新雷达原理－2雷达发射机

《新雷达原理－2雷达发射机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新雷达原理－2雷达发射机（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、雷达原理四川大学电子信息学院 杨晓庆第二章学习提示 掌握雷达发射机的基本类型 掌握雷达发射机的设计参考指标 掌握各种雷达射频管和放大链的特点 掌握脉冲调制器的基本原理雷达发射机简介雷达发射机伴随着二次世界大战初出现的第 一批搜索雷达的应用而诞生。(真空三极管发 射机，工作频率限于VHF和UHF)在随后的年代相继出现了速调管（美国人 Varian兄弟发明），磁控管（英国人Radall和 Boot发明），行波管(Rudolph Kompfiner博 士发明）等微波电子管，并付之实用。促使 雷达发射机在微波频段获得大发展。第二章 雷达发射机 2.1 雷达发射机的任务和基本组成 发射机的任务？ 在控制

2、下产生周期性大功率微波脉冲振荡，作为雷达发射 信号。 发射机的特点： 体积大 重量重 成本高 消耗功率大 为何发射机功率如此之大？ 雷达距离4次方与功率、天线孔径面积成正比。 是否可以通过增加天线孔径面积来提高作用距离？ 天线与发射功率综合考虑。 为何采用脉冲方式？ 成本增加？ 如象广播电台那样，只用连续波方式可以大大降低 发射机成本？ 连续波雷达需要两个天线，会带来探测距离的3dB的 损失。调制方式：振幅调制 CW pulsewidth，repeat frequency频率调制fixed freq频率分集freq coded LFM频率捷变相位调制随机相位 相位相参相位编码基本组成基本组成(

3、1) 主振放大式fsfs主控振荡器中间射频 功放末级射频 功放脉冲调制器定时器电源fs(2) 单级振荡式 至天线定时器脉冲调制器大功率射 频振荡器电源2.22.2、主要技术指标、主要技术指标 根 据 雷达用途雷达用途 使用性能使用性能 是雷达发射机电路设计、制作的依据。 1.1. 工作波段工作波段( (发射管的选择？发射管的选择？) )2. 频率与什么有关系？或 fs 直接影响 作用距离抗干扰(雨雪、海浪) 性能分辨率微波三、四极管UHF，VHFUHF，L、S、C、X磁控管、行波管、速调管、正交场放大管X波段以下目前可以用晶体管器件实现 雷达发射机的瞬时带宽 只针对主振放大发射机 在不进行任何

4、调整时工作频率的可变化范围 ，其输出功率值的变化小于1dB 瞬时带宽大于所放大信号带宽 瞬时带宽的大小决定了放大管的类型 目标识别，成像2. 2. 发射脉冲功率发射脉冲功率P Pt t：内射频振荡的功率（内射频振荡的功率（KWKW）Pt rmax 电路、结构复杂，可靠性，造价 3. 3. 脉冲宽度脉冲宽度 ：射频振荡持续的时间。（射频振荡持续的时间。（s s） 距离分辨率 盲区 Ptrmax 近量程 窄 高分辨率 0.05 0.1s 远量程 宽 作用距离远 0.5 1.2s 中量程 中 兼顾上述两者 0.2 o.4 s 4. 4. 脉冲重复频率脉冲重复频率F F：每秒钟发射的次数（每秒钟发射的

5、次数（HzHz） v F回波脉冲积累数个rmaxvF与测距关系F=4004000Hz 5总效率： 发射机的输出功率与输入总功率之比 6信号的稳定度或者频谱纯度： 信号的各项参数，例如信号的振幅、频率（或 相位）、脉冲宽度及重复频率是否随时间变化 。影响频谱纯度的两个因素？相位噪声相位噪声是指单位Hz的噪声密度与信号总功率之比,表现为载波相位的随机漂移,是评价频率源(振荡器)频谱纯度的重要指标 寄生干扰 真空电子管雷达发射机设计方法 方案考虑 （1）确定发射机类型 主振放大 信噪比40dB以上 单极振荡 信噪比30dB以下 大功率锁相技术 （2）确定发射机组成形式 1射频系统 峰值功率在1MW以

6、内的行波管或速调管放大 链 一级固体功率放大器驱动一级真空管放大器 5MW 一级固体功率放大器驱动二级真空管放大器2.3单级振荡和主振放大式发射机频率捷变的主振放大发射机速调管行波管正交场放大器各种射频管的比较 速调管： 增益高，带宽窄，造价较高，重量大 行波管： 增益较高，带宽较宽，造价高，重量大 正交场放大管： 增益低，带宽较宽，造价低，重量轻。 射频放大链： 行波管行波管 这种放大链具有较宽的频带, 可用较少的级数提供较高的增 益, 因而结构较为简单。 但是它的输出功率往往不大, 效 率也不是很高, 常应用于机载雷达及要求轻便的雷达系统中 。 行波管速调管 它的特点是可以提供较大的功率,

7、 在增益和效率方面的性能 也比较好, 但是它的频带较窄, 速调管本身以及要求的附属 设备(如聚焦磁场及冷却和防护设备等), 使放大链较为笨重 , 所以这种放大链多用于地面雷达。 行波前向波管 这种放大链频带较宽, 增益较低。体积重量相对不大, 因而 在地面的机动雷达、相控阵雷达(末级通常采用多管输出)以 及某些空载雷达中应用日趋增多。 2.3.4 射频放大链应用举例某精密跟踪雷达用的发射机, 工作在C波段, 要求输出脉冲功率为2.5 MW, 1 dB带宽为1 %, 射频脉冲宽度为0.8s(前沿宽度不大于0.10.5s, 后沿宽度不大于0.150.2s), 脉冲重复频率可在600800 Hz的范

8、围内以三种不同的值跳变。 其主振器(固体微波源)的输出功率为20 mW、 脉冲宽度为4 s的射频脉冲。2.4固态发射机 固体器件具有优势，但替代真空器件过程缓慢 具有优势： （1）不用阴极加热，寿命长。 不存在预热延时和灯丝功率浪费，使用寿命几乎无限。 （2）工作电压低，可靠性高。 固态电路工作电压是伏特级 （3）平均无故障时间长。 固态电路MTBF大于10万小时 （4）不需要脉冲调制器，效率高。 固态雷达发射机通常工作于C类，它的射频的开和关是自触发的。 （5）模块故障时，系统具有故障弱化功能。 出现模块故障，功率下降20lgr，r为工作放大器与总数之比。 （6）可以获得很宽的带宽。 真空电

9、子管带宽为1020。固态发射模块为50以上。表 2.4 应用于雷达系统中的各种固态发射机的特性 固态微波功率的产生微波晶体管： 在较低频率成为微波真空管的代替品，主要在UHFL波段。功率输出为 50500W在L波段由单个晶体管得到的连续波功率可以达到几十瓦。微波晶体管的输出功率受到制约的因素：集电极和基极结电压的击穿值 器件的热损耗 器件的输入输出端的阻抗限制微波场效应管砷化钾场效应管，硅功率场效应管120GHz可以适用。 砷化钾场效应管与硅功率场效应管最大区别？能工作在L波段以上，但是这种器件的峰值功率和平均功率都很低，而且 随着频率升高而变坏。雪崩二极管和耿氏二极管300GHz以上必须使用

10、电子碰撞半导体器件：兼有半导体和真空技术的器件。带宽大，增益高，高效率和长寿命。表一为国外典型雷达发射机一览表 型号或代号国 别研制年 代主要技术参数类型末级功放 器件工作频率输出功率408中60年代 初VHF 常值功率1兆瓦平均功率4KW自激振 荡四级管 TU-56AN/FPS-85美60年代 初VHF 常值1兆瓦 平均400KW主振放大 相控 阵四级管 4CX250154-中60年代C波段 常值1兆瓦 平均1KW自激振 荡同轴磁控 管AN/FPS-16美50年代 中C波段 常值1兆瓦 平均640W自激振 荡磁控管AN/FPS-50美60年代中波段 常值5兆瓦 平均300KW主振放大速调管7

11、010中70年代波段 常值5兆瓦 平均50KW（单管）主振放大 无源相控阵速调管XX1中90年代S波段 常值250KW平均5KW主振放大 无源相控阵多注速调管型号或代号国 别研制年代主要技术参数类型末级功放器件工作频率输出功率XX0中70年代末C波段 常值2.5兆瓦 平均6KW主振放大速调管，双工兼异 联AN/FPS-108美70年代L波段 常值15.4兆瓦 平均1兆瓦 ，96个行波管推96个子 阵，空间合成主振放大 相控阵行波管QKW-1723AN/TPQ-37美70年代S波段 常值125KW平均5KW主振放大 无源相控阵行波管1743HXX71中80年代S波段 常值3.5兆瓦 平均6.2兆

12、瓦， 宽带放大200MHZ主振放大栅控行波管XX73中80年代末X波段 常值10KW 、1KW平均200W主振放大双模栅控行波管AN/TPS-70美80年代初S波段 常值3.5兆瓦 平均6.2兆瓦，宽带放大 200MHZ主振放大行波速调管AN/MPS-39 (MOTR)美80年代中C波段 常值500KW 平均5KW， 宽带放大500MHZ主振放大 无源相控阵前向波放大管VXC -1659型号或代号国别研制年代主要技术参数类型末级功放器件 工作频率输出功率172中80年代末C波段 常值500KW 平均大于1KW， 宽带放大400MHZ主振放大前向波放大管AN/FPS-115 (Pave pows

13、)美70年代波段 常值582.4KW 平均145KW， 两个局阵有源组件主振放大 有源相控阵全固态（末级 功放管 115W）AN/SPS-40美60年代波段 常值250KW 平均大于4KW主振放大 高功率相加全固态（末级 功放管 450W）AN/FPS-117美70年代L波段 常值24.75KW 平均大于5KW主振放大 行馈相控阵全固态（末级 功放管 100W）XX61中70年代波段 常值20KW 平均5KW主振放大 行馈相控阵全固态（末级 功放管 50W）XX2中80年代初波段 常值40KW 平均6KW集中式高功 率合成全固态（末级 功放管 100W）型号或代号国 别研制年代主要技术参数类型

14、末级功放器 件XX5中80年代L波段 常值90KW 平均9KW 空间合成主振放大 行馈相控 阵全固态（末 级功放管 220W）XX65中80年代末S波段 常 值大于15KW 平均1.5KW主振放大 集中 式高 功率全固态（末 级功放管 100W） 24K功放组件 每个功率 大于 800WXX3中90年代初S波段 常值大于60KW 平均大于6KW 空间合成主振放大 有源相控 阵全固态（末 级功放管 65W） 24K功放组件 567个功 率大于 110W 发射机工作频率是由雷达所执行任务来确定的，选择 频率要考虑大气层和各种气候对电波的影响（吸收、发 射、衰减等因素），测量精度和分辨要求以及允许发

15、射 机体积、重量等。 一般地面对空搜索，远程警戒雷达选用工作频率较低， 精密跟踪测量雷达选用频率较高，一般在C波段（ 5.4GHZ-5.9GHZ）。 大多数机载雷达受体积、重量、尺寸的严格限制，工作 频率大都选在X波段。 工作频率不同，发射机类型也不同，早期远警戒雷达发 射机用真空三、四极管，工作频率在VHF、UHF，后来 多腔磁控管，大功率速调管，以及行波管，正交场放大 管等工作频率L波段，S波段等。 在S波段以下发射机大多数选用全固态发射机，并 广泛地取代原有真空管发射机。 在C波段和X波段，大功率发射机仍以真空管为主， 但砷化镓场效应晶体管放大器与先进有源相控阵技 术相结合，在此两频段上也可实现全固态发射机。 此项指标决定了发射机选用放大管的准则，对窄带 发射机可选用三四级管、速调管、微波晶体管等器 件。对宽带发射机可选用行波管，前向波管，多注 速调管，多注速调管及固态放大器件等。 固态雷达发射机功率合成 集中相加式高功率固态发射