雷达原理-雷达发射机

雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备等组成。 
注：天线的方向性越强，天线波瓣宽度越窄，雷达测向的精度和分辨力就越高。常用的雷达工作频率范围为220~35000MHz。

雷达发射机的任务是为雷达系统提供一种满足特定要求的大功率发射信号，经过馈线和收发开关由辐射到空间。雷达发射机通常分为脉冲调制发射机和连续波发射机。其中脉冲调制雷达发射机又分为单级振荡式发射机和主振放大式发射机。其中，脉冲调制雷达发射机又分为单级振荡式发射机和主振放大式发射机两类。

单级振荡式发射机的组成相对简单，成本也比较低、效率高，但性能较差，特别是频率稳定度低，不具有全相参特性。

主振放大式发射机的组成相对复杂，但性能指标较好，具有很高的频率稳定度，发射全相参信号，能产生复杂的信号波形，可实现脉冲压缩工作方式，适用于宽带频率捷变工作。但主振式发射机成本高，组成复杂，效率低。

现代雷达对发射机的主要要求： 
（1）发射相位全相参信号；（2）具有很高的频率稳定度；（3）能产生复杂信号波形；（4）适用宽带频率捷变雷达；（5）全固态有源相控阵发射机。 
雷达发射机的主要质量指标：（1）工作频率和瞬时带宽；（2）雷达发射机的输出频率直接影响雷达的威力范围和抗干扰能力。雷达发射机输出功率可以分为峰值功率和平均功率。指脉冲间射频振荡的平均功率，它不是射频正弦振荡的最大瞬时功率。是指脉冲重复周期内的输出功率的平均值。如果发射波形是简单的矩形射频脉冲串，脉冲宽度为，脉冲重复频率为，则有 

 

式中， 是脉冲重复频率， 是雷达的工作比。 
（3）信号形式和脉冲波形 
理想矩阵脉冲的参数主要为脉冲幅度和脉冲宽度，而实际脉冲是有上升沿和下降沿的脉冲，而且还有顶部波动和顶部倾斜。其中，脉冲宽度 为脉冲上升边幅度的0.9A处至下降边幅度0.9A处之间的脉冲持续时间；脉冲上升边宽度 为脉冲上升边幅度0.1A~0.9A处之间的持续时间。脉冲下降边宽度 为脉冲下降边0.9A~0.1A之间的持续时间；顶部波动为顶部振铃波形的幅度 与脉冲幅度A之比。脉冲顶部倾斜为顶部倾斜幅度与脉冲幅度A之比。 
（4）信号的稳定度和频谱纯度 
信号的稳定度是指信号的各项参数，即信号的振幅、频率、脉冲宽度及脉冲重复频率随着时间变化的程度。 
对于雷达信号的随机性不稳定性，可分别用振幅、频率或相位、脉冲宽度和定时采样方差进行度量。

任何平稳随机过程可以在傅立叶频率内用它的功率密度来表示。 
根据维纳-辛钦定理：平稳遍历随即过程的功率谱密度与其自相关函数或傅立叶变换对应关系，对于实随机过程，由于相关函数和谱密度都是偶函数，所以傅立叶变换具有余弦形式。

信号频谱存在两种类型的寄生输出：一类是离散的，另一类是分布寄生输出。前者相应于信号的规律性不稳定，后者相应于信号的随机性不稳定，对于离散型寄生输出。信号频谱的纯度定义为该离散分量的单边带单功率与信号功率之比，以分贝（dB）为单位。对于分布型寄生输出，信号频谱纯度则定义为偏离载频若干赫兹的傅立叶频率（）上每单元频带的单边带功率与信号功率之比，其单位以dB/Hz计。由于分布型寄生输出对于的分布是不均匀的，所以信号频谱纯度是的函数。通常用表示测量设备的有效带宽不是1Hz而是，那么所测得的dB与的关系可以近似表示为 

发射机的效率通常是指发射机输出射频功率与输入供电或发电机的输入功率之比。

发射机的主要部件：（1）射频大功率振荡器和射频放大链；（2）调制器，高压电源和冷却系统；（3）射频器件。

几种典型的雷达发射机：（1）自激振荡式发射机；（2）高功率速调管发射机；（3）用于机载雷达的带宽大高增益行波管发射机；（4）带宽大功率行波管—前向行波管发射机。

全固态雷达发射机一般分为两种类型：1.集中合成式全固态发射机；2.分布式空间合成有源相控阵雷达发射机。

用于发射机的真空管按工作原理分为三种：真空微波三极管、四极管、线性电子注微波管（O型），正交场微波管（M型）。 
单级振荡式发射机突出的优点是：工作电压较低、效率高、体积重量小和价格低。 
地面固定雷达发射机：对于地面固定雷达要求发射机输出功率高，脉冲宽度和重复频率变化不大，瞬时带宽较窄，首选阴极调制的高功率、高增益的单注速调管，它具有功率大、效率高、易冷却、电路较简单、寿命长、运行费用低等优点。 
机载侦查和火控雷达是一种多功能雷达，具有多种工作模式，要求发射机的脉冲宽度和重复频率变化范围大、瞬时频度宽、工作效率高等优点。 
电子注管的特点是电子枪所产生的电子呈直线型，因此又称为直线电子注波管。 
在雷达发射机中，行波管是一种应用范围最广和工作范围最宽的微波放大器件。 
磁控管的频率不稳定性主要是电子频移、频率牵引和温度漂移引起的。温度漂移是慢变化的，对雷达性能影响较小，也容易校正。频率牵引是负载变化引起的，可在磁控管输出端加隔离器来减小负载变化的影响。电子频移是由调制脉冲的不稳定、调制波型不好和管内随机噪声调制引起的，它是影响雷达性能的主要原因。 
为了减小电子频移的影响、除了改善调制脉冲的稳定性外，还可以采用同轴磁控管，磁控管的自同步工作以及锁定工作。 
常用的前向波管有两种：阴极调制结构和直流运用结构。 
在固态发射机组件中常用的微波功率晶体管分为两大类：一类为硅微波双极晶体，一类是场效应晶体管。