雷达原理第三章

第三章雷达接收机

通过适当的滤波将天线上接收到的微弱高频信号从噪声和干扰中选择出来，并经放大和检波后，送至显示器、信号处理器或由计算机控制的雷达终端设备中。

第一节雷达接收机的组成和

主要质量指标

超外差接收机的组成

接收机保护器

低噪高放

混频器

中放

检波器

视放

本振

高频输入

至终端

高频部分

发射机工作时，使接收机输入端短路，并对大信号限幅保护

提高灵敏度，降低接收机噪声系数，热噪声增益

保证本振频率与

发射频率差频为中频，实现变频

视频部分

至质量指标部分

超外差技术

如上图所示，当接收的电波频率f RF 变化时，本振频率f L 和选频滤波器的中心频率f 0= f RF 能够同步改变，从而使输出的f IF 固定不变，这种技术称为外差技术，当f IF 低于f RF 而高于信号带宽B 时就称为超外差技术。超外差技术具有灵敏度高、选择性好、工作稳定、中频部分可标准化等优点。

选频滤波

混频器

本振滤波解调滤波

无线电波

解调输出f L

f IF

f RF

返回框图

高频部分：

（1）T/R 及保护器：发射机工作时，使接收机输入端短路，并对大信号限幅保护。

（2）低噪声高放：提高灵敏度，降低接收机噪声系数，热噪声增益。

（3）Mixer ，LD ，AFC ：保证本振频率与发射频率差频为中频，实现变频。

返回框图

中频部分及AGC：

（1）匹配滤波：

（2）AGC：auto gain control.

视频部分：

（1）检波：包络检波，同步（频）检波（正交两路），相位检波。

（2）放大：线性放大，对数放大，动态范围。

返回框图 主要质量指标

1.灵敏度：S imin，用最小可检测信号功率S imin表示，检测灵敏度，给定虚警概率P fa，达到指定检测概率P d 时的输入端的信号功率：

通常所需接收机gain= 120 ~ 160 dB，

S imin＝-120～-140dbw 主要由中频完成。

2. 工作频带宽度：指瞬时工作频率范围，频率捷变雷达要求的接收机工作频带宽度为10～20% 。

3.动态范围：表示接收机能够正常工作所允许的输入信号强度的变化范围。

过载时的S i/S i min，80~120 dB

4. 中频的选择与滤波特性：

中频输出频率f o≥0.5?f R ，中频选择通常选择30M～500M。抑制镜频的效果，在实际工作中还与发射波形特性、接收机工作带宽有关。

经混频后进入中频信道的两个信号在射

频上对称地位于本振频率f L两边互为镜

像，因此将这种现象称为镜频干扰。当

射频选频滤波器的选频特性一定时，混

频器输出的中频频率越高，两个镜像频

率间相隔越远，镜频抑制的效果越好。5.工作稳定性和频率稳定度：指当环境变化时，接收机性能参数受到影响的程度，频率稳定度，信号处理，采取频率稳定度、相位稳定度较高的本振，“稳定本振”。

6.抗干扰能力：杂波干扰（MTI，MTD）、有源干扰、假目标干扰。

7.微电子化和模块化结构。MMIC 微波单片集成电路、IMIC 中频单片集成电路、ASIC 专用集成电路。

第二节接收机的噪声和灵敏度

噪声来源：内部噪声、外部噪声

§3.2.1 接收机的噪声

接收机中的馈线、放电保护器、高频放大器或混频器产生

由天线进入接收机的各种干扰和天线热噪声

噪声的谱性质

高斯白噪声GWN 、电阻热噪声在接收机通带内近似为白噪声噪声电压均方值测试设备的通带

功率谱密度p(f)－－常数

噪声是随机信号，因而只能讨论其时域和功率谱统计特性

式中k 为波尔兹曼常量

色噪声的定量描述

等效噪声功率谱宽度

在雷达接收机中，谐振电路级数较多时，B n 常用3 dB 信号带宽B 近似。P55，表3.1

物理意义：将色噪声用功率相等的带限白噪声来等效。额定噪声功率

网络匹配时Z L = Z *，内噪声在负载上所形成的功率为：

结论：任何无源二端网络输出的额定噪声功率只与其温度T 和通带B n 有关

噪声系数

接收机输入端信号噪声比与输出端信号噪声比的比值。其公式为：

§3.2.2 接收机的噪声系数和噪声温度

规定输入噪声以天线等效电阻R A 在室温T 0= 290 K 时产生的热噪声为标准

线性系统：S

o

=GS i，N o=GN i+?N，因而有：

所以F ≥1 。接收机引入噪声

噪声系数的物理意义

噪声系数表示由于接收机内部噪声的影响，使接收机输出

端的信噪比相对其输入端的信噪比变差的倍数。此时有：

N i G a是输入端噪声通过“理想接收机”后，在输出端呈现

的额定噪声功率。

噪声温度

由噪声系数部分讨论的结果：

?N＝（F-1)GN i

上式两边同时除以G，表示将所有的接收机内部噪声折合成加在输入端的等效噪声，且设其为?N/G=kT e B n

代入前述关系式，则有如下关系成立

T e= （F-1)T o

考虑输入噪声主要为天线热噪声，则有接收机的

实际噪声温度T

s =T e+T A

噪声温度的物理意义

将接收机内部噪声看成是“理想接收机”的天线电阻

R a在温度Te时所产生的。

级联电路的噪声系数

整个电路的噪声系数为

结论：要F o减小，需F i减小，G i增大，G i影响最大，F o取决于最前几级，所以要采用低噪声高放。 接收机灵敏度

识别系数

当接收机输出信号的信噪比达到M时，才能检测出信号。

灵敏度

令接收机输出信噪比达到M的输入最小可检测信号S imin

习题

已知接收机内噪声在输出端的额定功率为0.1W，额定功率增益为1012，测试带宽为

3MHz，求等效输入噪声温度和接收机噪声系数。

T e= （F-1)T o AFC电路

调谐本振跟踪发射信号频率

第三节接收机的几种附属电路

检测接收机输出信号频率f

I

，根据频率偏差产生误差电压调整本振的混频频率，保证中频稳定不变。

AGC 电路

调整接收机的动态范围

接收机能够正常工作的允许的输入

信号的强度范围。

动态范围： 1. 在跟踪雷达中，接收机输出的角误差信号强度只

与目标偏离天线轴的夹角有关，而与目标距离的远近、目标反射面积的大小等因素无关。为了得到这种归一化的角误差信号，就需要AGC 。2. 抗干扰，防止强杂波或干扰信号引起接收机饱和

过载。

AGC 电路的作用

具体电路

对数放大器

对数放大器可在中频上实现，也可在视频上实现；还可中频输入，视频输出，形成对数检波器。对数放大器振幅特性线性－对数放大器

线性段与对数段交点处的输入输出电压

线性段对数段

输出电压U o 与输入电压U i 对数成正比的放大器压缩动态范围的另一种手段

近程增益控制STC

脉冲体制雷达通常由整机时序模块在脉冲重复周期内的不同距离区间控制放大链路增益来实现。

防止近程杂波干扰所引起的中频放大器过载。

显示器画面

杂波引起的虚假点迹

目标的点迹

传统显示终端类型：A 显、B 显、E 显、J 显、A/R 显、P 显