经典雷达资料-第5章__固态发射机

全固态雷达发射机的使用分析摘要随着电子元器件的不断升级发展与应用，我们已经使用了大量的全固态雷达发射机，全固态雷达发射机凭借它的众多优点取代了真空管雷达发射机。

同时随着电子元器件制造技术与工艺等方面的发展，全固态雷达发射机将继续进一步发展。

本文简单介绍了全固态雷达发射机的组成及其特点，并对全固态雷达发射机的故障监控、故障检测、信号测试方法等进行了论述。

关键词全固态雷达发射机；故障维修；电子元器件引言雷达发射机是为雷达系统提供射频发射信号，并将低频交流能量转换成高频率和大功率射频信号，然后经天馈线系统传输到天线并辐射到空间的设备。

其一般由调制器、荡源和功率放大器等组成。

在真空管雷达发射机中，主要器件都是由磁控管、真空管、闸流管等电子器件组成的。

随着晶体管电路的发展和应用，组成发射机的这些真空管器件逐步被晶体管代替。

因晶体管又被称为全固态器件，所以当发射机全部采用晶体管作为微波振荡源和放大器等组成发射机电路时，就被称为全固态雷达发射机。

由于发射机是雷达系统中最难实现全固态化的子系统，因此，雷达发射机全固态化以后，便实现了使整个雷达系统的全固态化，这样便减轻了系统的体积与重量，可大大提高雷达系统的可靠性与机动性。

1 全固态雷达发射机的介绍早期的全固态雷达发射机主要在HF、VHF和UHF波段工作。

但随着全固态雷达发射机的成熟应用和雷达系统的实际使用需求，其工作频段已逐步扩展至L波段和S波段。

全固態雷达发射机一般由前级放大器、末级功率放大器、功率分配器/合成器、电源、控保、冷却和监测指示电路等部分组成。

全固态雷达发射机目前基本上分为两大类：一类是采用高功率的、集中放大式的雷达发射机；第二类是采用分布式的有源相控阵雷达发射机。

前者一般用于要求具有高功率输出的单一天线发射的雷达系统；后者主要用于新型的有源相控阵雷达，此类雷达发射机的广泛应用，使雷达系统获得了更长的寿命、更高的可靠性，同时大大降低了雷达设备的维护、维修成本。

雷达发射机是雷达系统的一个重要组成部分，它产生满足要求的大功率射频发射信号，经馈线系统再由天线辐射出去，从而照射远处目标。

典型脉冲雷达框图如下，其中发射机(Transmitter)主要由三部分组成：高压电源，脉冲调制器和射频放大器。

发射机性能的好坏直接影响雷达整机的性能和质量，首先发射的电磁波信号必须具备一定的发射功率，对于不同体制和不同任务的雷达，发射机功率量级差别很大，例如，脉冲雷达的峰值功率可达到兆瓦级，而连续波雷达功率几十瓦就已经很高了。

雷达发射机输出功率的大小将直接影响雷达的探测威力，通常可分为峰值功率和平均功率。

通常规定发射机送至天线输入端的功率为发射机的输出功率，峰值功率指脉冲期间射频振荡的平均功率，用Pt 表示；而平均功率则是脉冲重复周期(PRI)输出功率的平均值，常用Pav 表示。

对于简单的矩形脉冲列来说，峰值功率和平均功率有如下关系：av t t P P P PRF Tττ=⋅=⋅⋅其中T 表示脉冲重复周期，τ表示脉冲宽度。

由于平均功率是决定雷达潜在探测距离的一个关键因素，雷达发射总能量等于平均功率乘以时间。

之前有人问：对于相参雷达，在不改变雷达设备硬件的基础下，怎么提高探测距离？这里从雷达发射机的角度给出几个方法：不改变雷达设备，说明峰值功率功率也已调制最高了，那么可以做的一种方法是：提高雷达的占空比D ，也就是要么增大脉冲宽度，要么增大PRF ；另外，多个脉冲积累会有效提高信噪比，从而改善雷达对目标的发现能力，也就是提高积累时间来获得更多的发射能量。

对于这个问题还需要结合具体的雷达和修正后的雷达方程来分析哪些参数是不能变的，哪些参数是方便改变的。

修正的雷达方程相关知识可见：对于发射电磁波信号的另一个特点是载波受到了调制，简单的如矩形脉冲，线性调频矩形脉冲，复杂的如相位编码信号，复杂的脉内和脉间调制信号等。

雷达的许多性能是与信号形式相关的。

例如早期的雷达发射的是载频固定的矩形调制脉冲，信号的时宽和带宽的乘积等于1，这就使增加时宽或带宽来获得速度或距离分辨率成为了一对相互制约的矛盾，而采用大时宽带宽积的复杂发射信号的脉冲压缩技术则解决了这对矛盾。

固态发射机模块名词解释
固态发射机模块是指多个微波功率器件和微波单片集成电路集成到一起构成一个基本的功能模块。

这种模块广泛应用于相控阵雷达和机载雷达。

固态发射机模块具有以下特点：
1.体积小、重量轻：由于采用了半导体器件，固态发射机模块的体
积和重量大大减小，有利于雷达系统的便携性和灵活性。

2.高效率：固态发射机模块采用了高效的功率合成技术，具有较高
的功率合成效率，能够降低能耗，提高雷达系统的续航能力。

3.高可靠性：固态发射机模块的半导体器件具有较长的寿命和较高
的可靠性，能够保证雷达系统的稳定性和可靠性。

4.高稳定性：固态发射机模块采用了先进的温度补偿技术，能够在
宽温度范围内保持稳定的性能，提高了雷达系统的测量精度和稳定性。

5.高适应性：固态发射机模块具有较强的适应性，能够适应不同的
工作环境和要求，提高了雷达系统的适应性和灵活性。

6.易于维护：固态发射机模块的半导体器件具有较低的故障率，同
时模块化的设计使得故障排查和维修更加方便快捷。

总之，固态发射机模块具有体积小、重量轻、高效率、高可靠性、高稳定性、高适应性和易于维护等特点，能够满足各种雷达系统的需求，是现代雷达技术的重要发展方向之一。

雷达发射机的分类
1. 连续波雷达发射机呀，就像不知疲倦的小蜜蜂，持续不断地发送信号。

比如汽车上的倒车雷达不就是这样嘛！
2. 脉冲雷达发射机呢，如同有节奏的鼓手，一下一下地发出信号。

你想想那些用于探测飞机的雷达不就是这样工作的咯！
3. 频率捷变雷达发射机呀，简直就是个机灵的小猴子，能快速灵活地改变频率。

这不就像玩游戏时快速变换战术的我们嘛！
4. 相位编码雷达发射机，宛如一个擅长加密的神秘高手，让信号变得特别神秘。

这跟我们设置复杂密码来保护自己的东西很像呢！
5. 多模雷达发射机呢，那可真是个全能选手，多种模式都能驾驭。

就好像一个人既会唱歌又会跳舞还会演戏一样厉害！
6. 固体雷达发射机，如同坚固的磐石，稳定可靠。

这不就像家里那个从来不出故障的老电器嘛！
7. 真空管雷达发射机，好像一位老当益壮的前辈，虽然有点年纪了但依然有它的用处。

是不是很像我们敬重的那些老一辈呀！
8. 分布式雷达发射机，就如同一张大网，分布在各个地方发挥作用。

这和我们大家一起合作完成一件大事不是很像吗！我觉得呀，这些不同类型的雷达发射机都有着自己独特的魅力和用途，真是太神奇啦！。

40kW L波段全固态雷达发射机1.概述固态雷达发射机应用广泛，对发射机而言其具有功率大、电压高、电流和热耗大等特点，又多以脉冲形式工作，因此发射机是雷达系统中可靠性较低的一种系统，是制约雷达可靠性的主要原因之一。

提高大功率雷达发射机的可靠性和可维性，特别是设备故障时具备在线维修功能对一套雷达系统长期稳定可靠工作至关重要。

本文介绍了一种新研制成功的L波段40kW全固态发射机。

该种发射机采用模块化设计、采用双机监控、双通道互为冗余热备份和同类发射机相比具有输出峰值功率大，工作脉宽较宽，设备维护方便、简单等优点，具有良好的可靠性和在线维修功能。

2.发射机的指标和系统构成2.1发射机的主要指标发射机的主要性能指标如下：（1）工作频率：f0±100MHz（L波段）;（2）发射机输入功率：16±2dBmW;（3）发射机输出功率：≥40kW（4）顶部起伏：≤1dB（5）工作占空比：8.8%（最大）（6）冷却方式：强制风冷2.2发射机的构成发射机由2个前级组件和16个固态组件实现输入功率14dBmW ～18dBmW，输出脉冲功率达到要求大于40KW。

具体为：两个前级组件输出的500W功率经过双工开关，由发射监控控制双工开关选通一个前级组件的输出功率送至一个1：4分配器再送到四个1：4分配器，共分成16路，驱动16个末级组件，16个末级组件输出的3.8KW功率先通过一个8：1空气板线合成器，再通过一个2：1波导魔T合成输出达到大于40KW的脉冲功率输出。

具体组成框如图1所示图1 发射机组成框图3.关键技术3.1双监控系统为提高发射机的可靠性，对可靠性较为薄弱的前级组件和监控系统采用双机系统冗余方案。

即采用两套一样的前级组件和监控系统，一套共用的末级放大组件。

通过备份前级组件和监控系统的方式来提供系统的可靠性。

监控系统对两套前级采用单独控制的方式，即一套控制系统对应控制一套前级和共同控制共同的末级放大组件。

雷达原理复习提纲大全发射机自激振荡式发射机（电真空）主振放大式发射机（电真空发射机、全固态发射机）单级振荡式发射机：简单、经济、轻便。

主振放大式发射机：频率稳定性高、发射信号相位相参、波形灵活。

雷达数据的录取方式：半自动录取和全自动录取固态发射机的优点：不需要阴极加热、寿命长；具有很高的可靠性：体积小、重量轻：工作频带宽、效率高：系统设计和运用灵活：维护方便，成本较低。

雷达原理知识点汇总第一章绪论1、雷达概念(Radar)：radar的音译，“Radio Detection and Ranging ”的缩写。

原意是“无线电探测和测距”，即用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置。

2、雷达工作原理：发射机在定时器控制下，产生高频大功率的脉冲串，通过收发开关到达定向天线，以电磁波形式向外辐射。

在天线控制设备的控制下，天线波束按照指定方向在空间扫描，当电磁波照射到目标上，二次散射电磁波的一部分到达雷达天线，经收发开关至接收机，进行放大、混频和检波处理后，送到雷达终端设备，能判断目标的存在、方位、距离、速度等。

3、雷达的任务：利用目标对电磁波的反射来发现目标并对目标进行定位。

随着雷达技术的发展，雷达的任务不仅仅是测量目标的距离、方位和仰角，而且还包括测量目标的速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。

4、从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息，通过什么方式获取这些信息？斜距R : 雷达到目标的直线距离OP。

方位角α: 目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。

俯仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。

5、雷达工作方式连续波和脉冲波6、雷达测距原理R=(C∆t)/2式中，R为目标到雷达的单程距离，∆t为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，C为电磁波的传播速率(3×108米/秒)7、影响雷达性能指标脉冲宽度（窄），天线尺寸（大），波束（窄），方向性。

•全固态电视发射机的技术特点1\模块化的设计全固态电视发射机最明显的特点是实行模块化设计,采用多个功放模块合成放大状态工作,不仅功放模块的设计裕量大,而且具有防止过电压、过电流、过温度和高VSWR的保护电路,因此,一般情况下,模块不会出现故障。

即使其中一块模块发生故障,只会使整机功率降低,不会造成停播。

•2\电脑控制技术全固态电视发射机拥有PC控制装置,时刻监视工作状态,状态显示器可浏览各单元的工作数据,捕捉故障点。

此外,它还带有多种接口,可连接打印机,连接数据网,通过外部计算机接口进行遥控遥测。

发射机监控系统采用自动控制、检测和计算机网络等技术后,对电视发射机实施本地和远程遥控,可以实时掌握发射机运行参数和运行状态,并能进行数据管理、数据查询、数据传递等,实现自动化的电视节目发射工作。

这一优势无疑可以大大减少因值班人员疏忽而造成延误开机的事故。

•寿命长，节省维护费用，备件少；•工作电压低，一般不易造成人身伤害，安全系数大；•电控系统简单，采用微机控制，可实现无人值守；•固态功放的并联冗余技术、双激励器技术，可不用备机；功放损坏可以降功率工作；大大提高了整机的可靠性，降低了发射机的停播率；•效率高，节省能源；•缺点，防雷性能较差；特别是发射机受到来自天线的雷电袭击时，极易造成功放管损坏。

在高山台使用时，这是不容忽视的大问题。

1 工作原理1．1 基本组成及工作原理我台GEM1133型全固态电视发射机采用模块化设计，技术先进、接口齐全、指标质量高、性能稳定、维护方便。

该发射机主要由8个部分组成:激励器、功率分配器、功率放大模块、功率合成器、控制系统、滤波器、冷却系统、电源•发射机采用了双激励器配置。

信号源送来的视音频信号送到电视激励器形成合成射频信号。

通过附加器进行双激励器的自动切换，功率分配器将激励器来的高频信号分成8路送到功放单元中。

高频信号经功放单元放大后，采用功率合成技术输出3kW射频功率。

全固态雷达发射机的使用分析首先，全固态雷达发射机具有更高的可靠性。

由于采用了固态电子元件，全固态雷达发射机不需要加热时间，启动速度更快。

与此同时，全固态雷达发射机的故障率更低，寿命更长。

这使得它适用于各种恶劣环境下的长期使用，并且可以减少雷达系统的维护和修理成本。

其次，全固态雷达发射机具有更低的功耗。

相对来说，固态电子元件工作时的功耗要低于管式雷达发射机，这可以减少雷达系统的总功耗。

对于一些需要长时间连续工作的场景，如长时间监测和探测任务，全固态雷达发射机的低功耗特性可以减少能源消耗，降低运营成本。

再次，全固态雷达发射机具有更小的体积。

与传统的管式雷达发射机相比，全固态雷达发射机的尺寸更小，重量更轻。

这使得它可以在更为紧凑的空间中安装，适用于一些对体积和重量要求较高的场景，如无人机、车载雷达等。

此外，全固态雷达发射机的小尺寸也有利于其集成到复杂雷达系统中，提高整体系统的性能和可靠性。

此外，全固态雷达发射机的使用还涉及到一些技术问题。

首先是频率的选择。

全固态雷达发射机可以在较宽的频带范围内工作，但要根据具体的应用场景选择合适的工作频率。

其次是输出功率的控制。

全固态雷达发射机可以通过调整电压和电流来控制输出功率，需要根据具体的需求进行调节。

此外，全固态雷达发射机还需要注意温度和湿度等环境因素的影响，避免工作温度过高、潮湿环境导致电子元件的性能下降。

综上所述，全固态雷达发射机具有更高的可靠性、更低的功耗和更小的体积。

随着技术的进步，全固态雷达发射机在各个领域的应用越来越广泛，将在未来的雷达发射机领域发挥更加重要的作用。

同时，我们在使用全固态雷达发射机时需要注意选择合适的工作频率、控制输出功率，并注意环境因素对其性能的影响。

第5章固态发射机Michael T. Borkowski5.1 引言在逻辑电路和其他小功率电路，甚至在像电源和低于1MHz的能量转换器这样的大功率应用系统中，固态器件已广泛代替了真空器件。

惟一的例外是阴极射线管（CRT），原因是它比等离子体显示器便宜得多。

由于单个固态器件的输出功率是相当有限的，所以，在雷达发射机中，从高功率的速调管、行波管（TWT）、正交场放大管（CFA）和磁控管到固态器件的过渡是渐进的。

然而，与真空管相比，固态器件有许多优点。

（1）不需要热阴极。

因此，不存在预热延迟、灯丝功率浪费，且使用寿命几乎无限期。

（2）器件工作在低得多的电压环境下。

因此，要求的电源电压是伏特级而不是千伏级，这样就避免了大空间、充油或密封的要求，从而，节省了电源的体积和重量，使电源和微波放大器获得较高的可靠性。

（3）用固态器件设计的发射机与真空管发射机相比，平均无故障时间（MTBF）得以提高。

已经测过的放大模块的平均无故障时间大于100000 h。

（4）不需要脉冲调制器。

用于雷达的固态微波器件通常采用C类工作方式，当射频驱动开和关时，它是自触发的。

（5）模块故障时，系统具有故障弱化功能。

这是因为发射机的输出功率是由大量的固态器件合成提供的，而且当个别单元故障时，其他单元能很容易地重新组合以弱化故障。

若以分贝表示，输出的总功率仅降低20lg r，其中r为工作的放大器与放大器总数之比。

（6）可获得很宽的带宽。

一般高功率的微波真空管能获得10%～20%的带宽，而固态发射模块可获得50%或更大的带宽，并具有好的效率。

（7）在相控阵雷达应用中，可获得很好的灵活性。

在相控阵雷达系统中，每个天线单元可以与单个有源收发组件相连接，这样就可消除通常存在于真空管系统中，位于点源管放大器与天线阵列表面之间的射频分配损耗。

另外，用于波束控制的相位移动可在低电平上，在有源阵列单元的输入馈电端实现。

这样就避免了辐射单元移相器高功率损耗，并提高了整机的效率。

第5章固态发射机Michael T. Borkowski5.1引言在逻辑电路和其他小功率电路，甚至在像电源和低于1 MHz的能量转换器这样的大功率应用系统中，固态器件已广泛代替了真空器件。

惟一的例外是阴极射线管（CRT）,原因是它比等离子体显示器便宜得多。

由于单个固态器件的输出功率是相当有限的，所以，在雷达发射机中，从髙功率的速调管、行波管（TWT）、正交场放大管（CFA）和磁控管到固态器件的过渡是渐进的。

然而，与真空管相比，固态器件有许多优点。

（1）不需要热阴极。

因此，不存在预热延迟、灯丝功率浪费，且使用寿命几乎无限期。

（2）器件工作在低得多的电压环境下。

因此，要求的电源电压是伏特级而不是千伏级，这样就避免了大空间、充汕或密封的要求，从而，肖省了电源的体积和重量，使电源和微波放大器获得较高的可靠性。

（3）用固态器件设讣的发射机与真空管发射机相比，平均无故障时间（MTBF）得以提高。

已经测过的放大模块的平均无故障时间大于100000 ho（4）不需要脉冲调制器。

用于雷达的固态微波器件通常采用C类工作方式，当射频驱动开和关时，它是自触发的。

（5）模块故障时，系统具有故障弱化功能。

这是因为发射机的输出功率是由大量的固态器件合成提供的，而且当个别单元故障时，其他单元能很容易地重新组合以弱化故障。

若以分贝表示，输岀的总功率仅降低201g r,英中/•为工作的放大器与放大器总数之比。

（6）可获得很宽的带宽。

一般高功率的微波真空管能获得10%〜20%的带宽，而固态发射模块可获得50%或更大的带宽，并具有好的效率。

（7）在相控阵雷达应用中，可获得很好的灵活性。

在相控阵雷达系统中，每个天线单元可以与单个有源收发组件相连接，这样就可消除通常存在于真空管系统中，位于点源管放大器与天线阵列表而之间的射频分配损耗。

另外，用于波束控制的相位移动可在低电平上，在有源阵列单元的输入馈电端实现。

这样就避免了辐射单元移相器高功率损耗，并提高了整机的效率。

【摘要】现代雷达系统中固态发射机的设计和使用已经成为一种主流趋势，其主要组成部分为发射组件。

功率是表征发射组件性能的一个重要参数，获得有效、精确的功率值对发射机乃至雷达整机的工作性能至关重要。

本文就发射组件的功率测量加以介绍，供其他测试人员参考。

【关键词】发射组件;精确;功率测量1、引言由于固态发射机具有以下优点：（1）不需要阴极加热，寿命长。

（2）具有很高的可靠性。

（3）体积小，质量轻。

（4）工作频带宽、效率高。

（5）系统设计和运用灵活。

（6）维护方便，成本较低。

所以在雷达系统中已经开始逐步替代常规的微波电子管发射机，成为目前国内外发射机设计中的主流趋势。

而发射组件是固态发射机的主要组成部分，其功率的大小将直接影响到发射机乃至雷达整机的工作性能，因此如何有效、精确的对发射组件功率进行测量显得尤为重要。

本文将以某型号S波段雷达固态发射机组件为例（输入峰值功率14W，输出峰值功率2.5～3KW，脉宽100μS，工作比≤10%），对功率测量进行介绍。

2、测量范围测算2.1测量仪表的选择微波测量仪表均有其计量范围，如频带范围、耐直流值、耐功率值等，超出计量范围会导致测量误差增大甚至损坏仪表，功率测量仪器微波峰值功率计也不例外，所以合理的测算所要测量指标是否在仪表额定标称值范围之内是每位测试人员必须重视和掌握的。

以Agilent公司的N1912A型功率计为例，与其配套的功率计探头标称频带范围为50M～18GHz，最小脉冲宽度50nS，耐功率值200mW，因此我们所要测量的发射组件频带范围和脉宽是在该功率计的测量范围之内的，但是无论是输入功率还是输出功率都是远远超过200mW的，这时我们需要通过选择合适的测量仪器将所要测量的功率衰减到功率计探头标称值以下。

2.2测量仪器的选择将大功率信号衰减成小功率信号常见的仪器有耦合器和衰减器，为了不影响功率的传输且方便对功率进行测量，在发射组件功率实际测量中常采用耦合度为30dB的单定向耦合器，本文中亦将选择此耦合度的耦合器，因为30dB的耦合度可以将信号强度衰减1000倍，所以输入功率通过耦合器的耦合口后衰减为14mW，已经处于功率计的测量范围之内，但是输出功率衰减后为2.5～3W，仍然超出功率计的测量范围，这时可以在耦合口上再加一个固定衰减器继续对信号进行衰减，为了方便测算，直接选用衰减度为20dB的固定衰减器再对信号进行衰减100倍，这时输出功率信号最终衰减为25～30mW，满足功率计的量程要求。