一种新型雷达接收机前端的研制

一种新型雷达接收机前端的研制

1背景

雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备等组成。雷达发射机产生辐射所需强度的脉冲功率，其波形是脉冲宽度为K而重复周期为T的高频脉冲串。发射机现有两种类型：一种是直接震荡式（如磁控管振荡器），它在脉冲调制器控制下产生的高频脉冲功率被直接馈送到天线；另一种是功率放大式（主振放大式），它是由高稳定度的频率源（频率综合器）作为频率基准；在低功率电平上形成所需波形的高频脉冲串作为激励信号，在发射机中予以放大并驱动末级功放而获得大的脉冲功率来馈给天线的。功率放大式发射机的优点是频率稳定度高且每次辐射式相参的，这便于对回波信号进行相参处理，同时也可以产生各种所需的复杂脉压波形。

2雷达接收机的一般组成

接收机多位超外差式，由高频放大（有些雷达接收机不用高频放大）、混频、中频放大、检波、视频放大等电路组成。接收机的首要任务是把微弱的回波信号放大到足以进行信号处理的电平，同时接收机内部的噪声应尽量小，以保证接收机的高灵敏度，因此接收机的第一级常采用低噪声高频放大器。一般在接收机中也进行一部分信号处理。例如，中频放大器的频率特性应设计为发射信号的匹配滤波器，这样就能在中放输出端获得最大的峰值信号噪声功率比。

接收机的任务是：不失真的放大所需的微弱信号，抑制不需要的其他信号。雷达接收机的功能是鉴别所需回波和干扰信号，提取并放大有用信号，对其进行放大、滤波、下变频和数字化。干扰不仅包含雷达接收机本身产生的噪声。实际上，所有的雷达接收机都是超外差原理工作（如图4.1所示）。本地振荡器产生频率为f1的等幅正弦信号，输入信号是一中心频率为fc的已调制频带有限信号,通常f1>fc。这两个信号在混频器中变频，输出为差频分量,称为中频信号，fi=f1-fc为中频频率。输出的中频信号除中心频率由fc变换fi外，其频谱结构与输入信号相同。因此，中频信号保留了输入信号的全部有用信息。另外，超外差接收机的本振频率可随着发射机频率的改变而变化，同时并不影响中频滤波。接收机的其他形式包括超再生式、晶体视频式和射频调谐式。雷达信标有时采用超再生接收机，一方面是因为超再生接收机可以用一个管子既当发射机又当接收机，另一方面是因为结构简单和紧凑比灵敏度高更重要。晶体视频接收机结构简单，但灵敏度太差。射频调谐接收机只用了射频和视频放大；虽然它的噪声温度可能较低，但其灵敏度差，要达到普通雷达回波频谱的最佳带宽滤波是不现实的。只有对辐射比较宽的百分比带宽信号的雷达而言，滤波才是实用的。

图1 雷达接收机的一般组成

检测

目标

数据

处理

器 CPACS 译码器

数字信号处理器

模拟接收机

射频放大器

混频器 中频放大器

中频滤波器 中频限幅器 同步检波器

模数转换器 多普勒滤波器（组）

灵敏度时间控制 自动增益控制 稳定本质

相参振荡器

自动相位控制

90°相移 译码器 对数检波器 相位检波器 对数功率合成器 相位检波器

译码器

求模处理组合 单元平均虚处理 杂波图恒虚警

积累器 积累器

至显示器和数据处理器的检测判决

来自天线收发开关的输入回波信号

3信道化接收机基本原理

窄带搜索式外差接收机的测频精度、频率分辨率和灵敏度都较好, 但其搜索概率低而宽带式接收机虽然具有百分之百的截获概率, 但其它性能指标不是很理想。这里介绍的信道化接收机是一种单输人多输出的系统,（Single Input -Multiple Output ） 简称为SIMO 系统。其输人带宽可达倍频程甚至几个倍频程；输出分为许多个独立的、并联的口子, 每个输出口子的带宽根据要求而定, 可以做到输人带宽的百分之几到千分之几。它的测频精度、频率分辨率和灵敏度, 均可达到窄带搜索式外差接收机的水平, 而且又具有宽带式接收机百分之百的截获概率。信道化接收机的主要问题是体积大、成本高, 因而发展较慢。近年来, 由于微波介质谐振腔带通滤波器技术的迅速发展, 信道化接收机得以简单化、小型化, 以其优越的电性能很快进人实用阶段。

这里将简单介绍使用高性能介质谐振腔带通滤波器和各种放大器的C 波段信道化接收机前端的研制。

信道化接收机主要有两大类：一类是微波直接分路式，另一类是微波粗分路一中频细分路式信道化接收机。根据介质谐振腔带通滤波器具有带宽窄、带外抑制高的特性, 选择用微波直接分路式的方案, 可以简化电路, 提高可靠性。

图2 微波直接分路式信道化接收机子系统原理框图如图

微波直接分路式信道化接收机子系统原理框图如图所示。限幅器抑制强干扰信号, 饱和放大器用来提高接收机的动态范围, 微波频分器是接收机的核心部件, 该部件技术难度大, 有多种设计方案, 有96路频分器设计方案资料报道, 但未见性能较好的产品报道, 美国一电子侦察卫星上使用了微波直接分路信道化接收机, 但其分路带宽大多是几百兆赫到一千多兆赫, 体积和成本都相应增加。采用窄带介质谐振腔带通滤波器, 其分路带宽在C 波段可做到几十兆赫。

限幅器

耦合器 检波 整形放大 微波频分器 检波 放大 检波 放大 检波 放大 控制器

本系统微波频分方案见图3。介质谐振腔带通滤波器, 是将有用的信号保持, 滤除无用的信号, 其带外抑制的强度越大越好。本系统分频方案是利用带外抑制性能较好的介质谐振腔带通滤波器, 将一个个信道的频率分选出来, 这种介质谐振腔带通滤波器, 在C波段的带宽为80MHz,3dB 带宽外抑制可做到每10MHz下降10dB, 带外2000MHz内无影响系统性能的寄生通带,体积也较小,是接收机较理想的频分器件。

微波分路器

DRF1 DRF1 DRF1

图3 微波频分器

信号的截获概率是接收机的主要性能指标之一, 本方案采用带通滤波器3dB带宽连续交叠来解决这一问题。相邻几只滤波器滤波曲线如图3, 图中可以看出, 无论信号落在任何一个区域, 都会被截获, 理论上信号截获概率为百分之百。

性能参数

采用上述方案和解决几种问题的方法，在C波段实现的信道化接收机主要性能如下：（1）每路带宽为80MHz （2）响应延时<150ns

（3）相邻通道间模糊区<2.5MHz （4）同一信道的误判率<1/200

4结论

根据上述性能参数制作了个信道的接收机前端, 该前端使用后, 工作稳定可靠, 使用单位反映良好。说明本信道化接收机方案选择合理, 采用了最新的微波技术和数字电路技术, 整机简单化、小型化, 是现代电子侦察的可选的设备。

参考文献

[1].朱学棋, 满卫华“介质谐振腔带通滤波器”’推广与应用微波介质谐振腔带通滤波器学术交流会论文集

[2].姚彦, 梅顺良, 高葆新等，数字微波中继通信工程[M] 北京人民邮电出版社

[3].李统栋, 范志鹏, 李一民“信道化接收机”电子对抗学会第四届年会论文集