雷達發(fā)射機知識講解

第二章雷達(léidá)發(fā)射機第一頁，共39頁。內容提要(nèirónɡtíyào)：任務和基本組成發(fā)射機的主要(zhǔyào)質量指標單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機固態(tài)發(fā)射機第二頁，共39頁。為雷達提供一個載波受到調制(tiáozhì)的大功率射頻信號，經饋線和收發(fā)開關由天線輻射出去。發(fā)射機的任務(rènwu)高頻、高壓、大功率。雷達(léidá)系統(tǒng)中最大、最重和最昂貴的部分。發(fā)射機的特點：第三頁，共39頁。發(fā)射機的分類(fēnlèi)與組成按調制方式：連續(xù)波發(fā)射機、脈沖發(fā)射機；按工作波段(bōduàn)：短波、米波、分米波、厘米波、毫米波；按功率放大使用器件：真空管發(fā)射機、固態(tài)發(fā)射機；按產生信號方式：單級振蕩式、主振放大式；第四頁，共39頁。發(fā)射機的分類(fēnlèi)與組成①單級振蕩(zhèndàng)式①定時器：提供以Tr為間隔的脈沖觸發(fā)(chùfā)信號。②脈沖調制器：在觸發(fā)(chùfā)脈沖信號激勵下產生脈寬為τ的脈沖信號。③大功率射頻振蕩器：產生大功率射頻信號。優(yōu)點：簡單、廉價、高效；缺點：難以產生復雜調制，頻率穩(wěn)定性差，脈沖間不相干；第五頁，共39頁。②主振放大(fàngdà)式發(fā)射機的分類(fēnlèi)與組成①定時器：給脈沖調制器提供不同(bùtónɡ)時間、不同(bùtónɡ)寬度的觸發(fā)脈沖信號。②固體微波源：是高穩(wěn)定度的連續(xù)波振蕩器。③中間放大器：在微波源脈沖到達后很短時間內處于放大狀態(tài)，在微波脈沖結束后退出放大狀態(tài)，受脈沖調制器控制。④輸出功率放大器：產生大功率的脈沖射頻信號，受脈沖調制器控制。優(yōu)點：復雜波形，穩(wěn)定度高，相干處理缺點：系統(tǒng)復雜、昂貴第六頁，共39頁。發(fā)射機的主要(zhǔyào)質量指標工作頻率或波段輸出功率總效率信號(xìnhào)形式信號(xìnhào)穩(wěn)定度第七頁，共39頁。工作頻率或波段(bōduàn)雷達的工作頻率或波段是按照(ànzhào)雷達的用途確定的。工作頻率或波段的不同影響對發(fā)射機的設計。發(fā)射管選擇(xuǎnzé)1000MHz以下：微波三、四極管；1000MHz以上：多腔磁控管、大功率速調管、行波管以及前向波管等；第八頁，共39頁。發(fā)射功率↓物理尺寸(chǐcun)↓或波束寬度↓大氣衰減↑f↑微波(wēibō)發(fā)射管功率與帶寬能力現狀O型管M型管O型管第九頁，共39頁。

輸出功率定義：發(fā)射機送入天線(tiānxiàn)輸入端的功率1.占空比(Dutycycle)：脈沖寬度與脈沖重復周期的比。2.峰值功率(gōnglǜ)(Peakpower)：脈沖期間射頻振蕩的平均功率(gōnglǜ)。3.平均功率(gōnglǜ)(Averagepower)：脈沖重復周期內的輸出平均功率(gōnglǜ)。作用(zuòyòng)距離抗干擾能力某一機載脈沖雷達的峰值功率Pt=10KW，采用兩種PRF:10KHz和30KHz。若要求兩種PRF工作方式下的平均功率都為1500W，則脈沖寬度分別取值為多少，并計算脈沖能量。第十頁，共39頁。總效率(xiàolǜ)定義：發(fā)射機輸出總功率(gōnglǜ)和輸入總功率(gōnglǜ)之比。第十一頁，共39頁。信號形式(xíngshì)（調制形式(xíngshì)）常用(chánɡyònɡ)信號形式波形設計是一個重要(zhòngyào)的研究領域第十二頁，共39頁。三種(sānzhǒnɡ)典型雷達信號和調制波形第十三頁，共39頁。信號(xìnhào)的穩(wěn)定度或頻譜純度信號的各項參數，如信號的振幅、頻率(或相位)、脈沖寬度、脈沖重復頻率等是否隨時(suíshí)間作不應有的變化。定義(dìngyì)：信號不穩(wěn)定對動目標顯示雷達、脈沖壓縮雷達、脈沖多普勒雷達的影響……隨機性：發(fā)射管噪聲、調制脈沖的隨機起伏引起信號參數的不穩(wěn)定規(guī)律性：電源濾波不良、機械震動引起第十四頁，共39頁。衡量信號(xìnhào)不穩(wěn)定的指標時域頻域信號(xìnhào)某項參數的方差，如振幅方差、相位方差等。雷達信號在應有(yīnɡyǒu)的信號頻譜之外的寄生輸出。信號的頻譜純度第十五頁，共39頁。信號(xìnhào)的規(guī)律性不穩(wěn)定信號(xìnhào)的隨機性不穩(wěn)定第十六頁，共39頁。頻譜純度(chúndù)的計算離散(lísàn)型寄生譜分布(fēnbù)型寄生譜第十七頁，共39頁。理想(lǐxiǎng)發(fā)射機提供大功率產生(chǎnshēng)任意波形提供穩(wěn)定信號提供需要的信號帶寬并且?guī)捒烧{高效率高可靠性尺寸和重量適中經濟Compromiseisnecessary!第十八頁，共39頁。單級振蕩(zhèndàng)式發(fā)射機優(yōu)點：簡單、經濟、輕便缺點：頻率穩(wěn)定度差，難以(nányǐ)形成復雜波形，相繼射頻脈沖之間不相參非相參發(fā)射機第十九頁，共39頁。主振放大(fàngdà)式發(fā)射機第二十頁，共39頁。主振放大(fàngdà)式發(fā)射機的特點具有很高的頻率穩(wěn)定度發(fā)射相位相參信號，相參發(fā)射機適用于頻率捷變雷達能夠(nénggòu)產生復雜波形第二十一頁，共39頁。相參雷達：相繼(xiāngjì)兩個發(fā)射脈沖信號的相位連續(xù)；2.前一個脈沖結束時的等相波前和下一個脈沖開始時的等相波前之間相距整數倍波長；3.能夠準確的測量接收信號相位；相參有關(yǒuguān)概念第二十二頁，共39頁。采用頻率合成(héchéng)技術的主振放大式發(fā)射機全相參系統(tǒng)雷達系統(tǒng)的發(fā)射信號、本振電壓、相參振蕩電壓和定時器的觸發(fā)(chùfā)脈沖均由同一基準信號提供。第二十三頁，共39頁。固態(tài)(gùtài)發(fā)射機固態(tài)電子(diànzǐ)器件：利用固體內部電子(diànzǐ)運動原理制成的具有一定功能的電子(diànzǐ)器件。固體一般可分為絕緣體、半導體和導體。絕大部分的固態(tài)電子(diànzǐ)器件用半導體材料制成。發(fā)射機真空管發(fā)射機固態(tài)(gùtài)發(fā)射機電子管(真空管)是一種在氣密性封閉容器（一般為玻璃管）中產生電流傳導，利用電場對真空中的電子流的作用以獲得信號放大或振蕩的電子器件。第二十四頁，共39頁。固態(tài)(gùtài)發(fā)射機的優(yōu)點與微波電子管發(fā)射機相比(xiānɡbǐ),固態(tài)發(fā)射機具有如下優(yōu)點:不需要陰極加熱、壽命長具有很高的可靠性體積小、重量輕工作頻帶寬、效率高系統(tǒng)設計和運用靈活維護方便，成本較低第二十五頁，共39頁。表2.4應用于雷達系統(tǒng)中的各種固態(tài)(gùtài)發(fā)射機的特性第二十六頁，共39頁。固態(tài)發(fā)射機的基本組成(zǔchénɡ)單元晶體管特性大功率微波晶體管硅雙極晶體管(S波段以下)砷化鎵場效應管(S波段以上)第二十七頁，共39頁。BipolarPH3135-90SPulsedPowerTransistor3.1-3.5GHz,90WUF28150JMOSFETPowerTransistor100-500MHz,150W第二十八頁，共39頁。固態(tài)(gùtài)高功率放大器模塊應用先進的集成電路工藝和微波網絡技術，將多個微波大功率晶體管的輸出功率并行(bìngxíng)組合，制成固態(tài)高功率放大器模塊。兩種典型的輸出(shūchū)功率組合方式：空間合成的輸出(shūchū)結構集中合成的輸出(shūchū)結構第二十九頁，共39頁?？臻g合成(héchéng)方式功率(gōnglǜ)分配器功率(gōnglǜ)合成器大功率晶體放大管特點：主要用于相控陣雷達。由于沒有微波功率合成網絡的插入損耗，輸出功率的效率較高。第三十頁，共39頁。集中合成輸出(shūchū)結構插入損耗特點：可單獨用于中、小功率雷達的輻射源，也可用于相控陣雷達。由于有微波(wēibō)功率合成網絡引入的插入損耗，輸出功率的效率比空間合成方式低。第三十一頁，共39頁。微波單片集成(MMIC)收發(fā)(shōufā)模塊MMIC:Monolithicmicrowaveintegratedcircuits微波單片集成電路采用新的模塊化設計方法，將固態(tài)收發(fā)模塊中的有源器件和無源器件制作(zhìzuò)在同一塊砷化鎵基片上。大大提高了固態(tài)收發(fā)模塊的技術性能,減輕了重量(zhòngliàng)，減小了尺寸，提高了穩(wěn)定性。第三十二頁，共39頁。用于相控陣雷達的單片集成收發(fā)模塊組成(zǔchénɡ)框圖移相器通道開關接收機保護器第三十三頁，共39頁。用于相控陣雷達的幾種單片集成收發(fā)(shōufā)模塊性能參數第三十四頁，共39頁。(1)成本低：因為由有源和無源器件構成的高集成度和多功能電路是用批量生產工藝制作在相同的基片上,不需要常規(guī)的電路焊接裝配過程,所以成本低廉。(2)高可靠性：采用先進的集成電路工藝和優(yōu)化的微波網絡技術,沒有常規(guī)分離元件電路的硬線連接(liánjiē)和元件組裝過程,因此單片集成收發(fā)模塊的可靠性大大提高。(3)電路性能一致性好、成品率高：在相同的基片上批量生產制作,電路性能的一致性很好,成品率高,在使用維護中的替換性也很好。(4)尺寸小、重量輕：有源和無源器件制作在同一塊砷化鎵基片上,電路的集成度很高,因此尺寸和重量也越來越小。微波單片集成收發(fā)模塊(mókuài)的主要優(yōu)點如下:第三十五頁，共39頁。固態(tài)(gùtài)發(fā)射機的應用典型(diǎnxíng)的L波段相控陣發(fā)射/接收模塊第三十六頁，共39頁。用于連續(xù)波對空監(jiān)視(jiānshì)雷達系統(tǒng)的固態(tài)發(fā)射機固態(tài)(gùtài)發(fā)射機的應用偶極子輻射器第三十七頁，共39頁。(1)高效率、低損耗。由于2592個固態(tài)發(fā)射模塊與對應的偶極子輻射器在結構上是一體化的,沒有電子管發(fā)射機必不可少(bìbùkěshǎo)的微波功率輸出分配網絡帶來的損耗,整個發(fā)射機的效率為52.6%,比原來電子管發(fā)射機的效率(26.4%)提高了1倍。(2)高可靠性。固態(tài)發(fā)射模塊本身的平均無故障間隔時間已超過100000h,整個發(fā)射系統(tǒng)的可靠性為0.9998。(3)體積小、重量輕、維護方便。原來的發(fā)射機由18個輸出功率為50kW