雷达接收机

提高接收机灵敏度的措施



接收机中频放大器采用匹配滤波器，得到 白噪声背景下输出最大信号噪声比。 尽量降低接收机的总噪声系数F0,,尽量采 用高增益、低噪声高放 识别系数M与所要求的检测质量、采用的 检测方法、天线波瓣宽度、扫描速度、雷 达脉冲重复频率等均有关系。在保证整机 性能的前提下，尽量减小M的数值。
超外差接收机的优点

灵敏度高 增益高 选择性好 适用性广
雷达接收机几乎都是超外差式。
超外差式雷达接收机组成基本框图
简化框图
高频输入 接收机 保护器
低噪声高 频放大器
混频器
中频放 大器
检波器
视频放 至终端设备 大器
高频部分
本振
1、高频部分，又称接收机前端，包括接收机保护器、低噪声高 频放大器、混频器和本机振荡器
电阻热噪声
由导体中自由电子的无规则热运动形成 起伏噪声电压均方值
u 4kTRBn
2 n
k为波尔兹曼常数，k=1.28*10^(-23)J/K, T为电阻绝对温度，R 为电阻阻值，Bn为带宽
额定噪声功率

额定信号功率
负载阻抗与信号源 内阻匹配时，信号 源输出的信号功率 最大
Z＝R＋j X R N0 Z* ＝ R sR－j X
GR≥20dB
F0
FR G f Gg G1
无低噪声高放
F1 1 骣 ç ç F0 = F + c ç G fG gG 1 ç Gc 桫
1÷ ÷ ÷ ÷ ÷
用噪声温度Te表示：
F0 F1 Fn 1 F2 1 F3 1 G1 G1G2 G1G2 Gn 1
Fn 1 F2 1 F3 1 G1 G1G2 G1G2 Gn 1 F 1 Fn 1 F2 1 T0 3 T0 T0 G1 G1G2 G1G2 Gn 1
Rmax PGA t 2 (4 π ) S i min
1/4
★ 灵敏度
能 量 信号 噪声
如果不存在噪声，则不管目 标回波有多小，理论上都能 够检测到。
但实际系统都不可避免地在 噪声，因此接收机的输入信 号功率如果低于噪声水平， 目标就会完全淹没在噪声中， 从而不可能被可靠地检测出 来。 最小可检测功率不仅与噪声 有关，还有要求的检测概率 和虚警概率有关

a 发射机 4 a′ ATR b b′ TR 接收机 天线

4

4
分支线型收发开关
收发转换开关---平衡式
3dB裂缝桥
2 1
发射机 1 3 dB 裂缝桥 假负载 3 天线 2 接收机 4 发射机 1 保护器 3 dB 裂缝桥 天线 2 (a ) 假负载 3 (b ) 3dB 裂缝桥 (a ) TR1和TR2 假负载 3 天线 2 假负载
相位检波器 cos sin
视
接收机的主要质量指标



灵敏度 放大倍数（增益） 动态范围 中频的选择和滤波特性 抗干扰能力 工作稳定性
★ 灵敏度
衡量接收机接收（检测）微弱信号的能力。通 常用最小可检测信号功率Simin表示。 能检测的信号越微弱 , 则接收机的灵敏度越高 , 因而雷达的作用距离就越远。
目标距离
能 量
信号 噪声
目标距离
★ 灵敏度
目前 , 超外差式雷达接收机的灵敏度一般约为
(10-14~10-12)W, 保证这个灵敏度所需增益约为
120dB~160dB(放大倍数106~108), 这一增益主要
由中频放大器来完成。
★ 放大倍数（增益）

表示接收机放大信号的能力 若用对数表示，则称为增益 G=20lgK
实际输出噪声有三部分组成
N0 Ni G1G2 N1G2 N2
其中
N1 F1 1 kT0 BnG1
N 2 F2 1 kT0 BnG2
级联电路的噪声系数
两级电路级联时接收机总噪声系数
F2 1 F0 F1 G1

n级电路级联时接收机总噪声系数为
实际接收机输出的额定噪声功率与“理想 接收机”输出的额定噪声功率之比。
N0 Ni Ga N kT0 BnGa N
N0 N F 1 Ni Ga kT0 BnGa
N F 1 kT0 BnGa
接收机内部噪 声在输出端所 呈现的额定噪 声功率
关于接收机噪声系数的几点说明
2、中频放大器，包括匹配滤波器
3、检波器和视频放大器
天线
收发开关
发射机
接收机保护器
低噪声高频放大器 近程增益 控制(STC)
混 频 器
稳定本振
中频放大器
AG C
中频增益衰减
中频滤波器
对数放大器
线性放大器
相干本振
限幅放大器
90°
检波器
包络检波器
同频检波器 同步检波器 uI(t) uQ(t) 放 大 器 频
临界灵敏度
Si ,min kT0 Bn F0 M
令M=1
Si ,min kT0 Bn F0
对数表示
Si ,min
3
Si ,min (dBmW) 10 lg
10 Si ,min (dBmW) 114dB 10 lg Bn ( MHz) 10 lg F0
一般接收机的灵敏度在-90~-110dBmW
Si min
F0 Si N i S0 N 0
So N o min
So So N o N o min
Si Ni
接收机
So No
S 0 Si N i S o N0 F0 N o min
So Si F0 N i N o min
S0 S0 Si min F0 Ni kT B F 0 n 0 N 0 min N 0 min
接收机灵敏度
S0 kT0 Bn F0 ( )min kT0 Bn F0 M N0
识别系数
Si ,min
Si ,min kT0 Bn F0 M
～
u2n＝4kTRBn
un 2 u No ( ) R 2R 4R
2 n
额定噪声功率
wenku.baidu.com
Z＝R＋j X R N0 ZR ＝ sR－j X
*
～ u2n＝4kTRBn
un2 N0 kTBn 4R
任何无源二端网络的额定噪声功率只与其温度T 和通带Bn有关。
噪声系数的定义
Si/Ni
G a,
△N
噪声系数计算举例
自天线 馈线 Gf 1/G f 接收机 放电器 Gg 1/G g 限幅器 Gl 1/G l 低噪声 高 放 GR FR 混频器 Gc Fc 中 频 放大器 GI FI 至检波器
1 Fc 1 F1 1 F0 F R G f Gg G1 G G G R R c
So/No
定义：接收机输入端信号噪声比和输出端 信号噪声比的比值。
Si N i F S0 N 0
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 比变化的倍数。
噪声系数的另一定义：
Si N i N0 N0 F S0 N 0 N i S 0 Si N i Ga
微弱信号
放大 滤波
噪声和干扰
高频信号
检波（解调）
接收机结构
超外差式接收：将接收信号与本机振荡电路 的振荡频率，经混频后得到一个中频信号， 这称为外差式接收。得到固定的中频信号后 再经中频放大器放大的，称为超外差式。中 频信号经检波后得到视频信号。
1、在中频上要比在射频上更容易得到所需 的滤波器形状、带宽、增益和稳定性。 2、减小半导体闪烁噪声（1/f 噪声）的影 响，提高接收机灵敏度
Fn 1 F2 1 F3 1 F0 F1 G1 G1G2 G1G2 Gn 1
重要结论：
Fn 1 F2 1 F3 1 F0 F1 G1 G1G2 G1G2 Gn 1

为了使接收机的总噪声系数小，要求各级 的噪声系数小、额定功率增益高。而各级 内部噪声的影响并不相同，级数越靠前， 对总噪声系数的影响越大。因此，接收机 要采用高增益低噪声高频放大器。
(dBmW)
图3.13，P60
雷达接收机的高频部分
发射机
收发开关 天线 接收机保 护器 低噪声高 放
本机振荡 至主中放
前置中放 混频器
收发转换开关 接收机保护电路 高频放大器 混频器 本级振荡器
接收机的 “前 端”
收发转换开关
功能：
发射时，使天线与发射机接通，同时与接收机断开， 避免高 功率发射信号进入接收机把高放或混频器烧毁。 接收时，使天线与接收机接通，同时与发射机断开，以免因发 射机旁路而使微弱的接收信号受损失。
ΔN=kTeBnGa
温度Te称为“等效噪声温度”或简称“噪声温度”, 此时 接收机就变成没有内部噪声的“理想接收机”
噪声温度
Te RA TA 理 想 接收机 Ga RL
N kTe BnGa
N F 1 kT0 BnGa
Te ( F 1)T0 ( F 1)290K
1. 噪声系数只适用于接收机的线性电路和准 线性电路。 2. 为使噪声系数具有单值确定性，规定输入 噪声以天线等效电阻在室温290K时产生的 热噪声为标准。噪声系数只由接收机本身 参数确定。 3. 噪声系数没有单位。通常用分贝表示
4. 无源四端网络的噪声系数
RA 无源四端网络 Ga RL
Ni=kT0Bn
F0 1 F1 1
F0 1 T0 F1 1 T0
T3 Tn T2 Te T1 G1 G1G2 G1G2 Gn 1
接收机灵敏度
衡量接收机接收（检测）微弱信号的能力。
在虚警概率一定条件下，要使检测概率较高，信噪比 不能太低
接收机灵敏度
No=kT0Bn
No 1 F = N i Ga Ga
等效噪声温度
接收机外部噪声可用天线噪声温度 TA来表示 , 如果用额定 功率来计量, 接收机外部噪声的额定功率为
NA=kTABn
为了更直观地比较内部噪声与外部噪声的大小, 可以把接 收机内部噪声在输出端呈现的额定噪声功率ΔN等效到输 入端来计算, 这时内部噪声可以看成是天线电阻RA在温度 Te时产生的热噪声, 即
3 4
TR1和TR2
3 接收机 保护器
4
天线 2
气体放电管
TR1和TR2
1
4
接收机 保护器
收发转换开关---平衡式
天线 2 TR1和TR2 假负载 3 接收机 保护器
发射机
内容提要
接收机的任务和组成 接收机的主要质量指标 接收机的噪声系数和灵敏度
接收机的高频部分
本机振荡器和自动频率控制 接收机的动态范围和增益控制 滤波和接收机带宽
雷达接收机的任务
通过适当的滤波将天线接收到的微弱高频信号 从伴随的噪声和干扰中选择出来，并经过放大 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。
系统噪声温度TS
Te RA TA 理 想 接收机 Ga RL
Ts TA Te
对于低噪声接收机和低噪声器件，常用噪 声温度来表示其噪声性能。表3.2，P57
级联电路的噪声系数
Ni＝kT0Bn F1，G1，Bn F2，G2，Bn No＝No 12＋N2
根据定义，有
N0 F0 Ni G1G2

雷达接收机的电压放大倍数一般为 106~109 倍 相应的增益为120-180dB
★ 动态范围
定义：接收机能够正常工作所容许的输入信号 强度变化范围。 在接收机内部噪声电平一定的条件下，信 号太弱便不能检测；信号太强，接收机会发生 饱和过载，使目标回波显著减小，甚至丢失。 使接收机开始出现过载时的输入功率与最小 可检测功率之比
★ 中频的选择和滤波特性
中频选择与发射波形特性、接收机的工 作带宽、所能提供的高频部件和中频部 件的性能有关。一般在30M-500MHz
滤波特性---是减小接收机噪声的关键 输出信噪比最大化---匹配滤波
接收机的噪声系数 接收机的噪声来源
内部噪声 接收机内部器件产生的噪声。 外部噪声 由天线进入接收机的各种人为干 扰、天电干扰、工业干扰、宇宙干扰 和天线热噪声等。
组成：高频传输线+气体放电管 (传统) 种类：
分支线型收发开关 平衡式收发开关 铁氧体环形器
收发转换开关---分支线型
气体放电管
接收机保护放电器
大功率
等效电路
TR
小功率
发射机隔离放电器
大功率
ATR
小功率
收发转换开关---分支线型
高频传输线
4
4
收发转换开关---分支线型
高频传输线和气体放电管组成