一次雷达组成思维导图

雷达接收机的功能是由天线接收到微弱的回波，并充分地放大它们，检测出脉冲包络并放大，然后提供给显示器。

一次雷达的组成

• 雷达发射机
  • 雷达发射机的功能
    • 雷达发射机能在短时间内产生高功率的脉冲能量，再由天线辐射到自由空间中
  • 雷达发射机的分类
    • 1.按调制方式
      • 连续波发送机
      • 脉冲发射机
    • 2.按信号产生方式
      • 主振放大式
      • 自激振荡式
    • 3.按功率放大所用器件
      • 真空管发射机
      • 全固态发射机
  • 雷达发射机的性能参数
    • 1.工作频率、带宽
    • 2.峰值功率，平均功率，辐射能量
    • 3.频率稳定性、效率、可靠性
    • 4.预期使用寿命、成本等
  • 雷达发射机组成框图：
  • 雷达设备
    • 高功率放大器件
      • 速调管：由电子枪产生电子，通过在谐振腔（多个）的速度调制下形成电子束，之后在输出腔中，将电子携带的能量转为微波能量，完成谐振或放大功能
      • 行波管：使用行波管成本较高，它能在高功率的情况下提供较大带宽，工作原理是电子注与微波场在管中产生相互作用，此过程中电子注直流能量不断地转为微波场能量，达到射频放大的效果
      • 正交场放大器：是在磁控管基础上发展形成的另一种用于放大的微波器件，利用电子在正交磁场中运动并与微波场交换能量达到信号放大功能。
    • 磁控管：在磁控管内有相互垂直的磁场和电场；管内的电子在磁场和电场的作用下和高频电磁场产生相互作用，把电场能量转变为微波能量，从而产生了微波能；磁控管极易消磁和老化，是一种消耗品。
      • 优点：功率大，效率高，工作电压低，尺寸小成本低
      • 缺点：输出功率不够高，且易老化与消磁
    • 固态放大器：固态放大器是一种模块性的器件，可以有多个器件集成为一个整体功能器件，其基本组成部分是固态晶体管，由晶体管的性质实现放大功能，
      • 优点：功耗低，频带宽，体积小重量轻，维护成本低，寿命长，稳定性高
      • 缺点：输出电压较低
• 雷达接收机
  • 雷达接收机的功能
    • 雷达接收机的功能是由天线接收到微弱的回波，并充分地放大它们，检测出脉冲包络并放大，然后提供给显示器。
  • 雷达接收机的性能参数
    • 1.灵敏度
      • 雷达接收机的灵敏度是指接收机的最小可识别信号电平或接收机可有效解调的最小信号电平，表示该接收机接收微弱信号的能力。
      • 最小可检测信号功率为Si(min)=kToBnFo((So/No)(min))；其中，最小输出信噪比（So/No）意义为识别系数M。
    • 2.接收机的噪声
      • 热噪声功率：No=kTBn，k玻尔兹曼常数，T温度，Bn等效噪声带宽
        • 宇宙噪声
        • 太阳噪声
        • 大气噪声
        • 地面噪声等
      • 噪声系数：
        • 公式：F=SiNo/SoNi=No/NiGa;其中Ga为接收增益
        • 可以解释为信噪比恶化的度量；也可解释为在标准温度下接收机实际输出噪声功率和理想输出噪声功率的比值；用于衡量接收机的噪声性能的好坏。
        • 级联系统的噪声系数：Fo=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1G2+(Fn-1)/G1G2..G(n-1),对于级联系统，总的噪声系数Fo可由每一级的噪声系数和增益表达出来。由公式可知，第一级的噪声系数对整体性能影响最大。
      • 噪声温度：由于F=1-Te/To；所以噪声温度Te=(F-1)To；其中To=290K。
    • 3.动态范围
      • 雷达接收机的动态范围表示接收机能正常工作所允许的输入型号的强度范围；值为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。
      • D=10lg(Pimax/Pimin) (dB)，其中Pi为最小可检测信号功率；可知动态范围和灵敏度有关；另可表示为D=20lg(Uimax/Uimin) (dB)。
    • 4.带宽
    • 5.本振的稳定性
  • 雷达接收机部分功能电路
    • 低噪放大器LNA;由于放大器本身引入的噪声对接收机性能影响较大，所以在前端，应采用低噪放大器。
    • 混频器Mixer，混频器用于将射频信号转换为中频型号。
    • 自动频率控制AFC，用于调谐，以稳定输出的中频信号。
    • 增益控制；使接收机的增益随着信号强弱进行调整，使接收机不过载来保证较大的动态范围。
      • 时间灵敏度控制STC
      • 自动增益控制AGC
      • 主要增益控制MGC
      • 对数放大器Log Amp
    • 匹配滤波；匹配滤波是最佳的线性滤波器，能够保证最大的信噪比；但匹配滤波是一种理想情况，物理上包可实现
• 雷达天线
  • 天线的方向性函数；天线的方向性函数是天线在空间中不同方向辐射能量情况的函数。
  • 天线波束的形成
    • 天线阵的概念：天线阵是指将若干个相同的天线按规律排列，组成天线阵列系统，可以增强天线的方向性，提高增益等；可分为线阵和面阵。
      • 阵列天线的方向性函数F(θ)=辐射单元的方向性函数Fo(θ)×阵因子方向性函数FN(θ)
      • 二元阵；间隔为d的两个辐射单元，方向性图完全相同，远场方向性图重叠；能量合成满足平行四边形法则；其总的方向图为：f(θ)=fo(θ)√(1+m·m+2mcosφ)；所以阵因子方向图为f1=√(1+m·m+2mcosφ)；当m=1时，f1=cos(φ/2)。
      • 等幅四元阵；由二元阵方向图，同理，四元阵方向图考虑m=1，d为常数时：f1(θ,φ)=cos(φ/2)cosφ。阵方向图可以分解，可以将其中几个作为一个处理，结果不变。
      • 一般多元阵（均匀线阵）；阵方向图为f1(θ,φ)=sin(nφ/2)/sin(φ/2)，特点，随着n的增大，波束变窄，旁瓣增多，零极点交替出现，改变单元的相位不能改变波束形状，但可以改变指向性。
    • 最佳波束定义
      • 天线尺寸一定，波束宽度一定使旁瓣最小
      • 天线电平一定，旁瓣宽度一定使主波束最窄
      • 旁瓣电平一定，主波束宽度一定使天线尺寸最小
    • 天线的极化；指电场强度的方向在空间中随时间变化的情况
      • 线极化
        • 水平极化
        • 垂直极化
      • 圆极化
        • 左旋圆极化
        • 右旋圆极化
  • 几种天线的结构
    • LVA天线结构：
    • 单脉冲天线结构：
  • 天线的辐射图
    • 水平方向图
      • 指空间波束的水平剖面，一般按高度角方向剖面
      • 波束形状：主瓣笔状波束
      • 作用：方位的分辨，一般波束宽度决定方位分辨力，其中单脉冲计算取决于差波束的零值深度
      • 组成：1.询问波束；2.控制波束。
    • 垂直方向图
      • 指空间波束的垂直剖面
      • 波束形状为扇面
      • 作用
        • 满足不同高度层的覆范围
        • 尽量减少顶空盲区和低空盲区
        • 尽量减少反射影响
      • 要求：最大增益点在4度附件，在高度角50度应有最大点-20dB的增益，小于0度的增益要求由尽快的衰减。