窄带系统与宽带系统

窄带系统和宽带系统

在雷达应用中，关于窄带信号、宽带信号、窄带系统、宽带系统，目前尚无统一的严格定义。但通常有以下几种约定或定义方法。

（1）按百分比带宽或相对带宽百分比带宽%B

2()%()H L H L f f B f f -=+

式中，H f —信号（系统）谱最高频率，L f —最低频率，B —带宽。

通常%B 较小时，称为窄带信号。例如美国定义为%1%B ≤时，称为窄带信号。

%B 超过一定值时，称为超宽带信号。例如：美国定义为%0.25B ≥、俄罗斯定义%1B ≥，称为超宽带信号。

当信号百分比带宽%B 界于上述两者之间，通常称之为宽带信号。

在雷达系统设计制造中，相对带宽或百分比带宽是重要的，它常常决定系统实现的难易程度。例如，一个带宽为100MHz 、分辨率为1.5m 的信号，若在X 波段实现，则可视为一个窄带系统，而在米波波段实现，则成为一个超宽带系统。

（2）按绝对带宽或距离分辨率

雷达探测的距离分辨能力R ∆与雷达信号的绝对带宽B 有如下关系：

2C R B ∆= （2）

式中C ——光速。

由式（2）雷达信号的绝对带宽B 越宽，则其距离分辨率R ∆越高（小），而与信号的中心频率大小无关。在高分辨雷达系统设计中，绝对带宽的大小比相对带宽或百分比带宽更有意义。

目前，尚无以绝对带宽划分窄带、宽带、超宽带信号的定量标准。但通常可以有一个定性的理解，例如，一个1MHz 带宽的信号（等效脉冲宽度1s μ、距离分辨率150m ）通常称之为窄带信号；而一个100MHz 绝对带宽的信号（等效脉冲宽度0.01s μ，距离分辨率1.5m ）通常称之为宽带信号；而一个1500MHz 绝对带宽的信号（等效脉冲宽度0.67ns ，距离分辨率0.1m ）可以称之为超宽带信号。

（3）按信号距离分辨率与所探测目标尺寸之比

在成像雷达系统中，能够得到目标图像的像素的多少是重要的。而这主要取决于雷达信号距离分辨率R ∆与目标线性尺寸L 的相对比值。

通常认为，当R L ∆>>时，即目标尺寸远小于雷达信号的距离分辨率时，目标回波呈“点目标”性质，雷达对目标不能在距离维成像，因而该雷达信号称之为“窄带信号”。例如一个带宽为1MHz 、脉宽1s μ的脉冲信号，在探测尺寸

为数十米的飞机目标时，显然表现为窄带信号特征。而采用同样的信号去探测大尺寸的月球时，则回波呈扩展“分布目标”性质，即表现为“宽带信号”，因而在处理时，必须作为“宽带信号”处理。

∆<<时，即目标尺寸远大于雷达信号距离分辨率当R L

时，目标回波呈扩展“分布”性质，雷达在距离维上可以对目标进行成像，该雷达信号称之为宽带信号或超宽带信号。

按照这个定义，“宽带”与目标尺寸关联。因而不同大小目标成像时，对雷达信号带宽（因而距离分辨率）要求不同，例如对空间碎片成像比对空间站成像所要求的信号绝对带宽要大许多。

（4）按信号距离分辨率与雷达阵列天线孔径之比

在阵列天线雷达系统设计中，天线孔径D与信号距离分辨率的比值关系，因而与信号带宽之间的比值关系是至关重要的参数。

∆>>，即天线孔径尺寸D小于或远小于雷达信号当R D

距离分辨率R

∆时，雷达天线系统可按常规窄带雷达设计分析，该雷达信号称之为“窄带信号”。

∆≤，即信号距离分辨率等于或小于天线孔径时，当R D

常规的窄带分析设计条件远不满足，此时的雷达信号称之为宽带信号。

∆<<，即信号距离分辨率远小于天线尺寸时，该当R D

雷达信号称之为超宽带信号。

该种定义的信号带宽与阵列天线的口径大小相关联，在大口径宽带阵列雷达系统设计分析中特别重要。

首先需要讨论宽带信号与窄带信号的定义。然而，没有文献或组织对宽带信号给出的严格定义，业内一般认为宽带信号与窄带信号是相对的，不满足窄带条件的信号就称为宽带信号。目前，窄带信号的定义也不尽相同。若信号带宽为B ，时宽为T，中心频率为f0，则窄带信号的定义有：

定义1：B << f 0，即相对带宽B/f 0<< 1 ,一般B/f 0< 0.1。即：信号带宽远小于中心频率的是窄带信号

定义2：2v/c<<1/TB,其中v 是阵列与目标的相对径向运动速度，c 是信号在介质中的传播速度。

定义3：( N－1) d/c<<1/B，其中N 是阵元数目，d 是阵元间距。

定义4：2 Bτθ +1≈1 ,其中τθ是整个阵列以及延迟线的延时之和。

定义5：该信号空间协方差矩阵在没有噪声时的第二个特征值小于噪声功率

频带宽度

简称为“带宽”，有时称必要带宽，是传送模拟信号时的信号最高频率与最低频率之差，单位为赫兹。即为保证某种发射信息的速率和质量所需占用的频带宽度容许值，以赫（Hz）、

频带宽度简单波形图

千赫（KHz）、兆赫（MHz）表示。

在实际应用中，规定把电流I范围在(0.7071I0 < I < I0)所对应的频率范围(f1 ~ f2)叫做串联谐振电路的通频带(又叫做频带宽度)，用符号B或D f表示，其单位也是频率的单位。

有效带宽

信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度。信号的大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带中，这就是有效带宽