雷达原理-雷达发射机

本篇博文是看完西安电子科技大学的魏青老师的课程所做的学习笔记，特此记录。

雷达发射机的任务和基本组成

1. 雷达发射机的任务
   任务：产生大功率、特定调制的射频信号

   1. 射频信号：
      雷达发射和接收的都是射频信号，发射的是射频信号这个结论勿晕质疑，接收的情况分为两种，一种是静止的物体是不动的，这种情况接收到的信号就是射频信号，另一种是物体是运动的，会有一个多普勒效应计算在其中，多普勒效应的结果与目标物体的飞行速度有关，所以多普勒效应的结果对接收到的信号的频率的影响不是很大，所以接收到的也是射频信号，当接收到射频信号(频率很高)后，处理信号要进行采样，采样的方法为奈奎斯特采样定理，奈奎斯特采样的频率要大于2倍的接收频率，因此奈奎斯特的频率要很大，所以接收到的采样信号要经过混频装置，把频率降低，再进行采样，最后取包络得到视频信号

   2. 大功率：
      
      由上述公式看出，为了增大雷达的检测范围，要发射大功率的信号Pt

   3. 特定调制：
      i. 振幅调制

      1. 连续波信号
      2. 脉冲信号

      ii. 频率调制

      1. 固定载频，不调制
      2. 频率分集，对同一个目标进行探测，发射不同频率的载频来探测目标
      3. 频率编码
      4. 线性调频(LFM，Chirp)
         
      5. 频率捷变
         

      iii. 相位调制

      1. 随机相位，相位是随机变换的
      2. 相位相参，任意两个相位之间是有联系的，已知一个可以求出另一个
      3. 相位编码
2. 雷达发射机的分类和组成
   1. 单极振荡式发射机
      大功率电磁振荡产生与调制同时完成
      
   2. 主振放大式发射机(主控振荡器和射频放大链)
      先产生小功率的连续波信号，再分多级进行调制和放大
      组成：定时器、固体微波源、中间放大器、输出功率放大器、脉冲调制器
      
      如果雷达系统的发射信号、本振电压、相参振荡电压和定时器的触发脉冲均由同一基准信号提供，那么所有这些信号之间均保持相位相参性，通常把这种系统称为全相参系统。
      主振放大式发射机的四个特点：
      1. 具有很高的频率稳定度
      2. 发射相位相参信号
      3. 适用于频率捷变雷达
      4. 产生比较复杂的波形

雷达发射机的主要质量指标

1. 工作频率
   1. 频率与器件有关
   2. 频率与功率有关，频率越高，功率越低
2. 输出功率
   1. 平均功率P_av：脉冲重复周期T_r内的输出平均功率
   2. 峰值功率P_t：脉冲期间τ期间内射频振荡的平均功率
      
3. 总效率
   
4. 信号形式

   1. 简单脉冲，调制类型：矩形振幅调制，工作比(%)：0.01~1
      

   2. 脉冲压缩，调制类型：线性调频、脉内相位编码，工作比(%)：0.1~10

      1. 线性调频
         
      2. 脉内相位编码
         

   3. 高工作比多普勒调频连续波

   4. 连续波

5. 信号的稳定度和频谱纯度
   1. 信号的稳定度
      统计参数：方差
   2. 频谱纯度
      1. 矩形射频脉冲列的理想频谱
         
      2. 实际发射信号频率
         
      3. 离散型的寄生谱：主副瓣比(dB)
         
      4. 分布型寄生输出：频谱纯度(dB/Hz)
         
         

脉冲调制器

1. 目的是产生脉冲信号
   
2. 基本组成
   a. 电源：提供各种交直流的供电
   b. 充电元件：和储能元件配合，完成充电的功能，可由电容或电阻来充当
   c. 储能元件：把电源充电的能量储存，以备在脉冲发射期间使用
   d. 调制开关：当脉冲没有到来的时候，调制开关断开，完成给储能元件充电过程，当脉冲到来，调制开关闭合，储能元件放电
   
3. 分类：刚性开关脉冲调制器、软性开关脉冲调制器
   1. 刚性开关脉冲调制器：输出的前沿和后沿与要调制的脉冲前沿和后沿一样

      1. 本质是一个视频脉冲放大器，充分考虑在大功率下运行，保证了射频发生器的良好波形。

      2. 例题一：
         
         答案：
         

      3. 例题二：调制阳极脉冲调制器
         

         1. 工作原理：

            1. 休止期：v₁、v₂都截止，负偏压给C₀充电，直到-E_g
            2. 工作期前沿到来：v₁导通，v₂截止，恒流i_c，C₀电压上升至E为止
               
            3. 工作期后沿到来：v₁截止，v₂导通，恒流i_d，下降到-E_g为止
               

         2. 特点：

            1. 调制管上承担大功率
               
            2. 适用于宽脉冲和高工作比的雷达
            3. 顶部平坦，波形好
   2. 软性开关脉冲调制器：输出的前沿与要调制的脉冲前沿一样，后沿不一定一样
      开关控制脉冲的起始段，储能元件放电完毕后，脉冲自动结束
      软性开关脉冲调制器的典型线路：
      
      储能元件：人工长线(PFN)
      
      由于软性开关在控制其导通后只有通过它的电流下降到一定电平(接近于零)以后才能断开，因而储能元件只能是完全放电
      为了在负载上获得近于矩形的脉冲，储能元件用开路长线组成，根据开路长线向匹配负载放电的原理，在负载上可以形成宽度等于电磁波在长线上往返传播时间的矩形脉冲
      
      为了提高充电效率，在软性开关调制器中广泛采用电感作为充电元件。通常设计得使充电回路的自然谐振周期T_cℎ=2π√(L_chC₀ ) 等于脉冲重复周期T_r的两倍，即T_r=π√(L_chC₀) 这种充电方式称为直流谐振充电。
      在忽略充电电路的
      损耗时，仿真线在充电结束时的电压应为电源电压的两倍。
      
      

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当幸福来敲门

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