《带宽》深入浅出总结篇

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雷达通信对于带宽的各种定义

• 带宽的定义
  • 带宽指频带宽度，是衡量微波系统能响应多少频谱的重要指标。
  • 从低频fL到高频fH之间的频率范围来计算：Bw=fH−fL，其中fH和fL分别为最高和最低信号频率，超过该频率范围，信号至少比峰值信号低10dB。
  • 带宽还有许多其他表示方式
• 3dB带宽
  • 常说的3dB带宽，是指在信号功率谱对称的情况下，功率谱密度比信号频谱中心处的峰值下降3dB的两个频率之间的频率范围。
  • 也可以用x dB的带宽来描述
• 百分比带宽（相对带宽）
  • 对于从低频fL到高频fH工作的系统，百分比带宽由(fH-fL)/fc*100%给出。
  • fc=(fH+fL)/2是中心频率。注意，根据这个定义，可能有超过100%的带宽；
    • 工作频率从100MHz到10GHz的放大器的带宽为200%。
  • 带宽百分比是一个简单的计算，它给出了系统或组件可以处理的频率变化量的度量。
  • 随着频率的提高，绝对带宽的部分虽然会增加，但其百分比带宽可能会减少。
    • 例如，以10GHz为中心的1GHz通带滤波器将具有10%的带宽，而以100GHz为中心的10GHz通带滤波器也具有相同的10%百分百带宽。
• 工作带宽
  • 工作带宽指雷达工作频率的范围，也就是雷达发射信号频率可变的范围。
  • 例如我们常听到的S波段雷达、X波段雷达或者毫米波雷达等，是指雷达工作时的频率在该范围内。
• 瞬时带宽
  • 瞬时带宽指雷达的瞬时信号的带宽，也就是单个发射脉冲内所能调制的最大信号带宽。它与工作带宽是不同的。
  • 我们常常根据分辨率要求来简单倒推信号带宽，例如1m分辨率需要150MHz；带宽达到500MHz的话可以提供0.3m的分辨率，这在雷达成像中较典型。
  • 根据雷达模式的不同，瞬时带宽从几MHz~几百MHz的情况都有 。
  • 对于相控阵雷达，瞬时带宽会受到一定的限制。 当信号具有一 定带宽时，以中心频率 设计的移相器波控码不变，对相位的权值不变，但由于相对于中心频率的偏离，会导致波束扫描的指向会发生偏离。
  • 另外，在接收宽带信号时，由于孔径渡越时间的限制，阵列两端的信号不能同时相加，会导致波形展宽。
  • 实现相控阵天线的大瞬时带宽 需要解决上述问题。
• 窄带、宽带和超宽带雷达系统
  • 并不是说带宽小的就是窄带或者带宽大的就是宽带、超宽带，所谓窄带宽带超宽带是基于相对带宽来说的。
  • 超宽带雷达系统在树丛穿透、掩埋或隐蔽目标探测、高分辨测绘成像等领域应用突出。超宽带雷达使用多种信号形式，包括短脉宽的脉冲、步进频率编码信号、脉冲序列编码信号、随机噪声信号等。
• 雷达通信和电子战对带宽的定义稍作区别对待
• 超宽带无线通信系统
  • 超宽带无线通信信号占用极宽的频带，可与其他通信系统共享频谱资源，功率谱也可以做到极低，从而不去干扰其他通信系统，它是短距离无线通信领域研究的热点，例如智能交通、消防、军事通信等。超宽带无线通信有脉冲体制和载波体制两种。
  • 脉冲体制的超宽带通信技术采用基带窄脉冲信号，无需进行载波的调制和解调，通过脉冲序列携带信息，可以做到系统简单、功耗低，信号穿透能力还挺强。
  • 信息调制到基带窄脉冲序列上的技术主要有跳时技术、脉冲位置调制技术以及脉冲极性调制技术等。信号检测的方法一般有峰值检测法、能量检测法和相关检测法等。
  • 在发送端用与信道冲激响应相匹配的滤波器对发射信号进行预滤波，可以使接收信号更加集中，达到简化接收机机构，提高信息传输速率的作用。在接收端可以进行高速采样和低精度量化成数字信号再检测。
  • 脉冲体制的超宽带信号需要满足的条件有两个：带宽和功率。峰值功率下降10dB时相对带宽大于20%，或者绝对带宽大于500MHz。另一个条件就是有效全向辐射功率(EIRP)也被加以了限制，应用场景不同频段不同，对功率的限制不同。