第四章 雷达发射机(1)

CUIT
工作比D(%) 0.01~1 0.1~10
22
典型脉冲天气雷达信号波形
CUIT
5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
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脉冲雷达线性调频信号波形
CUIT
24
脉冲雷达相位调制信号波形
5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4
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距离分辨力为： Δr=C/2B=cτ/2。 • 距离分辨力与可探测最大距离之间的乘积为一常数。 Δr×Rmax=常数 • 现代气象雷达采用了复合脉冲宽度方案：在远距离时或晴空 探测时选用宽的脉冲宽度，以使远距离目标回波具有足够的 强度； • 在近距离时选用较窄的脉冲宽度，以保证近距离观察时的距 离分辨力。
对于分布型寄生输出，测量的是单位频带内的寄生输出功率 与信号功率之比。因此测量的是1HZ以内的寄生输出。如果 测量设备的有效测量频带范围是△B，则用以下式进行计算。 原理一致。
∆B内的单边带功率 Pssb 10 = lg －10 lg ∆B L( f m ) = 10lg 信号功率 Ps
Pssb：单边带寄生输出功率 Ps：信号功率 例如：脉冲多普勒雷达一个典型要求是－80dB。
4
二、雷达发射机的组成
两种基本形式： 1. 单级振荡式发射机
只由一级大功率振荡器产生发射信号
2. 主振放大式发射机
先由高稳固体微波源产生，再经级联的放大电路， 形成满足功率要求的发射信号
5
两种方式的比较

单级振荡式发射机的性能特点：
1. 简单；经济；轻便 2. 质量技术指标低 3. 产生简单发射波形
气象雷达原理与系统
大气探测学院 电子工程学院
1
第四章 雷达发射机（一） --概述
1. 雷达发射机的任务 2. 雷达发射机的基本组成 3. 雷达发射机的主要技术参数 4. 雷达发射信号的形式
2
雷达系统工作示意图
3
一、雷达发射机的任务
产生一种特定的大功率无线电信号 解释：
1. 特定：波形的调制形式、载频的调制形式 2. 大功率：发射机的共有特征,保障最远的探测距离 3. 无线电：能够在自由空间传播的射频段信号
发射机的效率越高，对提高其整体性能有重大 意义。 • 发射机的效率由电源效率（一般0.9）、振荡 管的效率（一般0.3—0.6）、调制器的效率 （一般0.7—0.8）共同来决定，总体在0.20.5之间。
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6：发射机信号形式
波 形 简单脉冲 脉冲压缩 高工作比多普勒 调频连续波 调制类型 矩形振幅调制 线性调频 脉内相位编码 矩形调幅 线性调频 正弦调频 相位编码 连续波 100 30~50 100
7
主振放大式
主控振荡器 固 体 微波源 射频放大链 中间射频 功率放大器 输出射频 功率放大器 至天线
脉冲 调制器
脉冲 调制器
脉冲 调制器
定时器 电 源
控制保护电路、 冷却装置
触发脉冲
图 2.2 主振放大式发射机
8
三、发射机的主要技术参数
1：工作频率或波段——由雷达用途决定
• 工作频率或波段的不同，对发射机的设计影响很 大，特别是发射管。
Pav = Pt
τ
T
= Pt D
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• 单级振荡式发射机的输出功率取决于振 荡管的功率容量 • 主振放大式发射机则取决于输出级发射 管的功率容量。 • 通常由于考虑到器件的耐压、大功率击 穿等问题，在发射机中，常是提高平均 功率，而不过分增大发射机的峰值功率。
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5：发射机总效率
发射机输出功率与其输入总功率之比。
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雷达信号频谱纯度时域表示
2 • 已知振幅方差σ A 、相位方差σ φ2 、频率方差 • 频谱纯度可表示为：
σ
2 f
1 Pssb Vssb 2 2 =( • ) =σA = 2 2 Ps Vs fm
σ2 f
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重点内容：
• 发射机的两种结构形式 • 发射机的一些主要技术参数33 Nhomakorabea
主振放大式发射机的性能特点：
1. 复杂；昂贵；笨重 2. 质量技术指标高 3. 产生各种复杂发射波形
二者共性：都需要脉冲调制器为其提供大功率的脉冲波
6
单级振荡式
τ τ Tr 大功率射 频振荡器 收发 开关 至天线
Tr 定时信号 脉冲调制器
Tr
接收机 电 源 控制、测试 及保护电路
图 2.1 单级振荡式发射机
CUIT
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
25
7:信号的稳定度或频谱纯度

CUIT
信号的稳定度是指信号的各项参数是否随时 间作不应有的变化。
这些参数包括：信号的振幅、频率、相位、 脉冲宽度、脉冲重复频率等。 表达方式： ∆f / f

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理想的单脉冲信号频谱
1.5 1
15
距离分辨率单元 l
p
l
发射 脉冲 0
近区地 物回波
目标回波
10 20 30 40 50 60 70 km 机械距离刻度标尺
图 6.2
图2.2 具有机械距离刻度标尺的显示器荧光屏画面
16
距离分辨率单元
•
17
距离分辨率单元
18
4：输出功率
输出功率:直接影响雷达的威力与抗干扰能力,是指雷 达发射机送致电天线输入端的功率. 峰值功率Pt ：脉冲期间射频振荡的平均功率。 平均功率Pav ：脉冲重复周期内输出功率的平均值。
大功率发射管：
• 1000MHz以下，主要采用微波三、四极管； • 1000MHz以上，多用多腔磁控管、大功率速调管、 行波管、前向波管等。
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2、 脉冲重复频率
例如:
10
5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
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3、脉冲波形及脉冲宽度
a
雷达脉冲射频信号波形是一种理想的波 形，脉冲包络为理想的矩形。
12
实际发射脉冲波形及脉冲宽度
（a）
（b）
• 发射机产生的射频脉冲信号的包络并不是理想的矩 形，而是如图 (a)所示的近似矩形，那么实际信号 波形如（b） 13
• 脉冲宽度：调制脉冲的持续时间称为脉冲宽度， 记为τ或σ。
• 发射宽脉冲时，信号包含能量较多，回波能量 强。对于增大雷达的探测距离是有利的。
0.5
0
0
20
40
60
80
100
120
10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 120
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理想的周期脉冲信号频谱
1/Tr
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理想的脉冲雷达信号频谱
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实际的雷达信号频谱纯度
离散的 两种类型寄生输出 分布的 信号的随机性不稳定 信号的规律性不稳定
30
雷达信号频谱纯度频域表示