雷达接收机

dBmW
= [Simin (dBmW ) + 30](dBmW )
Simin = −114 lg dBm +10 lg Bn +10 lg Fo +10 lg M ，其中 Bn 的单位为 MHz ， M = 1 时，
称为临界灵敏度。
结论：要使 Simin 减小，需要减小 Fo 、 M ，中频匹配滤波得到白噪声背景下输出最大信号
参见书
P.56
图
3.9
无源网络：
No
=
kTo Bn
，
So
=
GSi
⇒
F
=
1 G
(G
≥ 1) 。
物理意义：它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
F
=
No NiGa
，其中 Ga
为接收机的额定功率增益，NiGa 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。
缺点：承受功率小。
图 3-4 分支线型收发开关原理图
2. 平衡式收发开关 P62，Fig.3.16。
TR1 、TR2 为接收机保护放电管。 3 dB 裂缝桥的特性：在四个端口中，相邻两端是相互隔离的，当信号从其一端输入时， 从另外两端输出的信号大小相等而相位相差 90° 。
发射时， TR1 、 TR2 放电，大部分能量反射，能量在天线处同相位相加，接收机处相互抵
i =1
i=2ห้องสมุดไป่ตู้
i=3
i=n
∏ ∏ ∏ F = Si ∏ So
Ni = No Ni
1
n
n
n
n
(Ni Gi + ∆N1 Gi + L+ ∆Nn−1 G + ∆Nn )
Gi
i =1
i=2
i=n
i =1
∏ ∏ = 1+
∆N1 G1Ni
+
∆N2 G1G2 Ni
+L+
∆N n −1
n−1
Ni Gi
+
∆Nn
n
Ni Gi
+
F3−1 G1G2
+L+
Fn−1 G1G2 LGn−1
，即 F
n
= F1 +
i=2
Fi−1
i −1
Gj
j =1
结论：要 Fo减小，需 Fi 减小，Gi 增大，Gi 影响最大，Fo取决于最前几级，所以要采用低
噪声高放。
因为噪声温度： Te = (F −1)To ，则
∑ ∏ Te
= T1
+
T2 G1
+
二、增益控制 AGC 目的：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。 1.AGC：P72 图 3.27，由视频取信号反馈，响应时间 0.5~2 秒，保证大信号。
三、级联电路的噪声系数
图 3-3 典型雷达接收机的高中频部分
n
∏ So = Sn = S G n−1 n = Sn−2Gn−1Gn = Si Gi i =1
N0 = Nn = N G n−1 n + ∆Nn = (N G n−2 n−1 + ∆Nn−1)Gn + ∆Nn
n
n
n
n
∏ ∏ ∏ ∏ = Ni Gi + ∆N1 Gi + ∆N2 Gi + L + ∆Nn−1 Gi + ∆Nn
∆fε = f L − f s − f I 0 = f I − f I 0 ， 其中 fI = fL − fs ， Ec = S A ⋅ ∆fε f L = f L0 + Ec S L 其中 SA 和 SL 极性相反。 二、现代雷达本振与 AFC P67， Fig.3 − 21
图 3-7 控制磁控管的自频控系统
噪声比。
§3.3 雷达接收机的高频部分
要求：低噪声、高增益、宽频带。 一、收发转换开关和接收机保护器。 1. 收发开关 分支线型收发开关。P62，Fig.3.15,TR、ATR 为气体放电管。TR：接收机保护放电器，ATR 发射机隔离放电器。
发射时，TR、ATR 正常短路， aa′ 、 bb′ 看为开路，能量不进入接收机。 接收时， aa′ 短路、 bb′ 开路，能量全部进入接收机。
2. 定量描述 ①等效噪声功率谱密度或噪声带宽：
∫ ∫ ∞ P( f )df
∞ H ( f ) 2 df
Bn =
0
P( f0)
=0 H 2( f0)
， P( f0 ) ≥ P( f ) ， H 2 ( f0 ) 为在谐振频率 f0 处的功
率传输，常用 3 dB 带宽近似，在雷达接收机中，谐振电路级数较多。
i =1
i =1
∏ ∏ = 1+
∆N1 G1Ni
+
∆N2 G1G2 Ni
+L+
∆N n −1
n−2
NiGn−1
Gi
+
∆Nn
n−1
NiGn
Gi
i =1
i =1
∏ = F1 +
F2 −1 + L + G1
Fn−1
n−1
Gi
，其中 Fk
= 1+ ∆Nk Gk Ni
i =1
∑ ∏ ∴
F
=
F1
+
F2−1 G1
2. 噪声温度 Te ：
∆N
=
kTe BnG
，N
=
kTo BnG
+
kTe BnG
=
kTo BnG (1 +
Te To
)
，F
=1+
∆N GNi
，F
=1+
Te To
，
Te = (F −1)To ， Ni = kTo Bn
考虑天线：接收机的实际噪声温度 Ts
= Te
+ TA ， F '
= 1+ Ts To
=
F
+ Te To
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 Ra 在温度 Te 时所产生的。
3. 噪声比（相对噪声温度）
tc
=
FckTo BnGc KTo Bn
=
FcGc ， Gc 为混频器的额定功率增益或额定功率传输系数。 tc 表示有
源四端网络中除损耗电阻外的其它噪声源的影响程度。若无源，则 tc =1。
§3.2 接收机的噪声系数和灵敏度
一.接收机的噪声 1. 噪声来源 ：电阻热噪声，无线热噪声
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。
计算 噪声电压均值 un2 = 4kTRBn ， un2 噪声电压均方值， Bn 为测试设备带宽，
功率谱密度 p( f ) = 4kTR ，白噪声的功率谱密度为常数。
第三章 雷达接收机
§3.1 雷达接收机的组成和主要质量指标
任务：不失真的放大所需的微弱信号，抑制不需要的其他信号（噪声、干扰等）。 一、超外差雷达接收机的组成
P49 Fig3-1.优点：灵敏度高、增益高、选择性好、适应性广。
图 3-1 超外差式雷达接收机简化框图
1.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。 2.中频部分及 AGC：
常规雷达中本振需调谐，并靠在τ 内的记存保持此跟踪值，如能采用稳定本振，让发射频率
跟踪本振，则可消除本振在冗余时间内的漂移。 原理：频率跟踪时，混频器根据差频偏离额定中频的方向和大小，输出一串脉冲信号。
经过放大，峰值检波后，取出直流误差信号，去控制调谐马达转动。 脉冲信号很窄，硅控管的频谱很宽，由快速动作自频控制所引起的载频误差影响很小。
常温：1.5 ~ 3dB 冷参： 0.5dB 30 ~ 60K 1 ~ 5dB
本振的作用：提供一个与发射信号频率相对稳定、准确的参考信号。
主要矛盾：①发射频率变化大， 10−15 ~10−10 。②发射存在的时间短。
一、常规雷达本振与 AFC 调谐本振跟踪发射信号频率
14 ~ 20dB 6 ~ 12dB
二、放大器
行波管 场效应
f
1200 ~ 18000M 3 ~ 18000M
F / Te
6 ~ 9dB 3 ~ 6dB
g
30dB 20dB
参放
500 ~ 15000M
晶硅管
100 ~ 15000M
三、混频器
抑制寄生频率、下变频。
1. GaAs 肖特基混频二极管。
2.平衡混频器。
§3.4 本振和 AFC
So No
⎞ ⎟ ⎠ min
Pfa =const ,Pd =const
2．灵敏度： So = M No
Si =Si min
Q F = Si So
Ni No
，其中 Si
=
F
So No
Ni
=
FMNi
=
FMkTo Bn
∴ Simin = kTo Bn FM
Simin (dBmW )
= 10 lg
Sisim (W ) 10−3
1. 定义： D = 10 lg Pimax (dB) = 20 lg Uimax (dB)
Pi min
Ui min
图 3-10 信号与宽脉冲干扰共同通过中频放大器的示意图
2.
饱和过载： K d
=
dU 0 dU i
，其中为增量增益，若 Kd
≤ 0 ，则接收机就会发生过载。
图 3-11 增量增益与输入电压振幅的关系曲线
到指定检测概率 Pd 时的输入端的信号功率：
Si min = Si | Pfa = const, Pd = const
保证下面灵敏所需接收机 gain = 120 ~ 160dB ，Simin＝-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： 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
Si / Simin ，80~120 dB
4. 中频的选择与滤波特性：
fo
≥
1 2
∆f R
，中频选择通常选择
30M～500M，抑制镜频.实际
与发射波形特性，接收机工作带宽有关。
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、相位稳定度提高的本振，“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。
消，假负载处同相相加被吸收。
接收时， TR1 、 TR2 不放电，能量通过天线在接收机处同相相加，在发射机处同相相消，
由于裂缝桥的特性，发射机处信号很小。 通常要加接收机保护器。
图 3-5 平衡式收发开关原理图
3. 接收机保护器 P63，Fig.3.17。
图 3-6 环形器和接收机保护器
TR 管加二极管限幅器，发射功率不允许进入接收机。 铁氧体环行器：隔离度 20-30 dB ，要求 60-80 dB 。 加 TR 管、二极管限幅器。
（1）匹配滤波： (S / N )o max
（2）AGC：auto gain control. 3.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：线形放大，对数放大，动态范围。 二、主要质量指标
1.灵敏度 Simin ：用最小可检测信号功率 Simin 表示，检测灵敏度，给定虚警概率 Pfa ，达
2.晶体倍频型稳定本振 P69， Fig3.24
通过载频、稳定本振和相参本振均由同一基准频率倍频产生。
开环，倍频有相位噪声，稳定度为10−8 。
“可调谐”的稳定本振是指频率的变化能以精确的频率间隔离散的阶跃。
图 3-9 晶振倍频型稳定本振
§3.5 接收机的动态范围和增益控制
一、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。
三、稳定本振
1.锁相性稳定本振，可以构成可调谐的稳定本振。P68， Fig3.23 相位检波器，将 F 2 频率与混频器来的θ2 （ F′ 2 ）信号相比较，通过积分器控制速调管振 荡器，本振的稳定度为 10−8 ，取决于基准频率的频率稳定度。锁相电路准确将 fL 锁在 (N ± 1)F 上。
2
图 3-8 锁相型稳定本振
P( f ) P( f0 )
Bn
f
图 3-2 噪声带宽示意图
②“额定”噪声功率，网络匹配时 ZL = Zi* ，内噪声 un2 在负载上所形成的功率为：
N
=
kTBn
=
un2 4R
=
4kTRBn 4R
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 Bn 有关。
二.噪声系数和噪声温度。（反映接收机内部噪声） 1. 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
F = Si So
Ni No
，其中
Ni
=
kT0 Bn
，k
= 1.38×10−23
J
K ，规定输入噪声以天线等效电阻
RA 在室温 T0 = 290K 时产生的热噪声为标准。
线性系统： So = SiG
，
No = NiG + ∆N
， F = No = 1+ ∆N ，所以 F ≥ 1。
GNi
GNi
用分贝表示： F = 10 lg( Si Ni )dB ， F 无量纲，只适应于接收机的线性，准线性电路。 So No
T3 G1G2
+L+
Tn−1 G1G2 LGn−1
，当 Go
= 1时， Te
=
n i =1
Ti
i −1
Gj
j=0
∑n
当 Go = 1时， Fo = 1+
Fi−1
i −1
∏ i=1
Gj
j =1
参见课本 P59，公式（3.2..28）、公式（3.2.31）。 四、接收机灵敏度
1．识别系数： M
⎛ =⎜
⎝