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
理想各向同性天线均匀辐射场场强E0相比，以功率密度
频脉冲列。
1:雷达发射机的任务和基本组成
射频信号_补充1
射频（Radio Frequency，RF）：是指该频率的载波功率 能通过天线发射出去，以交变的电磁场形式在自由空间 以光速传播，碰到不同介质时传播速率发生变化，也会 发生电磁波反射、折射、绕射、穿透等，引起各种损耗。 噪声系数：一般定义为输出信噪比与输入信噪比的比 值，实际使用中化为分贝来计算。单位用dB。
触发脉冲 0 Tr (a) 预调脉冲 t
0 (b)
t
调制脉冲 0
t (c)
射频脉冲
0
t
(d)
3、单级振荡式和主振放大式发射机
（四）各部分电路功用
（1）电源：供给交、直流电能。
（2）射频振荡器：把直流电源转变为射频振荡
的电能（能量转换器）。
•米波—超短波三极管；
•分米波—微波三极管或磁控管； •厘米波—多腔磁控管。
1:雷达发射机的任务和基本组成
•主振放大式发射机
主振放大式（主控振荡器加上射频放大链）：先产生小功率的CW
（Continuous Wave）振荡，再分多级进行调制和放大。
固体微波源产生 如下五种频率： 1、射频发射信号 频率 f RF ； 2、本振信号频率 f L1 f L 2 ； 3、中频相干振荡 频率 f COHO ； 4、定时触发脉冲 频率 f r ； 5、时钟频率 f CLK ；
2.信号的频谱纯度
——雷达信号在应有信号频谱之外的寄生输出。
频谱纯度为稳定度在频域中的表示。
信号参数的不稳定可分为规律性的与随机性的两类, 规律性的不稳定 往往是由电源滤波不良、机械震动等原因引起的, 而随机性的不稳定 则是由发射管的噪声和调制脉冲的随机起伏所引起的。
2:雷达发射机的主要质量指标
相 对 振 幅 sin f f
输出和输入的功率比
输入发射机的总平均功率
三、总效率
2:雷达发射机的主要质量指标
发射信号的形式
四、信号形式
工作比： Tr
雷达的常用信号形式
2:雷达发射机的主要质量指标
三种典型雷达信号形式和调制波形

t Tr t (a)
固定载频矩形脉冲调制信号

线性调频信号
Tr
t
子脉冲宽度
0
＋ ＋＋ ＋
－
增加的倍数定义为增益。Ga=E2/ E02 天线方向图：是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范
围。方向图宽度一般是指主瓣宽度即从最大值下降一半时
两点所张的夹角。 E面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图； H面方向图指与磁场平行的平面内辐射方向图。 一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高。
1:雷达发射机的任务和基本组成
功率单位简介_补充2
• 绝对功率的dB表示 射频信号的绝对功率常用dBm、dBW表示，它与 mW、W的换算关系如下： 例如：信号功率为x W，利用dBm表示时其大小为：
X 1000(m ) W p(dBm) 10lg 1(mW)
X (W ) p(dBW) 10 lg 1(W )
一、单级振荡式发射机
（一）特点 （二）组成
（三）波形
（四）各部分电路功用
3、单级振荡式和主振放大式发射机
（一）特点
•大功率射频振荡器做末级 优点：简单、经济、比较轻便。
缺点：
•频率稳定度较差（一般10-4—10-5）；
•难以形成复杂的波形；
•相继射频脉冲不相参。
3、单级振荡式和主振放大式发射机
（二）组成
分布型寄生谱：
谱纯度L( f m ) 10 lg
距主频f max处单边带B内功率 B * 信号功率
2:雷达发射机的主要质量指标
• 例1： 某型机载脉冲雷达的峰值功率Pt=10kW,使用 两种PRF, fr1=10kHz, fr1=30kHz,如果平均发射功率 Pav为常数并等于1500W时，每种PRF的脉冲宽度是
• 天线增益 天线增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天线相对
于无方向天线的功率能量密度之比，dBd是指相对
于半波振子Dipole 的功率能量密度之比，半波振子 的增益为2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi。
1:雷达发射机的任务和基本组成
信号调制_补充4
• 什么叫调制?
调制是将需要传输的信息编码和处理，使其适合传输 的过程。一般的调制过程是指将基带信号搬移到更高 的频带内。
输出信号频率
• 工作频率
与器件的关系 1GHZ以下：微波三极管，微波四极管，晶体管。 1GHZ以上：磁控管，行波管，速调管，晶体管。 频率越高，功率越低。
与功率的关系
与系统的关系
频率越高，天线尺寸越小，大气衰减越大。
2:雷达发射机的主要质量指标
发射机送入天线输入端的功率
二、输出功率
平均功率 峰值功率 单位时间内发出的功率能量Pav ，脉冲重复周 期内的输出平均功率。 脉冲发出时间点的功率Pt，脉冲期间射频振荡的 平均功率。 工作比，占空比
整形：输入信号源进行整形。 脉冲产生电路：多谐振荡器 脉冲整形（变换）电路：施密特触发器、 单稳态触发器
2:雷达发射机的主要质量指标
上升时间tr 下降时间tf 占空比：
q tW / T
脉冲幅度Vm
脉冲宽度 tW
脉冲周期T
2:雷达发射机的主要质量指标
六、信号的稳定度或频谱纯度
1.信号的稳定度
——信号各项参数（如信号的振幅、频率、相位、脉冲宽度 和脉冲重复频率等）是否随时间作不应有的变化。
多少？计算每种情况下的脉冲能量。
2:雷达发射机的主要质量指标
• 解：由于Pav为常数，所有的两种PRF具有相同的占 空比（因子）。 pav 1500
D pt 1010
3
0.15
• 脉冲重复周期（间隔）是
1 1 T1 0.1ms T2 0.0333 ms 3 3 10 10 30 10
（四）应用举例
3、单级振荡式和主振放大式发射机
（一）特点 •大功率射频功率放大器做末级 缺点：复杂、昂贵、笨重。
优点：
•频率稳定度高；
•产生相参信号；
•适用于频率捷变雷达；
•用于形成复杂调制波形。
3、单级振荡式和主振放大式发射机
相参信号
信号的相参性—两个信号相位间存在确定关系。
1 Tr
f0 －
1
f0
f0 ＋
1
矩形射频脉冲列的理想频谱
由图可知：主瓣宽度2/τ，随τ↑而↓。主要能量集中在主瓣。
2:雷达发射机的主要质量指标
0 －2 0 信号的 第一谱线
/(dB/Hz)
－4 0 －6 0 －8 0 －1 00 0 1 2 fm / kHz
实际发射信号的频谱
分布型寄生输出
• 由此
1 D T1 0.15 0.1ms 15s
2 D T2 0.15 0.0333 5s ms EP1 P1 10103 15106 0.15J t
EP2 P 2 10103 5 106 0.05J t
3、单级振荡式和主振放大式发射机
•单级振荡式发射机 单级振荡式：大功率电磁振荡产生与调制同时完成（一 个器件）
1:雷达发射机的任务和基本组成
①定时器提供以 Tr 为间隔的脉冲触发信号。 ②脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ
的大功率视频脉冲信号。
③大功率射频振荡器：产生大功率射频信号。 特点：简单，廉价，高效，难以产生复杂调制，频率 稳定性差， 4－ 105 。 10
•
分为: 幅度调制(AM)，频率调制(FM)和相位调
制(PM)
• 数字调制：被调制信号为数字信号。 • 分为：振幅键控(ASK)，频移键控(FSK)，相移 键控(QSK)，开关键控调制(OOK)以及ASK与
PSK的组合调制如(DPSK，QPSK，8PSK等)