雷达接收机

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

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
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
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
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
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。
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
★ 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。
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
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
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
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
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
～
u2n＝4kTRBn
un 2 u No ( ) R 2R 4R
2 n
额定噪声功率
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
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
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
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。
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
(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。
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
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。
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 ,mBiblioteka n (dBmW) 114dB 10 lg Bn ( MHz) 10 lg F0
一般接收机的灵敏度在-90~-110dBmW