降低雷達(dá)接收機(jī)中噪聲的幾種方法

1、降低雷達(dá)接收機(jī)中噪聲的幾種方法1 引言雷達(dá)接收機(jī)除了接收到有用信號外,還接收著雜亂的噪聲信號,這些噪聲信號嚴(yán)重影響雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度。由雷達(dá)方程可知,要提高雷達(dá)的探測距離,提高雷達(dá)接收機(jī)靈敏度是一個(gè)重要的捷徑,但雷達(dá)接收機(jī)的極限值是受噪聲功率所限制的,要想提高接收機(jī)的靈敏度,增大雷達(dá)的作用距離,就必須研究怎樣降低噪聲。2 接收機(jī)噪聲的來源雷達(dá)接收機(jī)的噪聲,一部分來自接收機(jī)接收到的外部干擾,主要有天線熱噪聲、友鄰雷達(dá)及電臺干擾、敵方雷達(dá)干擾設(shè)備的干擾、工業(yè)干擾、天電干擾及宇宙干擾等;另一部分噪聲來自接收機(jī)的內(nèi)部,主要由接收機(jī)的電阻、饋線、諧振回路等有損耗元件產(chǎn)生的熱噪聲以及電子管、晶體管等有源器

2、件產(chǎn)生的各種噪聲。內(nèi)部噪聲和外部干擾都會影響有用信號的接收,但是,它們影響環(huán)境和影響程度是不同的。外部干擾的影響有時(shí)間性、空間性和頻率性,即外部干擾中,有的是只存在于某段時(shí)間,如只有雷雨時(shí),才會有雷電干擾;有的是呈現(xiàn)在某個(gè)方位,如宇宙干擾主要在銀河系中心;有的只影響某個(gè)頻率范圍,如工業(yè)電氣設(shè)備干擾和天電干擾主要影響廣播、電視頻段;還有的外部干擾可以采用抗干擾措施消除。內(nèi)部噪聲的影響則無時(shí)間性、空間性和頻率性,任何接收機(jī),只要一工作就有內(nèi)部噪聲產(chǎn)生,就會影響對微弱信號的接收,所以內(nèi)部噪聲對雷達(dá)偵察和雷達(dá)接收機(jī)影響最大。圖片： 圖片： 3 降低接收機(jī)內(nèi)部噪聲的措施通常我們用“噪聲系數(shù)”來衡量內(nèi)部噪

3、聲對輸出信噪比的影響程度,噪聲系數(shù)是接收機(jī)輸入端信號噪聲功率比與其輸出端信號噪聲功率比的比值,數(shù)學(xué)表達(dá)式為如果接收機(jī)內(nèi)部不產(chǎn)生噪聲,那么接收機(jī)信噪比通過接收機(jī)后是不會變化的,因此F = 1 。由于實(shí)際接收機(jī)是存在內(nèi)部噪聲的,那么輸入信噪比通過接收機(jī)后將要變壞,因此F 1 ,且F 值越大,表示接收機(jī)內(nèi)部噪聲的影響越大。任何接收機(jī)總是由各個(gè)單元電路級聯(lián)組成的,當(dāng)知道各個(gè)單元的噪聲系數(shù)后,就可以求出多個(gè)單元級聯(lián)后的總噪聲系數(shù)F0 :由式(2) 可知,要使級聯(lián)電路的總噪聲系數(shù)F0小,就需各級的噪聲系數(shù)要小和額定功率增益要大;各級內(nèi)部噪聲的影響大小是不同的,越是靠近前面的幾級,噪聲系數(shù)和額定功率增益對接

4、收機(jī)總的噪聲系數(shù)影響越大,而后面各級影響較小,可忽略不計(jì)。所以,在設(shè)計(jì)接收機(jī)時(shí),總是力圖減小前幾級的噪聲并增大額定功率增益,以提高接收機(jī)的靈敏度。圖1 是一般雷達(dá)接收機(jī)的方框圖。一般雷達(dá)接收機(jī)中都有高頻放大器,而且高頻放大器的額定功率增益總是很大的,因而我們在考慮接收機(jī)的總噪聲系數(shù)時(shí)一般只考慮高頻放大器以前各級的噪聲系數(shù),而忽略其后各級噪聲對總噪聲系數(shù)的影響。因此,為了降低總噪聲系數(shù),一般可以采用以下的措施:(1) 高頻饋線及部件。厘米波雷達(dá)的高頻饋線及高頻和差系統(tǒng)是比較復(fù)雜的,一般包括低功率極化器、數(shù)個(gè)移相器、雙T 和差網(wǎng)絡(luò)、放電器、波導(dǎo)2同軸變換器等微波器件。由于這些無源網(wǎng)絡(luò)的額定功率傳輸

5、系數(shù)都小于1 ,必然要產(chǎn)生一定的損耗,將使接收機(jī)的噪聲系數(shù)增大。因此,要盡量采用損耗低的高頻饋線及高頻元器件,同時(shí)它們與電路的連接、匹配均應(yīng)十分良好。(2) 高頻放大器。根據(jù)式(2) 可以知道,采用額定功率增益大、噪聲系數(shù)低的高頻放大器,對雷達(dá)接收機(jī)獲得低噪聲性能具有決定性的意義。目前低溫參量放大器及低溫高電子遷移率晶體管(HEMT) 放大器等都是一些性能較好的高頻放大器。(3) 混頻器。在采用了高頻放大器以后,不等于說對微波混頻器的噪聲性能就可以降低要求。特別是在無高頻放大器的雷達(dá)接收機(jī)中,混頻器噪聲的影響就更為重要,必須采用相應(yīng)的措施減小混頻器的噪聲。要降低混頻器的噪聲,應(yīng)選用噪聲性能良好

6、的混頻二極管,比如采用面積接觸型的微波晶體混頻二極管;正確選擇混頻器的工作狀態(tài);廣泛采用平衡、雙平衡及三平衡混頻器,以大大減小本地振蕩器噪聲的影響;使用鏡頻回收和鏡頻抑制技術(shù)來減少混頻器的變頻損耗,降低混頻器輸出的中頻噪聲,從而提高混頻器輸出端的信噪比等。(4) 前置中頻放大器。對于厘米波雷達(dá)接收機(jī),由于結(jié)構(gòu)等方面的原因,通常把中頻放大器分成前置中放和主中放兩部分,且前置中放離接收機(jī)的高頻部分很近。其目的是將混頻器輸出的微弱中頻信號預(yù)先進(jìn)行功率放大,然后再用較長的中頻電纜送到主中放去,這樣就可以把電纜和主中放的噪聲影響減小到最低程度。采用低噪聲的前置中放對于直接混頻的雷達(dá)需要23 級。為了使電

7、路具有低噪聲、高額定功率增益、高的工作穩(wěn)定性,對于晶體管雷達(dá)接收機(jī),第一級通常采用共射2共基極級聯(lián)電路;對于電子管雷達(dá)接收機(jī),第一級廣泛采用高頻五極管接成三極管用的共陰2共柵極級聯(lián)電路。除此以外,還可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇接收機(jī)的中頻頻率、接收機(jī)的工作頻帶以及降低接收機(jī)的工作溫度等措施來降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)。圖片： 圖片： 圖片： 圖片： 4 降低接收機(jī)外部噪聲的方法以上的幾種方法對于降低接收機(jī)內(nèi)部噪聲有十分顯著的作用,但對于抑制接收機(jī)的外部噪聲就沒有太大的作用了。為了降低接收機(jī)的外部噪聲,我們可以采用以下幾種方法。4. 1 自適應(yīng)噪聲對消法考慮到雷達(dá)回波是不相關(guān)的,不能采用常見的自適應(yīng)噪聲對消器來消除,為其參考輸入噪聲和原始輸入噪聲是相關(guān)的。如果我們采用圖2 所示的自適應(yīng)自調(diào)諧濾波器,則可對消雷達(dá)回波中的噪聲。假設(shè)信號s 是雷達(dá)或周期信號, n 是高斯白噪聲,均值為零, s 和n 不相關(guān),信號是穩(wěn)定的。s + n 是原5 結(jié)論噪聲對雷達(dá)接收機(jī)的影響是不可避免也