第_3_章__雷达接收机
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噪声高频放大器、混频器和本机振荡器;
(2) 中频放大器, 包括匹配滤波器; (3) 检波器和视频放大器。
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 (匹 配 滤 波 器 )
检 波 器
视频至 终 端 设 备 放 大 器
高 频 部 分
本 振
图3.1 超外差式雷达接收机简化方框图
件和中频部件的性能有关。在现代雷达接收机中, 中频的选择可以从30 MHz 到4GHz之间。当需要在中频增加某些信号处理部件, 如脉冲压缩滤波器, 对 数放大器和限幅器等时, 从技术实现来说, 中频选择在30MHz至500MHz更为 合适。 对于宽频带工作的接收机, 应选择较高的中频, 以便使虚假的寄生响 应减至最小。
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, 叫做动态范围。
为了保证对强弱信号均能正常接收, 要求动态范围大, 就需要采 取一定措施, 例如采用对数放大器、 各种增益控制电路等抗干 扰措施。
7源自文库
第3章雷达接收机
4.
接收机中频的选择和滤波特性是接收机的重要质量指标之一。
中频的选择与发射波形的特性、 接收机的工作带宽以及所能提供的高频部
2
第3章雷达接收机
天线
近程 增益 控 制 (STC )
A GC
收发 开关 接收 机保 护器 低噪 声高 频放大 器
混 频器 中频 放大 器 中频 增益 衰减 中频 滤波 器
发射 机 稳定 本振
对数 放大 器
线性 放大 器
相干 本振
包络 检波 器 视
90°
同频 检波 器
u I(t)
频
放
u Q (t)
大
器
限幅 放大 器
相位 检波 器
cos
sin
3
图3.2 超外差式雷达接收机的一般方框图
第3章雷达接收机 3.1.2
1. 灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。能接收的信号越 微弱, 则接收机的灵敏度越高, 因而雷达的作用距离就越远。 雷达接收机的灵敏度通常用最小可检测信号功率Si min来表示。
目前, 超外差式雷达接收机的灵敏度一般约为(10-12~10-14)W 所需增益约为106~108(120 dB~160 dB), 主要由中频放大器来完成。
采用单片集成电路: 包括微波单片集成电路(MMIC)、 中频单片 集成电路(IMIC)和专用集成电路(ASIC)；
其主要优点:体积小、重量轻, 芯片电路电性能一致性好，成本低。
用上述几种单片集成电路实现的模块化接收机, 特别适用于要求数量很大、 幅相一致性严格的多路接收系统, 例如有源相控阵接收系统和数字多波束形 成系统。 一种由砷化镓(GaAs)单片制成的C波段微波单片集成电路, 包括完整 的接收机高频电路, 即五级高频放大器、可变衰减器、移相器、 环行器和限 幅开关电路等, 噪声系数为2.5dB, 可变增益为30 dB 。
减小接收机噪声的关键参数是中频的滤波特性,
如果中频滤波特性的带宽大于回波信号带宽, 则过多的噪声进入 接收机。
如果所选择的带宽比信号带宽窄, 信号能量将会损失。
这两种情况都会使接收机输出的信噪比减小。 在白噪声(即接收
机热噪声)背景下, 接收机的频率特性为“匹配滤波器”时, 输出
的信号噪声比最大。
8
6、
有源干扰:敌方施放的各种杂波干扰和邻近雷达的异步脉冲干扰, 无源干扰:主 要是指从海浪、雨雪、地物等反射的杂波干扰和敌机施放的箔片干扰。
措施：频率捷变
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第3章雷达接收机 7.
在现代有源相控阵雷达和数字波束形成(DBF)系统中, 通常 需要几十路甚至几千路接收机通道。
常规的接收机工艺结构:体积、重量、耗电、成本和技术实现上 都有很大困难。
第3章雷达接收机
第3 章雷达接收机
3.1 雷达接收机的组成和主要质量指标 3.2 接收机的噪声系数和灵敏度 3.3 雷达接收机的高频部分 3.4 本机振荡器和自动频率控制 3.5 接收机的动态范围和增益控制 3.6 滤波和接收机带宽
1
第3章雷达接收机
3.1 雷达接收机的组成和主要质量指标
3.1.1 超外差式雷达接收机的组成 (1) 高频部分, 又称为接收机“前端”, 包括接收机保护器、低
un2 4kTRB
(3.2.1)
11
第3章雷达接收机 k为玻尔兹曼常数, k=1.38×10-23J/K;
T为电阻温度, 以绝对温度(K)计量, 对于室温17℃, T=T0=290K; R为电阻的阻值;
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第3章雷达接收机
发 射脉 冲 噪声
被 噪声 淹 没 的信 号
图3.3 显示器上所见到的信号与噪声
5
第3章雷达接收机
2. 接收机的工作频带宽度 接收机的工作频带宽度表示接收机的瞬时工作频率范围。
在复杂的电子对抗和干扰环境中, 要求雷达发射机和接收机具有较宽的工作 带宽, 例如频率捷变雷达要求接收机的工作频带宽度为(10~20)%。接收机的 工作频带宽度主要决定于高频部件(馈线系统、高频放大器和本机振荡器)的 性能。
第3章雷达接收机 5. 工作稳定性和频率稳定度
一般来说, 工作稳定性是指当环境条件(例如温度、 湿度、 机械振动等)和电 源电压发生变化时, 接收机的性能参数(振幅特性、 频率特性和相位特性等) 受到影响的程度, 希望影响越小越好。 大多数现代雷达系统需要对一串回波进行相参处理, 对本机振荡器的短 期频率稳定度有极高的要求(高达10-10或者更高)“稳定本振”。
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第3章雷达接收机
3.2 接收机的噪声系数和灵敏度
3.2.1 接收机的噪声 1.
它是由于导体中自由电子的无规则热运动形成的噪声。因为导体具有一 定的温度, 导体中每个自由电子的热运动方向和速度不规则地变化, 因而在导 体中形成了起伏噪声电流, 在导体两端呈现起伏电压。
根据奈奎斯特定律, 电阻产生的起伏噪声电压均方值
需要指出, 接收机的工作频带较宽时, 必须选择较高的中频, 以减 少混频器输出的寄生响应对接收机性能的影响。
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第3章雷达接收机
3. 动态范围
动态范围表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度 变化的范围。最小输入信号强度通常取为最小可检测信号功率Si min, 允许
最大的输入信号强度则根据正常工作的要求而定。 当输入信号太强时, 接收 机将发生饱和而失去放大作用, 这种现象称为过载。
(2) 中频放大器, 包括匹配滤波器; (3) 检波器和视频放大器。
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 (匹 配 滤 波 器 )
检 波 器
视频至 终 端 设 备 放 大 器
高 频 部 分
本 振
图3.1 超外差式雷达接收机简化方框图
件和中频部件的性能有关。在现代雷达接收机中, 中频的选择可以从30 MHz 到4GHz之间。当需要在中频增加某些信号处理部件, 如脉冲压缩滤波器, 对 数放大器和限幅器等时, 从技术实现来说, 中频选择在30MHz至500MHz更为 合适。 对于宽频带工作的接收机, 应选择较高的中频, 以便使虚假的寄生响 应减至最小。
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, 叫做动态范围。
为了保证对强弱信号均能正常接收, 要求动态范围大, 就需要采 取一定措施, 例如采用对数放大器、 各种增益控制电路等抗干 扰措施。
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第3章雷达接收机
4.
接收机中频的选择和滤波特性是接收机的重要质量指标之一。
中频的选择与发射波形的特性、 接收机的工作带宽以及所能提供的高频部
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第3章雷达接收机
天线
近程 增益 控 制 (STC )
A GC
收发 开关 接收 机保 护器 低噪 声高 频放大 器
混 频器 中频 放大 器 中频 增益 衰减 中频 滤波 器
发射 机 稳定 本振
对数 放大 器
线性 放大 器
相干 本振
包络 检波 器 视
90°
同频 检波 器
u I(t)
频
放
u Q (t)
大
器
限幅 放大 器
相位 检波 器
cos
sin
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图3.2 超外差式雷达接收机的一般方框图
第3章雷达接收机 3.1.2
1. 灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。能接收的信号越 微弱, 则接收机的灵敏度越高, 因而雷达的作用距离就越远。 雷达接收机的灵敏度通常用最小可检测信号功率Si min来表示。
目前, 超外差式雷达接收机的灵敏度一般约为(10-12~10-14)W 所需增益约为106~108(120 dB~160 dB), 主要由中频放大器来完成。
采用单片集成电路: 包括微波单片集成电路(MMIC)、 中频单片 集成电路(IMIC)和专用集成电路(ASIC)；
其主要优点:体积小、重量轻, 芯片电路电性能一致性好，成本低。
用上述几种单片集成电路实现的模块化接收机, 特别适用于要求数量很大、 幅相一致性严格的多路接收系统, 例如有源相控阵接收系统和数字多波束形 成系统。 一种由砷化镓(GaAs)单片制成的C波段微波单片集成电路, 包括完整 的接收机高频电路, 即五级高频放大器、可变衰减器、移相器、 环行器和限 幅开关电路等, 噪声系数为2.5dB, 可变增益为30 dB 。
减小接收机噪声的关键参数是中频的滤波特性,
如果中频滤波特性的带宽大于回波信号带宽, 则过多的噪声进入 接收机。
如果所选择的带宽比信号带宽窄, 信号能量将会损失。
这两种情况都会使接收机输出的信噪比减小。 在白噪声(即接收
机热噪声)背景下, 接收机的频率特性为“匹配滤波器”时, 输出
的信号噪声比最大。
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6、
有源干扰:敌方施放的各种杂波干扰和邻近雷达的异步脉冲干扰, 无源干扰:主 要是指从海浪、雨雪、地物等反射的杂波干扰和敌机施放的箔片干扰。
措施：频率捷变
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第3章雷达接收机 7.
在现代有源相控阵雷达和数字波束形成(DBF)系统中, 通常 需要几十路甚至几千路接收机通道。
常规的接收机工艺结构:体积、重量、耗电、成本和技术实现上 都有很大困难。
第3章雷达接收机
第3 章雷达接收机
3.1 雷达接收机的组成和主要质量指标 3.2 接收机的噪声系数和灵敏度 3.3 雷达接收机的高频部分 3.4 本机振荡器和自动频率控制 3.5 接收机的动态范围和增益控制 3.6 滤波和接收机带宽
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第3章雷达接收机
3.1 雷达接收机的组成和主要质量指标
3.1.1 超外差式雷达接收机的组成 (1) 高频部分, 又称为接收机“前端”, 包括接收机保护器、低
un2 4kTRB
(3.2.1)
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第3章雷达接收机 k为玻尔兹曼常数, k=1.38×10-23J/K;
T为电阻温度, 以绝对温度(K)计量, 对于室温17℃, T=T0=290K; R为电阻的阻值;
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第3章雷达接收机
发 射脉 冲 噪声
被 噪声 淹 没 的信 号
图3.3 显示器上所见到的信号与噪声
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第3章雷达接收机
2. 接收机的工作频带宽度 接收机的工作频带宽度表示接收机的瞬时工作频率范围。
在复杂的电子对抗和干扰环境中, 要求雷达发射机和接收机具有较宽的工作 带宽, 例如频率捷变雷达要求接收机的工作频带宽度为(10~20)%。接收机的 工作频带宽度主要决定于高频部件(馈线系统、高频放大器和本机振荡器)的 性能。
第3章雷达接收机 5. 工作稳定性和频率稳定度
一般来说, 工作稳定性是指当环境条件(例如温度、 湿度、 机械振动等)和电 源电压发生变化时, 接收机的性能参数(振幅特性、 频率特性和相位特性等) 受到影响的程度, 希望影响越小越好。 大多数现代雷达系统需要对一串回波进行相参处理, 对本机振荡器的短 期频率稳定度有极高的要求(高达10-10或者更高)“稳定本振”。
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第3章雷达接收机
3.2 接收机的噪声系数和灵敏度
3.2.1 接收机的噪声 1.
它是由于导体中自由电子的无规则热运动形成的噪声。因为导体具有一 定的温度, 导体中每个自由电子的热运动方向和速度不规则地变化, 因而在导 体中形成了起伏噪声电流, 在导体两端呈现起伏电压。
根据奈奎斯特定律, 电阻产生的起伏噪声电压均方值
需要指出, 接收机的工作频带较宽时, 必须选择较高的中频, 以减 少混频器输出的寄生响应对接收机性能的影响。
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第3章雷达接收机
3. 动态范围
动态范围表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度 变化的范围。最小输入信号强度通常取为最小可检测信号功率Si min, 允许
最大的输入信号强度则根据正常工作的要求而定。 当输入信号太强时, 接收 机将发生饱和而失去放大作用, 这种现象称为过载。