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1、第三章 雷达接收机第三章 雷达接收机 通过适当的滤波将天线上接收到的微弱高频信号 从噪声和干扰中选择出来，并经放大和检波后， 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。 通过适当的滤波将天线上接收到的微弱高频信号 从噪声和干扰中选择出来，并经放大和检波后， 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。 第一节 雷达接收机的组成和 主要质量指标 第一节 雷达接收机的组成和 主要质量指标 超外差接收机的组成超外差接收机的组成 接收机 保护器 接收机 保护器 低噪高放低噪高放混频器混频器中放中放检波器检波器视放视放 本振本振 高频输入高频输入至终端至终端 高频部分高频部分
2、发射机工作时，使接收机输入端 短路，并对大信号限幅保护 发射机工作时，使接收机输入端 短路，并对大信号限幅保护 提高灵敏度，降低接收机 噪声系数，热噪声增益 提高灵敏度，降低接收机 噪声系数，热噪声增益 保证本振频率与 发射频率差频为 中频，实现变频 保证本振频率与 发射频率差频为 中频，实现变频 视频部分视频部分 至质量指标部分 超外差技术超外差技术 如上图所示，当接收的电波频率如上图所示，当接收的电波频率fRF变化时，本振频率变化时，本振频率fL和选 频滤波器的中心频率 和选 频滤波器的中心频率f0= fRF能够同步改变，从而使输出的能够同步改变，从而使输出的fIF 固定不变，这种技术称为
3、外差技术，当固定不变，这种技术称为外差技术，当fIF低于低于fRF而高于信号 带宽 而高于信号 带宽B时就称为超外差技术。超外差技术具有灵敏度高、选 择性好、工作稳定、中频部分可标准化等优点。 时就称为超外差技术。超外差技术具有灵敏度高、选 择性好、工作稳定、中频部分可标准化等优点。 选频滤波选频滤波混频器混频器 本振本振 滤波滤波解调解调滤波滤波 无线电波 解调输出 无线电波 解调输出 fL fIF fRF 返回框图 高频部分：高频部分： （1）T/R 及保护器：发射机工作时，使接收机输入 端短路，并对大信号限幅保护。 （ 及保护器：发射机工作时，使接收机输入 端短路，并对大信号限幅保护。
4、（2）低噪声高放：提高灵敏度，降低接收机噪声系 数，热噪声增益。 （ ）低噪声高放：提高灵敏度，降低接收机噪声系 数，热噪声增益。 （3）Mixer，LD，AFC：保证本振频率与发射频率 差频为中频，实现变频。 ：保证本振频率与发射频率 差频为中频，实现变频。 返回框图 中频部分及中频部分及AGC： （1）匹配滤波： （ ）匹配滤波： （2）AGC：auto gain control. 视频部分：视频部分： （1）检波：包络检波，同步（频）检波（正交两 路），相位检波。 （ ）检波：包络检波，同步（频）检波（正交两 路），相位检波。 （2）放大：线性放大，对数放大，动态范围。）放大：线性放大，
5、对数放大，动态范围。 返回框图 主要质量指标主要质量指标 1.灵敏度：灵敏度：Simin，用最小可检测信号功率，用最小可检测信号功率Simin表示， 检测灵敏度，给定虚警概率 表示， 检测灵敏度，给定虚警概率Pfa，达到指定检测概 率 ，达到指定检测概 率Pd时的输入端的信号功率： 通常所需接收机 时的输入端的信号功率： 通常所需接收机gain= 120 160 dB， (增益主要由中频完成）增益主要由中频完成） Simin-120-140dBw 。 2. 工作频带宽度：指瞬时工作频率范围，频率捷变 雷达要求的接收机工作频带宽度为 工作频带宽度：指瞬时工作频率范围，频率捷变 雷达要求的接收机工
6、作频带宽度为1020% 。 3.动态范围：表示接收机能够正常工作所允许的输入 信号强度的变化范围。 过载时的 动态范围：表示接收机能够正常工作所允许的输入 信号强度的变化范围。 过载时的Si /Si min，80120 dB 4. 中频的选择与滤波特性： 中频输出频率 中频的选择与滤波特性： 中频输出频率f o 0.5f R ，中频选择通常选择，中频选择通常选择 30M500M。 5.工作稳定性和频率稳定度：指当环境变化时，接收 机性能参数受到影响的程度，频率稳定度，信号处 理，采取频率稳定度、相位稳定度较高的本振， “稳定本振”。 工作稳定性和频率稳定度：指当环境变化时，接收 机性能参数受到
7、影响的程度，频率稳定度，信号处 理，采取频率稳定度、相位稳定度较高的本振， “稳定本振”。 6.抗干扰能力：杂波干扰（抗干扰能力：杂波干扰（MTI，MTD）、有源干扰、 假目标干扰。 ）、有源干扰、 假目标干扰。 7.微电子化和模块化结构。微电子化和模块化结构。MMIC 微波单片集成电路、微波单片集成电路、 IMIC 中频单片集成电路、中频单片集成电路、ASIC 专用集成电路。专用集成电路。 第二节 接收机的噪声和灵敏度第二节 接收机的噪声和灵敏度 噪声来源：内部噪声、外部噪声噪声来源：内部噪声、外部噪声 3.2.1 接收机的噪声接收机的噪声 接收机中的馈线、放电保护器、 高频放大器或混频器产
8、生 接收机中的馈线、放电保护器、 高频放大器或混频器产生 由天线进入接收机的各 种干扰和天线热噪声 由天线进入接收机的各 种干扰和天线热噪声 噪声的谱性质噪声的谱性质 高斯白噪声高斯白噪声GWN、电阻热噪声在接收机通带内近似为白噪声 噪声电压均方值 、电阻热噪声在接收机通带内近似为白噪声 噪声电压均方值 测试设备的通带测试设备的通带 功率谱密度功率谱密度p(f)常数常数 噪声是随机信号，因而只能讨论 其时域和功率谱统计特性 式中 噪声是随机信号，因而只能讨论 其时域和功率谱统计特性 式中k为波尔兹曼常量为波尔兹曼常量 色噪声的定量描述色噪声的定量描述 等效噪声功率谱宽度等效噪声功率谱宽度 在雷
9、达接收机中，谐振电路级数 较多时， 在雷达接收机中，谐振电路级数 较多时，Bn常用常用3 dB 信号带宽信号带宽B 近似。近似。P55，表，表3.1 物理意义：将色噪声用功率相等 的带限白噪声来等效。 物理意义：将色噪声用功率相等 的带限白噪声来等效。 额定噪声功率额定噪声功率 网络匹配时网络匹配时ZL= Z *，内噪声在负载上所形成的功率为：，内噪声在负载上所形成的功率为： 结论：任何无源二端网络输出的额定噪声功率只与其温度结论：任何无源二端网络输出的额定噪声功率只与其温度T 和 通带 和 通带Bn有关有关 噪声系数噪声系数 接收机输入端信号噪声比与输出端信号噪声比的 比值。其公式为： 接收
10、机输入端信号噪声比与输出端信号噪声比的 比值。其公式为： 3.2.2 接收机的噪声系数和噪声温度接收机的噪声系数和噪声温度 规定输入噪声以天线等效电阻规定输入噪声以天线等效电阻RA在室温在室温T 0 = 290 K 时产生的热噪声为标准时产生的热噪声为标准 线性系统：线性系统： So=GSi ， No=GNi +N ，因而有：，因而有： 所以所以F 1 。 接收机引入噪声接收机引入噪声 噪声系数的物理意义 噪声系数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差的倍数。此时有： 噪声系数的物理意义 噪声系数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
11、其输入端的信噪比变差的倍数。此时有： NiGa是输入端噪声通过“理想接收机”后，在输出端呈 现的额定噪声功率。 是输入端噪声通过“理想接收机”后，在输出端呈 现的额定噪声功率。 噪声温度噪声温度 由噪声系数部分讨论的结果：由噪声系数部分讨论的结果： N（F-1)GNi 上式两边同时除以上式两边同时除以G，表示将所有的接收机内部 噪声折合成加在输入端的等效噪声，且设其为 ，表示将所有的接收机内部 噪声折合成加在输入端的等效噪声，且设其为 N/G=kTeBn 代入前述关系式，则有如下关系成立代入前述关系式，则有如下关系成立 Te= （F-1)To 考虑输入噪声主要为天线热噪声，则有接收机的 实际噪
12、声温度 考虑输入噪声主要为天线热噪声，则有接收机的 实际噪声温度Ts=Te+TA 噪声温度的物理意义 将接收机内部噪声看成是“理想接收机”的天线电 阻 噪声温度的物理意义 将接收机内部噪声看成是“理想接收机”的天线电 阻Ra在温度在温度Te时所产生的。时所产生的。 级联电路的噪声系数级联电路的噪声系数 整个电路的噪声系数为 结论：要 整个电路的噪声系数为 结论：要Fo减小，需减小，需Fi 减小，减小，Gi 增大，增大，Gi 影响最大，影响最大，Fo取决 于最前几级，所以要采用低噪声高放。 取决 于最前几级，所以要采用低噪声高放。 23 01 11212 111 . . n n FFF FF G
13、G GG GG 接收机灵敏度接收机灵敏度 识别系数识别系数 当接收机输出信号的信噪比达到当接收机输出信号的信噪比达到M时，才能检测出信号。时，才能检测出信号。 灵敏度灵敏度 令接收机输出信噪比达到令接收机输出信噪比达到M的输入最小可检测信号的输入最小可检测信号Simin 习题习题 已知接收机内噪声在输出端的额定功率为已知接收机内噪声在输出端的额定功率为 0.1W，额定功率增益为，额定功率增益为1012，测试带宽为，测试带宽为 3MHz，求等效输入噪声温度和接收机噪声 系数。 ，求等效输入噪声温度和接收机噪声 系数。 Te= （F-1)To AFC电路 调谐本振跟踪发射信号频率 电路 调谐本振跟
14、踪发射信号频率 第三节 接收机的几种附属电路第三节 接收机的几种附属电路 检测接收机输出信号频率检测接收机输出信号频率f I ，根据频率偏差产生误差电压 调整本振的混频频率，保证中频稳定不变。 ，根据频率偏差产生误差电压 调整本振的混频频率，保证中频稳定不变。 AGC电路电路 调整接收机的动态范围 接收机能够正常工作的允许的输入 信号的强度范围。 调整接收机的动态范围 接收机能够正常工作的允许的输入 信号的强度范围。 动态范围：动态范围： 1. 在跟踪雷达中，接收机输出的角误差信号强度只 与目标偏离天线轴的夹角有关，而与目标距离的 远近、目标反射面积的大小等因素无关。为了得 到这种归一化的角误
15、差信号，就需要 在跟踪雷达中，接收机输出的角误差信号强度只 与目标偏离天线轴的夹角有关，而与目标距离的 远近、目标反射面积的大小等因素无关。为了得 到这种归一化的角误差信号，就需要AGC。 2. 抗干扰，防止强杂波或干扰信号引起接收机饱和 过载。 抗干扰，防止强杂波或干扰信号引起接收机饱和 过载。 AGC电路的作用电路的作用 具体电路具体电路 对数放大器对数放大器 对数放大器可在中频上实现，也可在视频上实现；还 可中频输入，视频输出，形成对数检波器。 对数放大器可在中频上实现，也可在视频上实现；还 可中频输入，视频输出，形成对数检波器。 对数放大器振幅特性对数放大器振幅特性 线性对数放大器线性对数放大器 线性段与对数段交点处的输入输出电压线性段与对数段交点处的输入输出电压 线性段 对数段 输出电压 线性段 对数段 输出电压Uo与输入电压与输入电压Ui对数成正比的放大器对数成正比的放大器 压缩动态范围的另一种手段压缩动态范围的另一种手段 近程增益控制近程增益控制STC 脉冲体制雷达通常由整机时序模块在脉冲重复周期 内的不同距离区间控制放大链路增益来实现。 脉冲体制雷达通常由整机时序模块在脉冲重复周期 内的不同距离区间控制放大链路增益来实现。 防止近程杂波干扰所引起的中频放大器过载。防止近程杂波干扰所引起的中频放大器过载。
