度。
2. 接收机接收机接收目标反射回来的回波信号，并将其放大和处理，以提取有效的信息。
接收机必须能够有效地区分回波信号和背景噪声，并能够处理不同强度和频率的信号。
3. 天线天线是雷达系统的重要组成部分，它负责发射和接收电磁波。
天线的设计要满足较高的增益和较窄的波束宽度，以便提高目标检测的准确性和精度。
4. 信号处理器信号处理器对接收到的回波信号进行分析和处理，以提取目标的相关信息。
信号处理器可以采用数字信号处理技术，对信号进行滤波、幅度测量、频率分析等操作。
二、工作流程雷达系统的工作流程可分为发射和接收两个主要阶段。
1. 发射阶段在发射阶段，雷达系统通过发射机发射一系列脉冲信号。
这些脉冲信号经过天线发射出去，并传播到目标物体上。
2. 接收阶段目标物体会将部分电磁波回射回雷达系统。
接收机接收到这些回波信号后，通过天线传输到信号处理器。
信号处理器分析回波信号，并提取目标的相关信息。
三、应用领域雷达系统在军事、航空、气象等领域有着广泛的应用。
1. 军事应用军事雷达系统可用于侦察、追踪和指挥控制等。
雷达系统可以用于监测敌方舰艇、飞机和导弹等目标，提供战场情报和目标定位信息。
2. 航空应用航空雷达系统常用于飞行器的导航和避障。
它可以帮助飞行器在恶劣天气条件下准确控制航向，并检测和避免与其他飞行器或地形障碍物的碰撞。
3. 气象应用气象雷达系统可以用于监测天气现象，如降雨、雷暴等。
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
新雷达原理2雷达发射机
倍频器 ×M
谐波 产生器
MF 上变频 混频器
相 参 振荡 电 压
N1F
N iF
fC＝M F
N2F N3F
控
稳 定 本振 电 压
制
器
fL ＝N iF
…
NkF
频率捷变的主振放大发射机
24
25
26
27
28
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31
32
33
34
35
速调管
36
行波管
37
正交场放大器
38
各种射频管的比较
▪ 行波管－速调管
▪ 它的特点是可以提供较大的功率, 在增益和效率方面的性能 也比较好, 但是它的频带较窄, 速调管本身以及要求的附属 设备(如聚焦磁场及冷却和防护设备等), 使放大链较为笨重, 所以这种放大链多用于地面雷达。
▪ 行波－前向波管
▪ 这种放大链频带较宽, 增益较低。体积重量相对不大, 因而 在地面的机动雷达、相控阵雷达(末级通常采用多管输出)以 及某些空载雷达中应用日趋增多。
功放管
阵
65W）
24K功放组件
567个功
率大于
110W
49
➢ 发射机工作频率是由雷达所执行任务来确定的，选择 频率要考虑大气层和各种气候对电波的影响（吸收、发 射、衰减等因素），测量精度和分辨要求以及允许发射 机体积、重量等。
➢ 一般地面对空搜索，远程警戒雷达选用工作频率较低， 精密跟踪测量雷达选用频率较高，一般在C波段 （5.4GHZ-5.9GHZ）。
中 80年代末 美 80年代初
美 80年代中
主要技术参数
类型
工作频率
输出功率
C波段 常值2.5兆瓦 平均6KW
《雷达原理与系统》PPT课件
W
G 发射天线增益
倍
Ar 接收天线有效面积（孔径）m2
工作波长 m
目标的雷达截面积 m2
R 雷达与目标之间的距离 m
Pr min 接收机灵敏度 W
未考虑因素：大气衰减与路径（多精径选，课件曲p率pt），目标特性与起伏
9
1.1 雷达的任务
举例：
某雷达发射脉冲功率为200KW，收发天线增益为30dB，波长0.1m，抗研究所 2014年2月
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1
主要内容
1、绪论
2、雷达发射机
3、雷达接收机
4、雷达终端显示器与录取设备
5、雷达作用距离
6、目标距离的测量
7、目标角度的测量
8、目标速度的测量
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2
主要内容
9、连续波雷达 10、脉冲多普勒雷达 11、相控阵雷达 12、数字阵列雷达 13、脉冲压缩雷达 14、双基地雷达 15、合成孔径雷达
收发信号载波频率的差（多卜勒频率）
举例：
fd
ttrt2Vr
2t
tr 2R0Vrt c
频率为10GHz的雷达，当目标径向速度为300m/s时，其多卜勒频率为
c f3 1 1 18 0 H m 0 0/s z0 .0m 3 ,fd2 0 3 .0m m 0 3 /s 0 2K 0Hz
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8
灵敏度为-110dBm，不考虑大气损耗等，试求其对=1m2目标的最大作用
距离
1
Rm
ax
2
105 1032 0.12
4 3 1014
1
4
1
2 1023
4 3
4
100.786km
精选课件ppt
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3
2015/3/12
雷达发射机的基本组成
两种类型的雷达发射机：
单级振荡式 大功率射频信号直接由一级大功率振荡器产生 主振放大式 多级组成，功能分两类： 主控振荡器：产生射频信号 射频放大链：放大射频信号
4
2015/3/12
单级振荡式发射机
优点： 简单、经济、轻便
缺点： 频率稳定度差、难以形成复杂波形、相位不相参
+
+ + + + +式
11
2015/3/12
发射机的主要指标
工作频率（频段）、带宽
与雷达用途有关 工作在S波段以下的发射机大多选用全固态发射机 工作在C、X波段及以上大功率发射机仍以真空管为主 随着砷化镓场效应管（ GaAs FET ）制造技术的发展， 使C、X波段的全固态发射机成为可能 瞬时带宽：
瞬时带宽 > 信号带宽
占空比 or 雷达工作比
功率： 几毫瓦 ～ 几太瓦
9
2015/3/12
发射机的主要指标
发射机效率
定义：
发射机输出高频功率 发射机输入功率（供电，包括冷却用电）
连续波雷达发射机效率： 20～30％ 优于
通常峰值功率越高、占空比越小，效率越低 效率比较：
脉冲雷达发射机效率
速调管、行波管发射机
磁控管、前向波放大管发射机 分布式全固态发射机
第二章 雷达发射机
脉冲雷达基本组成框图
发射机 收发开关
同步器
接收机 伺服 信号处理
Chain Home
显示
控制
2
2015/3/12
雷达发射机的功能
功能：产生所需的某功率电平的射频信号
提供了一个载波受到调制的大功率射频信号
幅度调制 连续波；脉冲（脉宽，重复频率） 频率调制 频率分集、频率编码 、LFM、频率捷变 相位调制 随机相位 、相位相参 、相位编码
频带内输出功率的变化应小于 1 dB
瞬时带宽的要求决定放大管的类型
窄带：选用三极管、四极管、速调管等 宽带：行波管、前向波管、行波速调管、 GaAs FET等
8
2015/3/12
发射机的主要指标
输出功率
峰值功率、平均功率、占空比
发射信号
Tr
P t P ave Tr
D
Tr
5
2015/3/12
主振放大式发射机
优点：频率稳定度高、可以形成复杂波形、相位相参、适于频率捷变
缺点：结构复杂，效率低
6
2015/3/12
高性能发射机的要求
发射信号必须是相参的
发射信号脉间必须是高稳定的 具备发射多种复杂波形的能力 抗干扰的能力
采用宽带发射机（>10%） 捷变频工作方式
7
2015/3/12