雷达原理第三章
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n
n
动态范围 ：接收机能够正常工作所允 许的信号变化范围。
D = 10 lg(S i max S i min )
接收机的质量指标
n n n
n
中频的选择和滤波特性 工作稳定性和频率稳定度 抗干扰能力（抗有源干扰、无源干扰 和杂波干扰等） 微电子化和模块化结构
接收机的噪声
n
n
噪声来源
电阻热噪声 噪声电压均方值： u n2 = 4kTRB n
n
跟踪雷达
B0 = 2~5
τ
THE END
准匹配滤波 用物理可实现的实际滤波器逼近匹配滤 波器，成为准匹配滤波。 失配损失：
n
S ρ = N ≈
S N max
滤波和接收机带宽
n
具体结果：P72 表3.4
滤波和接收机带宽
n
接收机带宽选择
n
警戒雷达
n n
中频带宽： B RI = Bopt + ∆f x 视频带宽： Bv ≥ Bopt 2
H ( f 0 ) ≥ H ( f ) , ∀f
噪声系数
定义 线性系统输入端信噪比与输出 端信噪比的比值为噪声系数
Si N i F= So N o
噪声系数
Si N i No = F= So N o NiG
N o = GN i + ∆N 由于，S o = GS i , 所以： F = 1 + ∆N GN i
高频 输入
混频器
本地振荡器
接收机的组成
• 一般方框图
接收机组成
n
n
n
接收机保护器：在发射、或收到强信号 时，保护接收机 低噪声高放： 放大微弱的目标回波信 号 混频器：将信号频率迁移到合适、固定 的中频
接收机组成
n
n
n
中频放大器（滤波器）：放大固定频率 的目标回波信号 近程增益控制（STC）：使机增益与距 离n次方成正比接收 G = G0 + nR(dB) 自动增益控制（AGC）：根据接收信号 的功率，自动调整接收机增益，使其输 出保持在合适的功率范围内
混频器
n
镜像抑制混频器
中频输入 本振输入 90o 混合接头 90o 混合接头 镜频抑制
射频 输入
自动频率控制和本机振荡器
n
n
磁控管发射机的自动频率控制 特点：设置稳定本振，利用发射频率与 本振频率的鉴频误差，调谐发射频率， 达到相对稳定。 稳定本振
n n
锁相型稳定本振 晶振倍频型稳定本振
增益控制
雷达接收机的高收发开关
n
n
发射状态： TR1、 TR2放电，发射信号 在天线口同相合成， 泄露信号在假负载口 同相合成，被假负载 吸收，在接收机保护 器端反相相消。 接收状态： TR1、 TR2不放电，接收信 号在假负载口反相相 消，在接收机保护器 端同相合成。
接收机保护器
级联电路的噪声系
F=
1 F − 1 FI − 1 ( FR + C + ) GR GRGC Gt Gg GI
接收机灵敏度
定义 当接收机线性系统输出端的信噪比 S ≥M 时，接收机能够正常检测目 N 标回波信号，此时在接收机输入端 的信号功率为接收机灵敏度
o o
接收机灵敏度
Si N i F= So N o
额定噪声功率： N 0 = kTBn
n
天线热噪声 2 u 噪声电压均方值： nA = 4kT A R A Bn 修正噪声温度： ′ + 36 TA = 0.876TA
(K )
接收机的噪声
n
噪声带宽
Bn =
∫
∞
0
Gn ( f 0 )
Gn ( f )df
=
∫
∞
0
H ( f ) df
2
H
2
( f0 )
,
S i min
So = M , N i = kT0 Bn ,∴S i min = kT0 Bn FM No
S i min = −114dBm + 10 lg F + 10 lg Bn + 10 lg M
雷达接收机的高频部分
n
高频部分
接收机 保护器 低噪声 放大器 混频器
本地振荡器
收发开关和接收机保护器
F = 1 + ∆N KT0 Bn G
关于噪声系数的几点说明
n n
n n
适用于线性和准线性网络 输入噪声为在室温时产生的额定噪 声功率 N i = kT0 Bn 其中 T0 = 290 K 常以分贝作为单位 无源网络的噪声系数
F =1 G
等效噪声温度Te
n
定义 将内噪声视为在天线温度下产生的。
∆N = kTe Bn G
kBnGTe ∆N = 1+ F = 1+ KT0 BnG KT0 BnG
所以
F = 1 + Te T0
Te = (F − 1)× 290
相对噪声温度 tc
n
定义 实际输出的中频额定噪声功率与仅由内 阻产生的噪声功率之比
N0 tc = Ni
N0 N0 ⇒ FG = F= Ni NiG
tc = GF
n
收发开关
任务：发射状态 将发射机输出功率接到天 线，保护接收机输入端 接收状态 将天线接收信号接到接收 机，防止发射机旁路信号 分支线型收发开关 n n 平衡式收发开关
分支线型收发开关
n
n
发射状态： TR、ATR 电离短路，通过λ/4分 支线对主馈线形成开 路，发射功率进入天 线，接收机输入端短路 保护； 接收状态：TR、ATR 开路，ATR通过λ/4分 支线对发射机形成短 路，天线接收信号通过 AR进入接收机。
接收机组成
n
n n
n
n
对数中频放大器：压缩输出信号的动态范 围，使输出信号功率与输入信号功率的对数 成正比 包络检波器：解调接收信号的脉冲包络 限幅放大器：消除接收信号的幅度变化，以 便进行相位解调 相位检波器：解调接收信号中的相位调制信 息 相干本振：提供稳定的中频参考信号
接收机的质量指标
灵敏度：表示接收机接收微弱信号 的能力。 接收机最小可检测信号功率Simin。 n 工作带宽：瞬时工作的频率范围
环行器 特点：单向传输高频信号能量。它控制 电磁波沿某一环行方向传输。
接收机保护器
n n n
环行器： 长期起效 TR管： 发射期间起效 限幅器： 长期起效
接收机保护器
接收机的高频部分
n
高频放大器发展趋势
n
低噪声放大
n n
参量放大 场效应管低放
混频器
n
单端混频器
射频输入 定向耦合器 二极管 中频输入
雷达接收机
西安电子科技大学
电子对抗研究所
主要内容
n n n n n
接收机的组成和质量指标 接收机噪声系数和灵敏度 接收机高频部分 本振和自动频率控制 滤波和接收机带宽
接收机的任务
放大微弱的回波信号，解调目 标信息
接收机的组成
n
简化方框图
接收机 保护器 低噪声 放大器 中频放大器 (匹配滤波器) 检波器 视频 放大
n
自动增益控制（AGC）
n
n
作用：在大信号输入时，使接收机处于线性放大状态，保 持信号较快的包络起伏调制（典型带宽20Hz以上） 特点：控制范围大，响应时间长(秒级) 作用：在遇到长时间的强干扰信号后，能够快速调整接收 机增益，不使接收机饱和，在强干扰结束，使接收机迅速 回到原有的线性放大状态，以便能够接收处理后续信号， 但对正常目标回波不起控 特点：响应时间快(5~20 τ )
本振输入
n n
f o = mf LO ± nf RF
m, n整数
存在寄生分量 本振信号的噪声出现在中频
f IF = f LO − f RF
混频器
n
平衡混频器 输出相位差180o的两个单端的混频器的并联
射频输入 180o 混合接头 本振输入 中频输入
信号的和出现在第三端口，差在第四端口 n 在二极管上同相的噪声在输出端抵消
级联电路的噪声系
Fn − 1 F2 − 1 F3 − 1 F = F1 + + +L+ G1 G1G2 G1G2 LGn −1
级联电路的噪声系
F = 1 + ∆N GN i 证明：根据噪声系数定义：
Fk = 1 + ∆N Gk N i
G = ∏ Gi , ∆N = ∆N 1 ∏ Gi + ∆N 2 ∏ Gi + L ∆N n
n
瞬时自动增益控制（IAGC）
n
n
n
近程增益控制（STC） 根据回波信号的迟延时间 （距离），控制接收机增益
滤波和接收机带宽
n
匹配滤波 满足最大信噪比准则的滤波器为匹配滤波 器，白噪声背景中的匹配滤波：
H (ω ) = S ∗ (ω )e jωt0
输出信噪比：
S 2E = N N0
滤波和接收机带宽
i =1
n n ∆ + ∆ + + ∆ L N G N G N 2∏ i n 1∏ i i=2 i =3 ∆N n ∆N1 ∆N 2 = 1+ + +L+ G1 N i G1G2 N i G1G2 L Gn N i
n
n
n
i =2
i =3
1 F = 1+ GN i
整理
Fk − 1 = ∆N N i Fn − 1 F2 − 1 F3 − 1 = F1 + + +L+ Gk G1 G1G2 G1G2 LGn −1
n
动态范围 ：接收机能够正常工作所允 许的信号变化范围。
D = 10 lg(S i max S i min )
接收机的质量指标
n n n
n
中频的选择和滤波特性 工作稳定性和频率稳定度 抗干扰能力（抗有源干扰、无源干扰 和杂波干扰等） 微电子化和模块化结构
接收机的噪声
n
n
噪声来源
电阻热噪声 噪声电压均方值： u n2 = 4kTRB n
n
跟踪雷达
B0 = 2~5
τ
THE END
准匹配滤波 用物理可实现的实际滤波器逼近匹配滤 波器，成为准匹配滤波。 失配损失：
n
S ρ = N ≈
S N max
滤波和接收机带宽
n
具体结果：P72 表3.4
滤波和接收机带宽
n
接收机带宽选择
n
警戒雷达
n n
中频带宽： B RI = Bopt + ∆f x 视频带宽： Bv ≥ Bopt 2
H ( f 0 ) ≥ H ( f ) , ∀f
噪声系数
定义 线性系统输入端信噪比与输出 端信噪比的比值为噪声系数
Si N i F= So N o
噪声系数
Si N i No = F= So N o NiG
N o = GN i + ∆N 由于，S o = GS i , 所以： F = 1 + ∆N GN i
高频 输入
混频器
本地振荡器
接收机的组成
• 一般方框图
接收机组成
n
n
n
接收机保护器：在发射、或收到强信号 时，保护接收机 低噪声高放： 放大微弱的目标回波信 号 混频器：将信号频率迁移到合适、固定 的中频
接收机组成
n
n
n
中频放大器（滤波器）：放大固定频率 的目标回波信号 近程增益控制（STC）：使机增益与距 离n次方成正比接收 G = G0 + nR(dB) 自动增益控制（AGC）：根据接收信号 的功率，自动调整接收机增益，使其输 出保持在合适的功率范围内
混频器
n
镜像抑制混频器
中频输入 本振输入 90o 混合接头 90o 混合接头 镜频抑制
射频 输入
自动频率控制和本机振荡器
n
n
磁控管发射机的自动频率控制 特点：设置稳定本振，利用发射频率与 本振频率的鉴频误差，调谐发射频率， 达到相对稳定。 稳定本振
n n
锁相型稳定本振 晶振倍频型稳定本振
增益控制
雷达接收机的高收发开关
n
n
发射状态： TR1、 TR2放电，发射信号 在天线口同相合成， 泄露信号在假负载口 同相合成，被假负载 吸收，在接收机保护 器端反相相消。 接收状态： TR1、 TR2不放电，接收信 号在假负载口反相相 消，在接收机保护器 端同相合成。
接收机保护器
级联电路的噪声系
F=
1 F − 1 FI − 1 ( FR + C + ) GR GRGC Gt Gg GI
接收机灵敏度
定义 当接收机线性系统输出端的信噪比 S ≥M 时，接收机能够正常检测目 N 标回波信号，此时在接收机输入端 的信号功率为接收机灵敏度
o o
接收机灵敏度
Si N i F= So N o
额定噪声功率： N 0 = kTBn
n
天线热噪声 2 u 噪声电压均方值： nA = 4kT A R A Bn 修正噪声温度： ′ + 36 TA = 0.876TA
(K )
接收机的噪声
n
噪声带宽
Bn =
∫
∞
0
Gn ( f 0 )
Gn ( f )df
=
∫
∞
0
H ( f ) df
2
H
2
( f0 )
,
S i min
So = M , N i = kT0 Bn ,∴S i min = kT0 Bn FM No
S i min = −114dBm + 10 lg F + 10 lg Bn + 10 lg M
雷达接收机的高频部分
n
高频部分
接收机 保护器 低噪声 放大器 混频器
本地振荡器
收发开关和接收机保护器
F = 1 + ∆N KT0 Bn G
关于噪声系数的几点说明
n n
n n
适用于线性和准线性网络 输入噪声为在室温时产生的额定噪 声功率 N i = kT0 Bn 其中 T0 = 290 K 常以分贝作为单位 无源网络的噪声系数
F =1 G
等效噪声温度Te
n
定义 将内噪声视为在天线温度下产生的。
∆N = kTe Bn G
kBnGTe ∆N = 1+ F = 1+ KT0 BnG KT0 BnG
所以
F = 1 + Te T0
Te = (F − 1)× 290
相对噪声温度 tc
n
定义 实际输出的中频额定噪声功率与仅由内 阻产生的噪声功率之比
N0 tc = Ni
N0 N0 ⇒ FG = F= Ni NiG
tc = GF
n
收发开关
任务：发射状态 将发射机输出功率接到天 线，保护接收机输入端 接收状态 将天线接收信号接到接收 机，防止发射机旁路信号 分支线型收发开关 n n 平衡式收发开关
分支线型收发开关
n
n
发射状态： TR、ATR 电离短路，通过λ/4分 支线对主馈线形成开 路，发射功率进入天 线，接收机输入端短路 保护； 接收状态：TR、ATR 开路，ATR通过λ/4分 支线对发射机形成短 路，天线接收信号通过 AR进入接收机。
接收机组成
n
n n
n
n
对数中频放大器：压缩输出信号的动态范 围，使输出信号功率与输入信号功率的对数 成正比 包络检波器：解调接收信号的脉冲包络 限幅放大器：消除接收信号的幅度变化，以 便进行相位解调 相位检波器：解调接收信号中的相位调制信 息 相干本振：提供稳定的中频参考信号
接收机的质量指标
灵敏度：表示接收机接收微弱信号 的能力。 接收机最小可检测信号功率Simin。 n 工作带宽：瞬时工作的频率范围
环行器 特点：单向传输高频信号能量。它控制 电磁波沿某一环行方向传输。
接收机保护器
n n n
环行器： 长期起效 TR管： 发射期间起效 限幅器： 长期起效
接收机保护器
接收机的高频部分
n
高频放大器发展趋势
n
低噪声放大
n n
参量放大 场效应管低放
混频器
n
单端混频器
射频输入 定向耦合器 二极管 中频输入
雷达接收机
西安电子科技大学
电子对抗研究所
主要内容
n n n n n
接收机的组成和质量指标 接收机噪声系数和灵敏度 接收机高频部分 本振和自动频率控制 滤波和接收机带宽
接收机的任务
放大微弱的回波信号，解调目 标信息
接收机的组成
n
简化方框图
接收机 保护器 低噪声 放大器 中频放大器 (匹配滤波器) 检波器 视频 放大
n
自动增益控制（AGC）
n
n
作用：在大信号输入时，使接收机处于线性放大状态，保 持信号较快的包络起伏调制（典型带宽20Hz以上） 特点：控制范围大，响应时间长(秒级) 作用：在遇到长时间的强干扰信号后，能够快速调整接收 机增益，不使接收机饱和，在强干扰结束，使接收机迅速 回到原有的线性放大状态，以便能够接收处理后续信号， 但对正常目标回波不起控 特点：响应时间快(5~20 τ )
本振输入
n n
f o = mf LO ± nf RF
m, n整数
存在寄生分量 本振信号的噪声出现在中频
f IF = f LO − f RF
混频器
n
平衡混频器 输出相位差180o的两个单端的混频器的并联
射频输入 180o 混合接头 本振输入 中频输入
信号的和出现在第三端口，差在第四端口 n 在二极管上同相的噪声在输出端抵消
级联电路的噪声系
Fn − 1 F2 − 1 F3 − 1 F = F1 + + +L+ G1 G1G2 G1G2 LGn −1
级联电路的噪声系
F = 1 + ∆N GN i 证明：根据噪声系数定义：
Fk = 1 + ∆N Gk N i
G = ∏ Gi , ∆N = ∆N 1 ∏ Gi + ∆N 2 ∏ Gi + L ∆N n
n
瞬时自动增益控制（IAGC）
n
n
n
近程增益控制（STC） 根据回波信号的迟延时间 （距离），控制接收机增益
滤波和接收机带宽
n
匹配滤波 满足最大信噪比准则的滤波器为匹配滤波 器，白噪声背景中的匹配滤波：
H (ω ) = S ∗ (ω )e jωt0
输出信噪比：
S 2E = N N0
滤波和接收机带宽
i =1
n n ∆ + ∆ + + ∆ L N G N G N 2∏ i n 1∏ i i=2 i =3 ∆N n ∆N1 ∆N 2 = 1+ + +L+ G1 N i G1G2 N i G1G2 L Gn N i
n
n
n
i =2
i =3
1 F = 1+ GN i
整理
Fk − 1 = ∆N N i Fn − 1 F2 − 1 F3 − 1 = F1 + + +L+ Gk G1 G1G2 G1G2 LGn −1
