第二章 雷达发射机 PPT
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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
第二章 雷达发射机
主要用于 相控阵雷达并行来自合多个大功率微波晶体管的 输出功率
空间合成
输出功率效率高，决定于 和最后一级功率 和最后一级功率； 输出功率效率高，决定于n和最后一级功率； 发射不集中。 发射不集中。
由于微波功率合成网络的插入损耗将固态收发 模块中的有源器件和无源器件集成在一起， 模块中的有源器件和无源器件集成在一起，系 统有损耗。 可用于中小功率的 统有损耗。 集中合成
► 振荡源的选择
脉冲大功率非相干源 大功率非相干源、 大功率非相干源、频率捷变等 窄带相干系统 宽带相干系统
磁控管 复调谐式磁控管 速调管 行波管、 行波管、交叉放大器等
第二节 雷达发射机的主要质量指标
输出信号频率
► 工作频率
与器件的关系 1G以下：微波三极管，微波四极管，晶体管。 以下：微波三极管，微波四极管，晶体管。 以下 1G以上：磁控管，行波管，速调管，晶体管。 以上：磁控管，行波管，速调管，晶体管。 以上 频率越高，功率越低。 频率越高，功率越低。
输出和输入的功率比
输入发射机的总平均功率
► 总效率 ► 信号形式
P28，表2.1，图2.4 ， ，
发射信号的形式
信号的各项参数， 信号的各项参数，如信号的振 频率、相位、 幅、频率、相位、脉冲宽度和 脉冲重复频率等是否会随时间 出现不应有的变化
► 信号的稳定度或频谱纯度
信号稳定度在 频域中的表示
离散型的寄生谱
相控阵雷达 全固态化高可靠性雷达 连续波体制对空监视系统
提供合适的视频 调制脉冲
第五节 脉冲调制器
在脉冲间歇期存储电源送 来的能量， 来的能量，降低对电源部 分的高峰值功率的要求
把初级电源变换 成符合要求的直 流或交流电源
平时接通电源可以储 能，脉冲发射期间接 通储能和负载。 通储能和负载。
空间合成
输出功率效率高，决定于 和最后一级功率 和最后一级功率； 输出功率效率高，决定于n和最后一级功率； 发射不集中。 发射不集中。
由于微波功率合成网络的插入损耗将固态收发 模块中的有源器件和无源器件集成在一起， 模块中的有源器件和无源器件集成在一起，系 统有损耗。 可用于中小功率的 统有损耗。 集中合成
► 振荡源的选择
脉冲大功率非相干源 大功率非相干源、 大功率非相干源、频率捷变等 窄带相干系统 宽带相干系统
磁控管 复调谐式磁控管 速调管 行波管、 行波管、交叉放大器等
第二节 雷达发射机的主要质量指标
输出信号频率
► 工作频率
与器件的关系 1G以下：微波三极管，微波四极管，晶体管。 以下：微波三极管，微波四极管，晶体管。 以下 1G以上：磁控管，行波管，速调管，晶体管。 以上：磁控管，行波管，速调管，晶体管。 以上 频率越高，功率越低。 频率越高，功率越低。
输出和输入的功率比
输入发射机的总平均功率
► 总效率 ► 信号形式
P28，表2.1，图2.4 ， ，
发射信号的形式
信号的各项参数， 信号的各项参数，如信号的振 频率、相位、 幅、频率、相位、脉冲宽度和 脉冲重复频率等是否会随时间 出现不应有的变化
► 信号的稳定度或频谱纯度
信号稳定度在 频域中的表示
离散型的寄生谱
相控阵雷达 全固态化高可靠性雷达 连续波体制对空监视系统
提供合适的视频 调制脉冲
第五节 脉冲调制器
在脉冲间歇期存储电源送 来的能量， 来的能量，降低对电源部 分的高峰值功率的要求
把初级电源变换 成符合要求的直 流或交流电源
平时接通电源可以储 能，脉冲发射期间接 通储能和负载。 通储能和负载。
雷达原理发射机
第二章 雷达发射机
第一节 雷达发射机的任务和基本组成
任务: 产生大功率的特定调制的电磁振荡
连续波、脉冲（脉宽，重复频率） 振幅调制： 固定频率、频率分集、频率编码 、 频率调制： LFM、频率捷变 随机相位 、相位相参 、相位编码 相位调制：
组成
直接振荡式(单级振荡式) 主振放大式
功放推动级；在脉冲有效 期处于放大状态，脉冲结 束后关断。
末级功放，产 生大功率的脉 冲射频信号
射频放大链
控制脉冲1 控制脉冲2 控制脉冲3
定时信号
提供不同时间，不同 宽度的控制脉冲信号
优点：参数精准、复杂信号、相位相参 缺点：系统复杂、效率低
第四节 固态发射机
多个微波功率器件、低噪声接收器件组合成固态发射模块； 由几十个甚至几千个固态发射模块组成固态发射机。
输出功率
送入天线的发射信号功率
雷达最大测量距离 Rmax
PG t t Ar 2 (4 ) S min
1 4
输出功率的两种描述方式
峰值功率Pt 平均功率Pav
Tr
发射能量 Et P avTr P t
占空比
D
Tr
总效率
发射机输出功率与其耗费功率之比
信号的频谱纯度： 信号稳定度在频域中的表示，即 雷达信号在应有的信号频谱之外 的寄生输出。
离散型的寄生谱 分布型的寄生谱
第三节 单级振荡和主振放大式发射机
定时信号 脉冲调制器 大功率射频 振荡器 至天线
电源
直接振荡式(单级振荡式)发射机原理框图
主振放大式发射机原理框图
直接振荡式(单级振荡式)发射机原理框图
第二节 雷达发射机的主要质量指标
第一节 雷达发射机的任务和基本组成
任务: 产生大功率的特定调制的电磁振荡
连续波、脉冲（脉宽，重复频率） 振幅调制： 固定频率、频率分集、频率编码 、 频率调制： LFM、频率捷变 随机相位 、相位相参 、相位编码 相位调制：
组成
直接振荡式(单级振荡式) 主振放大式
功放推动级；在脉冲有效 期处于放大状态，脉冲结 束后关断。
末级功放，产 生大功率的脉 冲射频信号
射频放大链
控制脉冲1 控制脉冲2 控制脉冲3
定时信号
提供不同时间，不同 宽度的控制脉冲信号
优点：参数精准、复杂信号、相位相参 缺点：系统复杂、效率低
第四节 固态发射机
多个微波功率器件、低噪声接收器件组合成固态发射模块； 由几十个甚至几千个固态发射模块组成固态发射机。
输出功率
送入天线的发射信号功率
雷达最大测量距离 Rmax
PG t t Ar 2 (4 ) S min
1 4
输出功率的两种描述方式
峰值功率Pt 平均功率Pav
Tr
发射能量 Et P avTr P t
占空比
D
Tr
总效率
发射机输出功率与其耗费功率之比
信号的频谱纯度： 信号稳定度在频域中的表示，即 雷达信号在应有的信号频谱之外 的寄生输出。
离散型的寄生谱 分布型的寄生谱
第三节 单级振荡和主振放大式发射机
定时信号 脉冲调制器 大功率射频 振荡器 至天线
电源
直接振荡式(单级振荡式)发射机原理框图
主振放大式发射机原理框图
直接振荡式(单级振荡式)发射机原理框图
第二节 雷达发射机的主要质量指标
第二章 雷达发射机PPT优质课件
规律性：电源滤波不良、机械震动引起 信号参数的不稳定
随机性：发射管噪声、调制脉冲的起伏引起
.
衡
量
时域
信号某项参数的方差，如
信
振幅方差、相位方差等。
号
不
稳 定
频域
雷达信号在应有的信号频
的 指
信号的频谱纯度 谱之外的寄生输出。
标
.
相
对
1
振 幅
Tr
sin f f
f0－
1
f0
f0＋
1
/(dB/Hz)
.
内容提要：
发射机的任务 发射机的主要质量指标 发射机的种类及结构 典型发射机
.
发射机的任务
为雷达提供一个载波受到调制的 大功率射频信号，经馈线和收发 开关由天线辐射出去。
调 制: 提高分辨率 大功率: 提高作用距离 射 频: 便于无线辐射
发射信号本身不具有目标信息，但为雷达获 取目标和环境信息提供载体。发射机一般具 有高频、高压、大功率的特点，它是雷达系 统中最大、最重和最昂. 贵的部分。
脉冲调制 器
脉冲调制 器
定时器 触发脉冲
至天线
放大阵式
射频 信号源
功率 分配器
N:1
固态放大器1 固态放大器2
. 固态放大器N
...
功率 合成器
1:N
至天线
主振放大式发射机的特点 具有很高的频率稳定度 发射相位相参信号，相参发射机 适用于频率捷变雷达 能产生复杂的波形
.
发射机
真空管发射机 固态发射机
发射机的主要质量指标
工作频率或波段 输出功率 总效率 信号形式 信号稳定度
.
1. 工作频率或波段
随机性：发射管噪声、调制脉冲的起伏引起
.
衡
量
时域
信号某项参数的方差，如
信
振幅方差、相位方差等。
号
不
稳 定
频域
雷达信号在应有的信号频
的 指
信号的频谱纯度 谱之外的寄生输出。
标
.
相
对
1
振 幅
Tr
sin f f
f0－
1
f0
f0＋
1
/(dB/Hz)
.
内容提要：
发射机的任务 发射机的主要质量指标 发射机的种类及结构 典型发射机
.
发射机的任务
为雷达提供一个载波受到调制的 大功率射频信号，经馈线和收发 开关由天线辐射出去。
调 制: 提高分辨率 大功率: 提高作用距离 射 频: 便于无线辐射
发射信号本身不具有目标信息，但为雷达获 取目标和环境信息提供载体。发射机一般具 有高频、高压、大功率的特点，它是雷达系 统中最大、最重和最昂. 贵的部分。
脉冲调制 器
脉冲调制 器
定时器 触发脉冲
至天线
放大阵式
射频 信号源
功率 分配器
N:1
固态放大器1 固态放大器2
. 固态放大器N
...
功率 合成器
1:N
至天线
主振放大式发射机的特点 具有很高的频率稳定度 发射相位相参信号，相参发射机 适用于频率捷变雷达 能产生复杂的波形
.
发射机
真空管发射机 固态发射机
发射机的主要质量指标
工作频率或波段 输出功率 总效率 信号形式 信号稳定度
.
1. 工作频率或波段
雷达原理第二章课件
进一步分析表明：所需电源： 部分放电时， Ea≈Uc3min极近于Uc3max !完全放电时， Ea≈1.6Uc3max部分放电时， ηc → 100%
分析思路： 画充放电等效电路 → 列微分议程 → 按初始条件简化方程，得充放电流、电压表达式→ 画曲线、分析 → 结论。
结论：从所需电源高低及充电效率高低看，均采用部分放电较有利，只有对于更大功率雷达，要Ua 、Iao很大， C3 、G1承受不了，才不得不用完全放电式。
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
a
a
cm
保
L
隔
E
由
后
τ内
c
1
V
G
G1通，经G1对B初级等效负载放电，若负载与X特性阻抗匹配，则B初级获得幅度为Vcmax/2 、宽度为τ 的调制脉冲，经B升压后送到G2。
L ++Ei
2. 工作概述
式中：
图
来
C 3
21
r 0
—
a
c
∵ 是全部放电 UComin=0 ∵ 实际可做到充电电路品质因数 Q0=10~20
振荡器振荡频率↑的因素：
特殊结构的必要性:
限制普通L 、C
5
2) 阳极v 园柱形铜块，四周挖有8~14个对称园 洞，每洞有缝隙，构成振荡腔体。(壁——等效L；缝——等效C) 两侧有盖极.
v 各腔高频场有磁交连，缝口构成直→ 交流能量交换的作用空间。
6
同轴线 λ=3.10cm时用2. 结构特点：1)管、路合一；2)有阴、阳极，形同二极管；但阴极上有腔体，其尺寸决定了分布电感，分布电容值，从而决定固有f s ； 3)加有磁场，电子受正交电、磁场双重控制、故称“磁控管” 。
《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》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
HotZ-雷达原理与系统-第二章雷达发射机
第二章雷达发射机第一节雷达发射机的任务和基本组成►任务产生大功率的特定调制的电磁振荡即射频信号振幅调制频率调制相位调制连续波；脉冲（脉宽，重复频率）固定频率、频率分集、频率编码、LFM、频率捷变随机相位、相位相参、相位编码►组成单级振荡式主振放大式大功率电磁振荡产生与调制在一个器件中同时完成先产生小功率的CW 振荡，再分多级调制和放大产生大功率射频信号在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的视频脉冲信号特点简单，廉价，高效，难以产生复杂调制，频率稳定性差主振放大式发射机主控振荡器，在脉冲调制下形成输出脉冲射频放大链提供不同时间，不同宽度的触发脉冲信号在微波源脉冲到达后很短时间处于放大状态，在微波脉冲结束后退出放大状态，受脉冲控制产生大功率的脉冲射频信号特点调制准确，能适应多种复杂调制，系统复杂，效率低►振荡源的选择脉冲大功率非相干源大功率非相干源、频率捷变等窄带相干系统磁控管复调谐式磁控管速调管宽带相干系统行波管、交叉放大器等►工作频率第二节雷达发射机的主要质量指标与器件的关系1G以下：微波三极管，微波四极管，晶体管。
1G以上：磁控管，行波管，速调管，晶体管。
与功率的关系与系统的关系频率越高，功率越低。
频率越高，天线尺寸越小，大气衰减越大。
输出信号频率►输出功率输出信号功率平均功率峰值功率单位时间内发出的功率能量P av ，脉冲重复周期内的输出平均功率。
脉冲发出时间点的功率P t ，脉冲期间射频振荡的平均功率。
►总效率输入发射机的总平均功率►信号形式P28，表2.1，图2.4输出和输入的功率比发射信号的形式工作比，占空比►信号的稳定度或频谱纯度信号的各项参数，如信号的振幅、频率、相位、脉冲宽度和脉冲重复频率等是否会随时间出现不应有的变化离散型的寄生谱分布型的寄生谱信号稳定度在频域中的表示习题►某雷达发射机峰值功率为800kW，矩形脉冲宽度为3μs，脉冲重复频率为1000Hz，求该发射机的平均功率和工作比。
第2章雷达基本组成PPT课件
• c、机载应用：
Hale Waihona Puke • 对尺寸限制很严，最低频段是UHF和S波段
• 例： 1、预警机 E2 ：UHF波段；AWACS ： S波段
•
作用距离远，天线罩巨大
•
2、无线电高度计：C波段
•
3、大部分战斗机、攻击机、侦察机雷达，工作在X和Ku波段
第10页/共39页
§2.1 发射机
• 一、发射机主要质量指标 • 2、输出功率 • 雷达发射机中最为重要的指标，直接影响雷达威力和抗干扰能力 • 定义：发射机送至天线输入端的功率。 • 与发射机输出功率有关的两个基本概念 • a、峰值功率Pt • b、平均功率Pav
第23页/共39页
§2.1 发射机
• 二、两类基本发射机 • 2、主振放大式发射机（放大链发射机） • 主要特点： • ①具有高的频率稳定度 • ②发射相位相参信号 • ③适用于频率捷变雷达 • ④能产生复杂波形
第24页/共39页
§2.1 发射机
• 为什么主振放大式发射机具有高的频率稳定度？
– 主振放大式发射机载频的精度和稳定度在低电平级决定，较易采用稳频措施。 – 单级振荡式发射机中，信号的载频直接由大功率振荡器决定。往往采用电真空器件，存在预热漂移、
在D脉 冲为重工复作周比期（Tr占内空, P比av ） P，Ttr 表 明Pt 雷Tr达 发Pt 射D
Tr
时间与总时间之比（duty factor）
第13页/共39页
§2.1 发射机
• 瞬时功率、峰值功率、平均功率的关系举例
例： 1、Pt 100kw, 1s,Tr 2000s
Pav
100
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工作比(％) 0.01～1 0.1～10
新雷达原理雷达发射机PPT课件
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2.3单级振荡和主振放大式发射机
电源、控制、 保护电路
预调器
调制器
振荡器
(b)
(c)
(a)
发射机
定时器
显示器
接收机
天线控 制系统
(d) 天线
天线 开关
第21页/共75页
第22页/共75页
第23页/共75页
第24页/共75页
频率捷变的主振放大发射机
中 90年代
S波段 常值250KW
平均5KW
主振放大 多注速调管 无源相控阵
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型号或代号
XX0 AN/FPS-108
AN/TPQ-37 XX71
XX73 AN/TPS-70
AN/MPS-39 (MOTR)
国
研制年代
别
中 70年代末 美 70年代
美 70年代 中 80年代
中 80年代末 美 80年代初
第25页/共75页
第26页/共75页
第27页/共75页
第28页/共75页
第29页/共75页
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速调管
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行波管
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正交场放大器
行馈相控阵
ρ波段 常值40KW 平均6KW
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集中式高功 率合成
全固态（末级 功放管 450W）
全固态（末级 功放管 100W）
全固态（末级 功放管 50W）
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2.3单级振荡和主振放大式发射机
电源、控制、 保护电路
预调器
调制器
振荡器
(b)
(c)
(a)
发射机
定时器
显示器
接收机
天线控 制系统
(d) 天线
天线 开关
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第22页/共75页
第23页/共75页
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频率捷变的主振放大发射机
中 90年代
S波段 常值250KW
平均5KW
主振放大 多注速调管 无源相控阵
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型号或代号
XX0 AN/FPS-108
AN/TPQ-37 XX71
XX73 AN/TPS-70
AN/MPS-39 (MOTR)
国
研制年代
别
中 70年代末 美 70年代
美 70年代 中 80年代
中 80年代末 美 80年代初
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速调管
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行波管
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正交场放大器
行馈相控阵
ρ波段 常值40KW 平均6KW
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集中式高功 率合成
全固态（末级 功放管 450W）
全固态（末级 功放管 100W）
全固态（末级 功放管 50W）
第章雷达发射机
第2章 雷达发射机
2.4 固 态 发 射 机
2.4.1 发展概况和特点 与微波电子管发射机相比, 固态发射机具有如下优点:
(1) 不需要阴极加热、 寿命长。 (2) 具有很高的可靠性。 (3) 体积小、重量轻。 (4) 工作频带宽、效率高。 (5) 系统设计和运用灵活。 (6) 维护方便, 成本较低。
第2章 雷达发射机
2.2 雷达发射机的主要质量指标
1. 雷达的工作频率或波段是按照雷达的用途确定的。 频率捷变 频率分集：提高雷达系统的工作性能和抗干扰能力。 工作频率或波段的不同对发射机的设计影响很大。 1000MHz以下主要采用微波三、四极管, 1000 MHz以上则有多腔磁控管、 大功率速调管、行波管以及前 向波管等。
由于此雷达要求对所跟踪的目标进行多卜勒测速, 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4 μs的射频脉冲。
第2章 雷达发射机
根据输入和输出功率的要求, 微波放大链的功率增益至少应为
G
10 lg
2.5 106 20 103
81dB
根据微波管产生的具体情况, 选用三级级联组成。为避免各级之 间的相互影响, 级间必须用铁氧体环流器隔离。考虑到级间损耗, 微波放大链的实际增益应在83 dB以上。由于要求的输出功率大, 功率增益高, 但带宽并不大, 且该雷达系固定式的地面雷达, 所以 可以选用行波管-速调管式放大链。
第2章 雷达发射机
第2章 雷达发射机
2.1 雷达发射机的任务和基本组成 2.2 雷达发射机的主要质量指标 2.3 单级振荡和主振放大式发射机 2.4 固态发射机 2.5 脉冲调制器
第2章 雷达发射机
2.1 雷达发射机的任务和基本组成
雷达原理第二章-雷达发射机幻灯片PPT
固体微波源产生
如下五种频率：
1、射频发射信号
频率 fRF ；
2、本振信号频率
f L1 fL2 ； 3、中频相干振荡
频率 fCOHO ；
4、定时触发脉冲
频率 fr ；
5、时钟频率fCLK；
主控振荡器
固体 微波源
射频放大链
中间射频 功 调制器
脉冲 调制器
脉冲 调制器
定时器
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)
1:雷达发射机的任务和基本组成
• 模拟调制:
• 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，104－105 。
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。
电源
至天线
触发脉冲
1:雷达发射机的任务和基本组成
①定时器：给三个脉冲调制器提供不同时间，不同宽度 的触发脉冲信号。 ②固体微波源：是高稳定度的CW 振荡器，在脉冲调制 下形成输出脉冲。 ③中间放大器：在微波源脉冲到达后很短时间处于放大 状态，在微波脉冲结束后退出放大状态，受脉冲控制。 ④输出功率放大器：产生大功率的脉冲射频信号。 特点：调制准确，能够适应多种复杂调制，系统复杂， 昂贵，效率低。
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单级振荡式发射机
电源、控制、 保护电路
非相参发射 机
预调器
调制器
振荡器
优点：简单、经济、轻便 缺点：频率稳定度差，难以形成复杂波形，
相继射频脉冲之间不相参
主振放大式发射机
放大链式
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
脉冲调制 器
脉冲调制 器
定时器 触发脉冲
至天线
规律性：电源滤波不良、机械震动引起
信号参数的不稳定 随机性：发射管噪声、调制脉冲的起伏引起
衡
量
时域
信号某项参数的方差，如
信
振幅方差、相位方差等。
号
不
稳 定
频域
雷达信号在应有的信号频
的 指
信号的频谱纯度 谱之外的寄生输出。
标
相
对
1
振 幅
Tr
sinf f
f0－
1
f0
f0＋
1
/(dB/Hz)
0 －20 －40 －60 －80 － 100
微波晶体管 场效应管
Bipolar PH3135-90S Pulsed Power Transistor 3.1-3.5 GHz, 90 W
UF28150J MOSFET Power Transistor 100-500 MHz, 150 W
晶体管特性
固态高功率放大器模块
应用先进的集成电路工艺和微波网络技术， 将多个微波大功率晶体管的输出功率并行 组合，制成固态高功率放大器模块。
输入
1
1: n1
2
n1
空间合成方式
…
A 1
2
n1:1
1: n2
3
n2 (a)
P＝n2A
…
…
输入
1
1: n1
2
A 1
n1:1
2
1: n2
3
n2:1
…
n1 n2
集中合成输出结构 (b)
P＝n2A—损耗
固态发射机的优点
与微波电子管发射机相比, 固态发射机具有如下优点:
① 不需要阴极加热、寿命长 ② 具有很高的可靠性 ③ 体积小、重量轻 ④ 工作频带宽、效率高 ⑤ 系统设计和运用灵活 ⑥ 维护方便，成本较低
信号放大或振荡的电子器件。
固态电子器件：利用固体内部电子运动原理制成的具有一定 功能的电子器件。固体一般可分为绝缘体 、半导体和导体3 类 。半导体的电学性能容易受各种环境因素如掺杂、光照等 的控制，易于制成电子功能器件，因此绝大部分的固态电子 器件是用半导体材料制成的 。
真空电子管发射机---行波管
放大阵式
射频 信号源
功率 分配器
N:1
...
固态放大器1 固态放大器2
固态放大器N
功率 至天线
合成器 1:N
主振放大式发射机的特点
具有很高的频率稳定度 发射相位相参信号，相参发射机 适用于频率捷变雷达 能产生复杂的波形
发射机
真空管发射机 固态发射机
电子管（真空管）是一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管） 中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得
第二章 雷达发射机
内容提要：
发射机的任务 发射机的主要质量指标 发射机的种类及结构 典型发射机
发射机的任务
为雷达提供一个载波受到调制的 大功率射频信号，经馈线和收发 开关由天线辐射出去。
调 制: 提高分辨率 大功率: 提高作用距离 射 频: 便于无线辐射
发射信号本身不具有目标信息，但为雷达获 取目标和环境信息提供载体。发射机一般具 有高频、高压、大功率的特点，它是雷达系 统中最大、最重和最昂贵的部分。
1、按调制方式： ①连续波发射机 ② 脉冲发射机 2、按工作波段：①短波②米波③分米波④厘米波⑤毫米波 3、按产生信号方式 ：①单级振荡式 ②主振放大式 4、按功率放大使用器件： ①真空管发射机 ②固态发射机
发射机的结构
单级振荡式
由振荡器直接产生大功率的射频震荡信号
主振放大式
由两级构成，第一级产生射频信号，再通过第 二级电路进行功率放大
影响： 作用距离
Rmax
(P4tGπ)23S2min
1/4
抗干扰能力
平均功率
２、平均功率：脉冲重复周期内的输出平均功率。
Pav Pt Tr
Ptfr
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以
3. 总效率
定义：发射机输出总功率和输入总功率之比。
= p av ps
0
分布型寄生输出
1
2
3
fm/ kHz
信号的 第一谱线
离散 型 寄生输出
4
频谱纯度
离散型寄生谱
离 散 谱 单 边 带 功 率 L(fm)10lg 信 号 功 率 dB
分布型寄生谱
B 带 宽 内 的 单 边 带 功 率 L (fm ) 1 0 lg B 信 号 功 率d B /H z
发射机的分类
发射机的主要质量指标
工作频率或波段 输出功率 总效率 信号形式 信号稳定度
1. 工作频率或波段
雷达的工作频率或波段是按照雷达的用途确定的。 工作频率或波段的不同影响对发射机的设计
物理尺寸↓ 发射功率↓
f↑
波束宽度↓ 大气衰减↑
功率器件选择
2. 输出功率 定义：发射机送入天线输入端的功率
基本结构
电子枪 慢波结构 收集极 输入输出装置
行波管功率放大原理
vE
ve
电子束和电场相对静止
vE ve
vE
ve
电子束相对电场向左运动
vE ve
电子聚集在加速场
vE ve
vE
ve
电子束相对电场向右运动
ve vE
电子聚集在减速场
vE ve
射频信号被放大的条件:
vE ve
慢波结构
固态发射机---基本组成单元 双极晶体管
ps为输入发射机的总平均功率
省电
散热要求低（体积小） 故障率低
寿命长
4. 信号形式（调试形式）
三种典型雷达信号和调制波形
Tr
Tr
0
＋ ＋＋ ＋
－
(a )
(b )
＋＋＋ ＋
－
(c )
t t
t t
＋ ＋＋ ＋
－
t
t
信号的稳定度或频谱纯度
信号的各项参数，如信号的振幅、频率（或相 位）、脉冲宽度、脉冲重复频率等随时间作不 应有的变化的大小。
作业
1. 雷达发射机的分类和主要技术参数指标 有哪些？
2. 机载多普勒雷达为什么一定要用主振放 大式发射机？
3. 雷达系统中应用固态发射机有何特点？