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2. 接收机的工作频带宽度
接收机的工作频带宽度表示接收机的瞬时工作频率范围。 在复杂的电子对抗和干扰环境中, 要求雷达发射机和接收机具有 较宽的工作带宽, 例如频率捷变雷达要求接收机的工作频带宽度 为(10~20)%。接收机的工作频带宽度主要决定于高频部件(馈线 系统、高频放大器和本机振荡器)的性能。 需要指出, 接收机的 工作频带较宽时, 必须选择较高的中频, 以减少混频器输出的寄 生响应对接收机性能的影响。
第3章雷达接收机 3.1.2
1.
灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。能接收的信号越 微弱, 则接收机的灵敏度越高, 因而雷达的作用距离就越远。
雷达接收机的灵敏度通常用最小可检测信号功率Si min来表 示。 当接收机的输入信号功率达到Si min时, 接收机就能正常接收 而在输出端检测出这一信号。如果信号功率低于此值, 信号将被 淹没在噪声干扰之中, 不能被可靠地检测出来, 如图3.3所示。由 于雷达接收机的灵敏度受噪声电平的限制, 因此要想提高它的灵 敏度, 就必须尽力减小噪声电平, 同时还应使接收机有足够的增 益。
超外差式雷达接收机的简化方框图如图3.1所示。 它的主要 组成部分是:
(1) 高频部分, 又称为接收机“前端”, 包括接收机保护器、 低噪声高频放大器、混频器和本机振荡器;
(2) 中频放大器, 包括匹配滤波器; (3)
第3章雷达接收机
高频输入
接收机 保护器
低噪声高 频放大器
混频器
中频放大器 (匹配滤波器)
第3章雷达接收机 对于相干处理, 中频放大和中频滤波之后有二种处理方法,
见图3.2。第一种方法是经过线性放大器后进行同步检波, 同步 检波器输出的同相(I)和正交(Q)的基带多卜勒信号提供了回波的 振幅信息和相位信息。第二种方法是经过硬限幅放大(幅度恒定) 后进行相位检波, 此时正交相位检波器只能保留回波信号的相位 信息。
更为通用的超外差式雷达接收机的组成方框图如图3.2所示。
它适用于收、发公用天线的各种脉冲雷达系统。实际的雷达接
收机可以不(而且通常也不)
。
第3章雷达接收机
天线
近程增益 控制(STC)
AGC
收发开关 接收机保护器 低噪声高频放大器
混 频器 中频放大器 中频增益衰减 中频滤波器
发射机 稳定本振
对数放大器
输入的高频信号与稳定本机振荡信号或本机振荡器输出相混 频, 将信号频率降为中频。 信号经过多级中频放大和匹配滤波后, 可以对其采用几种处理方法。 对于非相干检测, 通常采用线性放 大器和包络检波器来为检测电路和显示设备提供信息。 当要求 宽的瞬时动态范围时, 可以采用对数放大器—检波器, 对数放大器 能提供大于80 dB的有效动态范围。
减小接收机噪声的关键参数是中频的滤波特性, 如果中频滤 波特性的带宽大于回波信号带宽, 则过多的噪声进入接收机。 反之, 如果所选择的带宽比信号带宽窄, 信号能量将会损失。这 两种情况都会使接收机输出的信噪比减小。 在白噪声(即接收机 热噪声)背景下, 接收机的频率特性为“匹配滤波器”时, 输出的 信号噪声比最大。
线性放大器
相干本振
包络检波器 视
90°
同频检波器
uI(t)
频
放
uQ(t)
大
器
限幅放大器
相位检波器 cos sin
图3.2 超外差式雷达接收机的一般方框图
第3章雷达接收机
对于非相参雷达接收机, 通常需要采用自动频率微调(AFC)电 路, 把本机振荡器调谐到比发射频率高或低一个中频的频率。 而 在相干接收机中, 稳定本机振荡器(STALO)的输出是由用来产生 发射信号的相干源(频率合成器)提供的。
第3章雷达接收机
3. 动态范围
动态范围表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度 变化的范围。最小输入信号强度通常取为最小可检测信号功率 Si min, 允许最大的输入信号强度则根据正常工作的要求而定。 当输入信号太强时, 接收机将发生饱和而失去放大作用, 这种现 象称为过载。使接收机开始出现过载时的输入功率与最小可检 测功率之比, 叫做动态范围。为了保证对强弱信号均能正常接收, 要求动态范围大, 就需要采取一定措施, 例如采用对数放大器、 各种增益控制电路等抗干扰措施。
检波器
视 频 至终端设备 放大器
高 频部 分
本振
图3.1 超外差式雷达接收机简开关加至接收机保护器, 一 般是经过低噪声高频放大器后再送到混频器。在混频器中, 高频 回波脉冲信号与本机振荡器的等幅高频电压混频, 将信号频率降 为中频(IF), 再由多级中频放大器对中频脉冲信号进行放大和匹 配滤波, 以获得最大的输出信噪比, 最后经过检波器和视频放大 后送至终端处理设备。
第3章雷达接收机
第3 章雷达接收机
3.1 雷达接收机的组成和主要质量指标 3.2 接收机的噪声系数和灵敏度 3.3 雷达接收机的高频部分 3.4 本机振荡器和自动频率控制 3.5 接收机的动态范围和增益控制 3.6 滤波和接收机带宽
第3章雷达接收机
3.1 雷达接收机的组成和主要质量指标
3.1.1 超外差式雷达接收机的组成
第3章雷达接收机
4.
接收机中频的选择和滤波特性是接收机的重要质量指标之 一。 中频的选择与发射波形的特性、 接收机的工作带宽以及所 能提供的高频部件和中频部件的性能有关。在现代雷达接收机 中, 中频的选择可以从30 MHz到4GHz之间。当需要在中频增加 某些信号处理部件, 如脉冲压缩滤波器, 对数放大器和限幅器等 时, 从技术实现来说, 中频选择在30MHz至500MHz更为合适。 对于宽频带工作的接收机, 应选择较高的中频, 以便使虚假的寄 生响应减至最小。
在图3.2中, 灵敏度时间增益控制(STC)使接收机的增益在发 射机发射之后, 按R-4规律随时间而增加, 以避免近距离的强回波 使接收机过载饱和。灵敏度时间控制又称为近程增益控制, 可以 加到高频放大器和前置中频放大器中。自动增益控制(AGC)是 一种反馈技术, 用来自动调整接收机的增益, 以便在雷达系统跟 踪环路中保持适当的增益范围。
第3章雷达接收机
发射脉冲 噪声
被噪声淹 没的信号
图3.3 显示器上所见到的信号与噪声
第3章雷达接收机
目前, 超外差式雷达接收机的灵敏度一般约为(10-12~10-14)W, 保证这个灵敏度所需增益约为106~108(120 dB~160 dB), 这一增 益主要由中频放大器来完成。
第3章雷达接收机
