雷达发射机基础知识
《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 。
雷达技术 第二章 雷达发射机4-6
8
2.1 雷达发射机的任务和基本组成
2. 主振放大式发射机：
先产生小功率的CW 振荡，再分多级进行调制和放大。 主控振荡器+射频放大链
主控振荡器 固 体 微波源 射频放大链 中间射频 功率放大器 输出射频 功率放大器 至天线
增加载 频信息
脉冲 调制器 脉冲 调制器 脉冲 调制器
确定时 间前沿 及间隔
• 当雷达工作频率在1000MHz以上时, 通常选用线性电子 注微波管 (O 型管 ) 和正交场型微波管 (M 型管 ) 作为发射 机的射频放大管
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2.3~2.5 几种典型的雷达发射机
当雷达工作频率在1000MHz以上时的放大链：
1) 行波管（O）—行波管（O）放大链 频带较宽, 增益大，
级数较少，结构较简单。 常应用于要求轻便的雷达系统中。 2) 行波管（O）—速调管（O）放大链 功率较大, 增益大， 常应用于地面雷达。 3) 行波管（O）—前向波管（M）放大链 增益较高，效率 高，频带较宽，体积重量较小。常应用于地面的机动雷达、 相控阵雷达以及机载雷达系统中。
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级数较少，效率较高，但是频带较窄，要求一定的附属设备。
2.3~2.5 几种典型的雷达发射机
1.单级（自激）振荡式发射机
优点： 简单、成本低、比较轻便； 早期的地面警戒引导雷达、 火控雷达、气象雷达 缺点： 频率稳定性差、难以产生复杂波形，脉冲之间的 29 相位不相参。
2.3~2.5 几种典型的雷达发射机
分布型的寄生谱： 利用偏离主频 fm 处的单位频带的单边带功率与信号功 率之比（ dB/Hz ）来描述信号频谱纯度
偏离主频f m处的单边带B功率 L( f m ) 10lg dB / Hz B 信号功率
雷达发射机基础知识
雷达发射机是雷达系统的一个重要组成部分，它产生满足要求的大功率射频发射信号，经馈线系统再由天线辐射出去，从而照射远处目标。
典型脉冲雷达框图如下，其中发射机(Transmitter)主要由三部分组成：高压电源，脉冲调制器和射频放大器。
发射机性能的好坏直接影响雷达整机的性能和质量，首先发射的电磁波信号必须具备一定的发射功率，对于不同体制和不同任务的雷达，发射机功率量级差别很大，例如，脉冲雷达的峰值功率可达到兆瓦级，而连续波雷达功率几十瓦就已经很高了。
雷达发射机输出功率的大小将直接影响雷达的探测威力，通常可分为峰值功率和平均功率。
通常规定发射机送至天线输入端的功率为发射机的输出功率，峰值功率指脉冲期间射频振荡的平均功率，用Pt 表示；而平均功率则是脉冲重复周期(PRI)输出功率的平均值，常用Pav 表示。
对于简单的矩形脉冲列来说，峰值功率和平均功率有如下关系：av t t P P P PRF Tττ=⋅=⋅⋅其中T 表示脉冲重复周期，τ表示脉冲宽度。
由于平均功率是决定雷达潜在探测距离的一个关键因素，雷达发射总能量等于平均功率乘以时间。
之前有人问：对于相参雷达，在不改变雷达设备硬件的基础下，怎么提高探测距离？这里从雷达发射机的角度给出几个方法：不改变雷达设备，说明峰值功率功率也已调制最高了，那么可以做的一种方法是：提高雷达的占空比D ，也就是要么增大脉冲宽度，要么增大PRF ；另外，多个脉冲积累会有效提高信噪比，从而改善雷达对目标的发现能力，也就是提高积累时间来获得更多的发射能量。
对于这个问题还需要结合具体的雷达和修正后的雷达方程来分析哪些参数是不能变的，哪些参数是方便改变的。
修正的雷达方程相关知识可见：对于发射电磁波信号的另一个特点是载波受到了调制，简单的如矩形脉冲，线性调频矩形脉冲，复杂的如相位编码信号，复杂的脉内和脉间调制信号等。
雷达的许多性能是与信号形式相关的。
例如早期的雷达发射的是载频固定的矩形调制脉冲，信号的时宽和带宽的乘积等于1，这就使增加时宽或带宽来获得速度或距离分辨率成为了一对相互制约的矛盾，而采用大时宽带宽积的复杂发射信号的脉冲压缩技术则解决了这对矛盾。
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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【ch02】雷达发射机 培训教学课件
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。
雷达发射机基础知识概述(完美版)
发射机体积大，重量重，成本高、消耗功率大，原因是它需产生大功率射频输出，而这 种要求来自雷达系统设计的综合考虑。
搜索雷达作用距离的4次方与平均射频功率、天线孔径面积（确定天线增益） 、扫描需 要覆盖立体角的时间（限制了每个方向上收集信号及为提高信噪比而积累信号的时间长短） 成正比，即
宽宽得多的带宽内产生相当可观的电磁干扰（EMI）（同轴线磁控管稍好一些）；
磁控管特性
在磁控管适用的场合，其工作特性与早期比较有相当大的改善。
调谐器
大功率磁控管的机械调谐范围一般为频率的5%〜10%，在某些情况下可达25%。
旋转调谐
在1960年左右研制出旋转调谐（自旋调谐）的磁控管[5][6]。阳极腔体上悬挂了一个带槽
接收机灵敏度未在式（4.1）中出现，这是由于热噪声对接收机的灵敏度有明确的限制， 在这个简单距离方程中，默认接收机总是工作在最高的灵敏度状态。
平均发射功率仅仅是雷达距离方程中的一个因子。而且成本又很高，为何还要求如此之 高的功率？用减小功率但增加天线孔径或扫描时间的办法来补偿是否为较好的办法？回答是 天线孔径增加使成本增加得更快。这是因为天线的重量、结构的复杂程度、尺寸误差以及对
（1）需要对频率进行精确控制，而要求的精度在考虑到齿轮间隙、热漂移、频推和频牵
等因素后，超过磁控管调谐所能达到的程度；
（2）需要精确的频率跳变，或在脉间或脉组内的频率跳变；
（3） 需要极高的频率稳定度。磁控管的稳定性不适于输出宽脉冲（如100Ms）,起始抖动
又限制它们在极窄脉冲中的应用（如0.1 4s）,这个弱点在大功率时和低频段尤为突出；
对消。很了不起的是，磁控管对MTI工作居然有足够的稳定性，如果考虑到脉间自激磁控管
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
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速调管
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行波管
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正交场放大器
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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
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雷达发射机是雷达系统的一个重要组成部分，它产生满足要求的大功率射频发射信号，经馈线系统再由天线辐射出去，从而照射远处目标。
典型脉冲雷达框图如下，其中发射机(Transmitter)主要由三部分组成：高压电源，脉冲调制器和射频放大器。
发射机性能的好坏直接影响雷达整机的性能和质量，首先发射的电磁波信号必须具备一定的发射功率，对于不同体制和不同任务的雷达，发射机功率量级差别很大，例如，脉冲雷达的峰值功率可达到兆瓦级，而连续波雷达功率几十瓦就已经很高了。
雷达发射机输出功率的大小将直接影响雷达的探测威力，通常可分为峰值功率和平均功率。
通常规定发射机送至天线输入端的功率为发射机的输出功率，峰值功率指脉冲期间射频振荡的平均功率，用Pt 表示；而平均功率则是脉冲重复周期(PRI)输出功率的平均值，常用Pav 表示。
对于简单的矩形脉冲列来说，峰值功率和平均功率有如下关系：
av t t P P P PRF T
ττ=⋅=⋅⋅
其中T 表示脉冲重复周期，τ表示脉冲宽度。
由于平均功率是决定雷达潜在探测距离的一个关键因素，雷达发射总能量等于平均功率乘以时间。
之前有人问：对于相参雷达，在不改变雷达设备硬件的基础下，怎么提高探测距离？
这里从雷达发射机的角度给出几个方法：不改变雷达设备，说明峰值功率功率也已调制最高了，那么可以做的一种方法是：提高雷达的占空比D ，也就是要么增大脉冲宽度，要么增大PRF ；另外，多个脉冲积累会有效提高信噪比，从而改善雷达对目标的发现能力，也就是提高积累时间来获得更多的发射能量。
对于这个问题还需要结合具体的雷达和修正后的雷达方程来分析哪些参数是不能变的，哪些参数是方便改变的。
修正的雷达方程相关知识可见：
对于发射电磁波信号的另一个特点是载波受到了调制，简单的如矩形脉冲，线性调频矩形脉冲，复杂的如相位编码信号，复杂的脉内和脉间调制信号等。
雷达的许多性能是与信号形式相关的。
例如早期的雷达发射的是载频固定的矩形调制脉冲，信号的时宽和带宽的乘积等于1，这就使增加时宽或带宽来获得速度或距离分辨率成为了一对相互制约的矛盾，而采用大时宽带宽积的复杂发射信号的脉冲压缩技术则解决了这对矛盾。
另外，复杂的发射信号虽然提高了雷达的复杂度和成本，也在对抗杂波和干扰的能力方面却提高了很多。
雷达发射机可分为单级振荡式发射机和主振放大式发射机。
单级振荡式发射机由一级大功率射频振荡器和脉冲调制器组成。
振荡器直接产生大功率射频振荡，调制器通过一定振幅、宽度、频率和功率的脉冲来控制振荡器的输出。
单级振荡式发射机结构简单，成本低，频率稳定度低，不具有相位相参特性。
主振放大式发射机由固体微波源、脉冲调制器和射频放大链组成。
固体微波源产生低功率但频率稳定的射频振荡，经过多级脉冲调制器和功率放大器，输出大功率射频脉冲。
主振放大式发射机能够提供全相参、频率高度稳定、波形非常复杂的信号输出，并且可实现宽频带、快速变频等要求。
相参性
雷达信号中，相参性也叫相干性，是现代雷达的一个重要概念。
信号相参是指发射信号与雷达主振频率源信号存在固定的相位关系。
对于单级振荡式发射机和主振放大式发射机，只有后者可以发射相位相参信号，这是因为主控振荡器提供具有高稳定度连续波信号，射频脉冲通过脉冲调制器控制射频功率放大器形成，相继脉冲之间具有固定的相位关系。
相参有多种类型，普遍采用的是让每个脉冲的第一个波前与前一个脉冲相同相位的最后一个波前的间隔严格恰好是波长的整数倍，这些脉冲是相参的。
第一个脉冲初始相位的随机性并不影响相参性，但若像单级振荡式那样每个射频脉冲的初始相位都由振荡器噪声决定从而是随机的，那便是非相参发射机了。
全相参
如果雷达系统中，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频率源提供，所有这些信号之间均保持了确定的相位关系，这种雷达系统则被称为全相参雷达。
全相参是实现脉冲多普勒处理、脉冲压缩技术、频率捷变抗干扰等技术的基础，并且能产生复杂信号波形。
固态
雷达发射机根据采用的器件主要有：电真空器件和半导体器件。
“固态”就是相对于电真空器件(电子管)来说的，指的是半导体材料(晶体管)，诸如“硅”、砷化镓场效应管等。
多个微波功率器件和微波单片集成电路集成后构成一个基本的“固态发射模
块”，再由几十个或几千个固态发射模块构成“固态雷达发射机”。
固态发射机具有体积小、重量轻、工作频带宽、效率高、寿命长、高可靠性和低成本等优势。
随着微波半导体大功率器件的飞速发展，应用先进的微波单片集成和优化设计的微波网络技术，已将多个微波功率器件、低噪声接收器件等组成固态收发模块。
这样的固态收发组件具有很高的可靠性和灵活性，做成标准件后可以根据任务要求灵活组合应用，并且出现损坏后可随时替换，维护方便。