雷達(dá)原理（第6版） 課件 第1、2章 緒論、雷達(dá)發(fā)射機(jī)

緒論第一章雷達(dá)原理(第6版）高等學(xué)校電子信息類精品教材01雷達(dá)的基本任務(wù)PARTONE一、雷達(dá)的基本任務(wù)目標(biāo)在空間、陸地或海面上的位置可以用多種坐標(biāo)系來表示。最常見的是笛卡兒坐標(biāo)系(也稱直角坐標(biāo)系)，即空間任一點(diǎn)目標(biāo)Р的位置可用x、y、z三個坐標(biāo)值來決定。在雷達(dá)應(yīng)用中，測定目標(biāo)坐標(biāo)常采用極（球）坐標(biāo)系，如圖1.1所示。圖中，空間任一目標(biāo)Р所在位置可用下列三個坐標(biāo)值確定:1.雷達(dá)回波中的可用信息一、雷達(dá)的基本任務(wù)目標(biāo)的斜距R：雷達(dá)到目標(biāo)的直線距離OP。也經(jīng)常被稱為徑向距離。方位角α：目標(biāo)斜距R在水平面上的投影OB與某一起始方向（正北、正南或其他參考方向〉在水平面上的夾角。常以正北作為參考。俯仰角β：斜距R與它在水平面上的投影OB在鉛垂面上的夾角，有時也稱為傾角或高低角。就相對雷達(dá)波束指向而言，上視時常稱仰角，下視時常稱俯角。1.雷達(dá)回波中的可用信息一、雷達(dá)的基本任務(wù)相對雷達(dá)波束指向而言，上視時常稱仰角，下視時常稱俯角。如果需要知道目標(biāo)的高度和水平距離，那么利用圓柱坐標(biāo)系比較方便，即目標(biāo)的位置由以下三個坐標(biāo)值來確定：水平距離D，方位角α，高度H。這兩種坐標(biāo)系之間的關(guān)系如下:1.雷達(dá)回波中的可用信息一、雷達(dá)的基本任務(wù)現(xiàn)以典型的單基地脈沖雷達(dá)為例來說明雷達(dá)測量的基本工作原理，圖1.2示出了這種雷達(dá)的基本組成框圖。1.雷達(dá)回波中的可用信息一、雷達(dá)的基本任務(wù)

1.雷達(dá)回波中的可用信息一、雷達(dá)的基本任務(wù)我們知道電磁波的能量是以光速傳播的，設(shè)目標(biāo)的距離為R，則傳播的距離等于光速乘以時間間隔，即利用調(diào)頻連續(xù)波也可以進(jìn)行目標(biāo)距離的測量，其測距原理是基于同一時刻目標(biāo)回波信號相對發(fā)射信號的頻率偏移，其偏移量與回波信號滯后于發(fā)射信號的時間成正比，測得這一頻率偏移量就可以據(jù)此換算得到目標(biāo)距離的大小。1.雷達(dá)回波中的可用信息一、雷達(dá)的基本任務(wù)2.目標(biāo)角位置的測量目標(biāo)角位置指方位角或仰角，在雷達(dá)技術(shù)中測量這兩個角位置基本上都是利用天線的方向性來實(shí)現(xiàn)的。圖1.4是天線波束分別指向A、B及C三個方向時對目標(biāo)的響應(yīng)情況。雷達(dá)天線將電磁能量匯集在窄波束內(nèi)，當(dāng)天線波束軸對準(zhǔn)目標(biāo)時，回波信號最強(qiáng)，如圖1.4(a）中實(shí)線所示。當(dāng)目標(biāo)偏離天線波束軸時回波信號減弱，如圖1.4（a）中虛線所示。根據(jù)接收回波最強(qiáng)時的天線波束指向，就可確定目標(biāo)的方向,這就是角坐標(biāo)測量的基本原理。天線波束指向?qū)嶋H上也是輻射波的波前方向。1.雷達(dá)回波中的可用信息一、雷達(dá)的基本任務(wù)

1.雷達(dá)回波中的可用信息一、雷達(dá)的基本任務(wù)

1.雷達(dá)回波中的可用信息一、雷達(dá)的基本任務(wù)如圖1.8所示，設(shè)雷達(dá)發(fā)射機(jī)功率為P,當(dāng)用各向均勻輻射的天線發(fā)射時，距雷達(dá)R處任一點(diǎn)的功率密度S等于功率被假想的球面積所除，即1.雷達(dá)回波中的可用信息02雷達(dá)的基本組成PARTTWO二、雷達(dá)的基本組成以典型單基地脈沖雷達(dá)為例來說明雷達(dá)的基本組成及其作用。如圖1.9所示，它主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號處理機(jī)和終端設(shè)備等組成。二、雷達(dá)的基本組成雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生輻射所需強(qiáng)度的脈沖功率，其波形是脈沖寬度為z而重復(fù)周期為T。的高頻脈沖串。發(fā)射機(jī)現(xiàn)有兩種類型：一種是直接振蕩式（如磁控管振蕩器)，它在脈沖調(diào)制器控制下產(chǎn)生的高頻脈沖功率被直接饋送到天線；另一種是功率放大式(主振放大式)，它是由高穩(wěn)定度的頻率源（頻率綜合器）作為頻率基準(zhǔn)，在低功率電平上形成所需波形的高頻脈沖串作為激勵信號，在發(fā)射機(jī)中予以放大并驅(qū)動末級功放而獲得大的脈沖功率來饋給天線的。功率放大式發(fā)射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度高且每次輻射是相參的，這便于對回波信號進(jìn)行相參處理，同時也可以產(chǎn)生各種所需的復(fù)雜脈沖壓縮信號波形。發(fā)射機(jī)輸出的功率饋送到天線，而后經(jīng)天線輻射到空間。1.雷達(dá)發(fā)射機(jī)二、雷達(dá)的基本組成脈沖雷達(dá)天線一般具有很強(qiáng)的方向性，以便集中輻射能量來獲得較大的觀測距離，其方向圖函數(shù)如圖1.10所示。天線的方向性越強(qiáng)，天線波瓣寬度越窄，雷達(dá)測向的精度和分辨力就越高。常用的微波雷達(dá)天線是拋物面反射體，饋源放置在焦點(diǎn)上，天線反射體將高頻能量聚成窄波束。天線波束在空間的掃描常采用機(jī)械轉(zhuǎn)動天線來得到，由天線控制系統(tǒng)來控制天線在空間的掃描，控制系統(tǒng)同時將天線的轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)送到終端設(shè)備，以便取得天線指向的角度數(shù)據(jù)。根據(jù)雷達(dá)用途的不同，波束形狀可以是扇形波束，也可以是針狀波束。天線波束的空間掃描也可以采用電子控制的辦法，它比機(jī)械掃描的速度快，靈活性好，這就是20世紀(jì)末開始日益廣泛使用的平面相控陣天線和電子掃描的陣列天線。前者在方位和仰角兩個角度上均實(shí)行電掃描；后者是一維電掃描，另一維為機(jī)械掃描。2.雷達(dá)天線二、雷達(dá)的基本組成接收機(jī)多為超外差式，由高頻放大(簡稱高放，有些雷達(dá)接收機(jī)不用高放)、混頻、中頻放大(簡稱中放)、檢波、視頻放大等電路組成。接收機(jī)的首要任務(wù)是把微弱的回波信號放大到足以進(jìn)行信號處理的電平，同時接收機(jī)內(nèi)部的噪聲應(yīng)盡量小，以保證接收機(jī)的高靈敏度，因此接收機(jī)的第一級常采用低噪聲高頻放大器。一般在接收機(jī)中也進(jìn)行一部分信號處理。例如，中頻放大器的頻率特性應(yīng)設(shè)計為發(fā)射信號的匹配濾波器，這樣就能在中放輸出端獲得最大的峰值信號噪聲功率比。對于需要進(jìn)行較復(fù)雜信號處理的雷達(dá)，如需分辨固定雜波和運(yùn)動目標(biāo)回波而將雜波濾去的雷達(dá)，則可以由典型接收機(jī)后接的信號處理機(jī)完成。接收機(jī)中的檢波器通常是包絡(luò)檢波器，它取出調(diào)制包絡(luò)并送到視頻放大器，如果后面要進(jìn)行多普勒處理，則可用相位檢波器替代包絡(luò)檢波器。3.雷達(dá)接收機(jī)二、雷達(dá)的基本組成信號處理的目的是消除不需要的信號（如雜波）及干擾而通過或加強(qiáng)由目標(biāo)產(chǎn)生的回波信號。信號處理是在做出檢測判決之前完成的，它通常包括動目標(biāo)顯示（MTI）和脈沖多普勒(PD）雷達(dá)中的多普勒濾波器，有時也包括復(fù)雜信號的脈沖壓縮處理。許多現(xiàn)代雷達(dá)在檢測判決之后要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。主要的數(shù)據(jù)處理例子是自動跟蹤，而目標(biāo)識別是另一個例子。性能好的雷達(dá)在信號處理中消去了不需要的雜波和干擾，而自動跟蹤只需處理檢測到的目標(biāo)回波，輸入端如有雜波剩余，可采用恒虛警(CFAR）等技術(shù)加以補(bǔ)救。4.雷達(dá)信號處理機(jī)二、雷達(dá)的基本組成通常情況下，接收機(jī)中放輸出后經(jīng)檢波器取出脈沖調(diào)制波形，由視頻放大器放大后送到終端設(shè)備。最簡單的終端是顯示器。例如，在平面位置顯示器(PPI)上可根據(jù)目標(biāo)亮弧的位置，測讀目標(biāo)的距離和方位角這兩個坐標(biāo)值。顯示器除了可以直接顯示由雷達(dá)接收機(jī)輸出的原始視頻外，還可以顯示經(jīng)過處理的信息。例如，由自動檢測和跟蹤設(shè)備（ADT）先將收到的原始視頻信號（接收機(jī)或信號處理機(jī)輸出）按距離方位分辨單元分別積累，而后經(jīng)門限檢測，取出較強(qiáng)的回波信號而消去大部分噪聲，對門限檢測后的每個目標(biāo)建立航跡跟蹤，最后按照需要將經(jīng)過上述處理的回波信息加到終端顯示器。自動檢測和跟蹤設(shè)備的各種功能常要依靠數(shù)字計算機(jī)來完成。同步設(shè)備（頻率綜合器）是雷達(dá)的頻率和時間標(biāo)準(zhǔn)。它產(chǎn)生的各種頻率振蕩之間保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，從而保證雷達(dá)全相參工作。時間標(biāo)準(zhǔn)提供統(tǒng)一-的時鐘，使雷達(dá)各分機(jī)保持同步工作。5.雷達(dá)終端設(shè)備03PARTTHREE雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)三、雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)雷達(dá)的工作頻率和整個電磁波頻譜示于圖1.11，實(shí)際上絕大部分雷達(dá)工作于200~10000MHz頻段。由于20世紀(jì)70年代后已制成能產(chǎn)生毫米波的大功率管，毫米波雷達(dá)已獲得許多實(shí)際應(yīng)用。1.雷達(dá)頻段三、雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)雷達(dá)的工作頻率覆蓋了從數(shù)MHz到數(shù)百GHz的范圍，不同的雷達(dá)頻段具有不同的探測特性。通常，低頻段更容易獲得大的發(fā)射功率及遠(yuǎn)的探測距離，但測量精度相對較低，且需要的天線尺寸也相對較大。高的頻段更容易獲得高的測量精度，且需要的天線尺寸也比較小，但較難產(chǎn)生大的發(fā)射功率，且有明顯的氣象效應(yīng)，探測距離相對較近。因此不同用途的雷達(dá)根據(jù)其應(yīng)用的特殊性一般使用不同的雷達(dá)頻段，雷達(dá)頻段的應(yīng)用如表1.2所示。雷達(dá)的性能包括戰(zhàn)術(shù)（應(yīng)用）性能和技術(shù)性能兩個方面，戰(zhàn)術(shù)性能反映雷達(dá)的用途和能力;技術(shù)性能反映雷達(dá)各分機(jī)及系統(tǒng)總的技術(shù)指標(biāo)。雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)性能與技術(shù)性能是密切相關(guān)的，后者往往根據(jù)前者的要求而確定。2.雷達(dá)頻段的應(yīng)用三、雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)2.雷達(dá)頻段的應(yīng)用雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)雷達(dá)的主要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)包括：（1）雷達(dá)的用途；（2）雷達(dá)的威力范圍（3）分辨力；（4）數(shù)據(jù)率；（5）跟蹤速度；（6）抗干擾能力；（7）雷達(dá)測定目標(biāo)坐標(biāo)的數(shù)目和精確度；（8）抗摧毀能力；（9）體積和質(zhì)量；（10）工作的可靠性。主要有平均故障時間;平均修復(fù)時間。（11）使用條件。包括運(yùn)輸條件，架設(shè)和撤收時間、連續(xù)工作時間、機(jī)動性等。3.雷達(dá)主要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)三、雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)雷達(dá)的主要技術(shù)指標(biāo)包括:（1）工作頻率（或波長）及帶寬。雷達(dá)的工作頻率主要根據(jù)目標(biāo)的特性，電波傳播條件，天線的尺寸、高頻器件的性能及測量精確度的要求等來決定；工作的帶寬或頻率范圍主要根據(jù)雷達(dá)分辨力及抗干擾的要求等來決定。（2）發(fā)射功率和調(diào)制波形。脈沖雷達(dá)的發(fā)射功率分為脈沖功率和平均功率。發(fā)射功率的大小直接影響雷達(dá)的作用距離，但功率大小還受器件、電饋源容量和體積等條件限制，要根據(jù)情況適當(dāng)選擇。一般搜索、警戒雷達(dá)的峰值功率為兆瓦數(shù)量級，火控雷達(dá)的峰值功率則為數(shù)百千瓦。在早期雷達(dá)中，發(fā)射信號的調(diào)制波形常采用簡單的脈沖波形，近代雷達(dá)則多采用復(fù)雜波形，以適應(yīng)雷達(dá)的各種不同任務(wù)。4.雷達(dá)主要技術(shù)指標(biāo)三、雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)（3）脈沖寬度。是指脈沖雷達(dá)發(fā)射信號所持續(xù)的時間，一般雷達(dá)的脈沖寬度是不變的，但復(fù)雜雷達(dá)工作時，可以有多種脈沖寬度和調(diào)制波形供選擇。脈沖寬度除影響雷達(dá)探測能力外，還影響雷達(dá)的距離分辨力。（4）重復(fù)頻率。是指發(fā)射機(jī)每秒鐘發(fā)射的脈沖個數(shù)，其倒數(shù)是重復(fù)周期。重復(fù)頻率既決定了雷達(dá)單值測距的范圍，也影響不模糊測速區(qū)域大小。為了滿足測距測速的性能要求，現(xiàn)代雷達(dá)常采用多種重復(fù)頻率或參差重復(fù)頻率。4.雷達(dá)主要技術(shù)指標(biāo)三、雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)（5）天線波束形狀。天線波束形狀一般用水平面和垂直面內(nèi)的波束寬度來表示。米波雷達(dá)的波束寬度在十度量級，而厘米波雷達(dá)的波束寬度為幾度。炮瞄或制導(dǎo)雷達(dá)的波束是針狀的；兩坐標(biāo)雷達(dá)的波束在方位上要求窄，在仰角上可以寬一些；測高雷達(dá)的波束則與之相反，在仰角上要窄，而在方位上寬一些。此外還有一些其他形狀的波束。（6）天線的掃描方式。搜索和跟蹤目標(biāo)時，天線的主瓣按照一定規(guī)律在空間所做的往復(fù)運(yùn)動，稱為天線波束掃描。它可分為機(jī)械掃描和電掃描兩大類。按掃描時波束在空間的運(yùn)動規(guī)律，掃描方式大致可分為圓周掃描、圓錐掃描、扇形掃描、鋸齒形掃描和螺旋掃描等。4.雷達(dá)主要技術(shù)指標(biāo)三、雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)（7）接收機(jī)的靈敏度。接收機(jī)收到的回波信號功率是非常微弱的。接收機(jī)的靈敏度大小決定于接收機(jī)所能感受的輸入功率的大小。通常規(guī)定在保證50%~90%的發(fā)現(xiàn)概率條件下，將接收機(jī)輸入端回波信號的功率作為接收機(jī)的最小可檢測信號功率，這個功率越小，接收機(jī)的靈敏度越高，雷達(dá)的作用距離就越遠(yuǎn)。（8）顯示器的形式和數(shù)量。雷達(dá)顯示器是向操縱人員提供雷達(dá)信息的一種終端設(shè)備，是人機(jī)聯(lián)系的一個環(huán)節(jié)。根據(jù)雷達(dá)的任務(wù)與性質(zhì)的不同，所采用的顯示器形式也不同。例如，按坐標(biāo)形式分，有極坐標(biāo)形式的平面位置顯示器；有直角坐標(biāo)形式的距離——方位顯示器、距離——高度顯示器；或者是上述兩種形式的變形?？梢灾苯语@示由接收機(jī)輸出的雷達(dá)原始信息，也可以能顯示經(jīng)過處理和加工后的雷達(dá)二次數(shù)據(jù)。4.雷達(dá)主要技術(shù)指標(biāo)三、雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)雷達(dá)可以根據(jù)其采用的技、戰(zhàn)術(shù)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的分類。（1）按照雷達(dá)布站形式分類單基地雷達(dá)：雷達(dá)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)位于同一地點(diǎn)。雙（多）基地雷達(dá)：雷達(dá)的發(fā)射機(jī)與一個或多個接收機(jī)分別位于不同的地點(diǎn)。（2）按照雷達(dá)信號的形式分類脈沖雷達(dá)：發(fā)射的波形為矩形脈沖，按一定的或交錯的重復(fù)周期工作，是目前應(yīng)用最廣泛的雷達(dá)信號形式。連續(xù)波雷達(dá)：發(fā)射連續(xù)的正弦波，主要用來測量目標(biāo)的速度。如果同時還要測量目標(biāo)的距離，則需對發(fā)射的波形進(jìn)行調(diào)制，例如經(jīng)過頻率調(diào)制的調(diào)頻連續(xù)波等。5.雷達(dá)的分類三、雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)（3）按照測量的參量分類兩坐標(biāo)雷達(dá)：能夠測量目標(biāo)的斜距及方位角，或目標(biāo)的斜距及仰角兩個參數(shù)。三坐標(biāo)雷達(dá)：能夠測量目標(biāo)的斜距、方位角及仰角三個參數(shù)。測高雷達(dá)：用于測量目標(biāo)的相對高度。測速雷達(dá)：用于測量目標(biāo)的相對運(yùn)動速度。（4）按天線掃描方式分類機(jī)械掃描雷達(dá)：天線波束對空域的掃描覆蓋是通過電機(jī)帶動天線座轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)的。相控陣?yán)走_(dá)：天線波束對空域的掃描覆蓋是通過改變天線陣上各陣元的相位來實(shí)現(xiàn)的。頻率掃描雷達(dá)：天線波束對空域的掃描覆蓋是通過改變饋入天線陣信號的頻率來實(shí)現(xiàn)的。5.雷達(dá)的分類三、雷達(dá)的工作頻率及技術(shù)參數(shù)（5）按角跟蹤方式分類可分為，單脈沖雷達(dá)、圓錐掃描雷達(dá)、隱蔽掃描雷達(dá)。（6）按信號處理方式分類各種分集（頻率、極化等）雷達(dá)、動目標(biāo)顯示雷達(dá)、動目標(biāo)檢測雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)等。5.雷達(dá)的分類04PARTFOUR雷達(dá)的發(fā)展與應(yīng)用四、雷達(dá)的發(fā)展與應(yīng)用雷達(dá)最初主要用于軍事目的，隨著雷達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，目前在民事方面的應(yīng)用也非常廣泛。雷達(dá)可以探測地面、空中、海上、太空甚至地下目標(biāo)。地面雷達(dá)主要用來對空中目標(biāo)（飛機(jī)、導(dǎo)彈、云、雨、風(fēng)、鳥等）和太空目標(biāo)（星體、衛(wèi)星、飛船等）進(jìn)行探測、定位和精密跟蹤；艦船雷達(dá)除探測空中和海上目標(biāo)外，還可用作導(dǎo)航工具；機(jī)載雷達(dá)完成空中及地面目標(biāo)探測、火力控制等任務(wù)并保證飛行安全(導(dǎo)航、地形回避等)，有的機(jī)載成像雷達(dá)還可用于大地測繪；在宇宙飛行中，雷達(dá)可用來控制宇宙飛行體的飛行和降落。在航天技術(shù)迅速發(fā)展的今天，衛(wèi)星上裝置的預(yù)警和監(jiān)視雷達(dá)（星載或天基雷達(dá))，可全天候地監(jiān)視和跟蹤目標(biāo)而成為各國密切重視和發(fā)展的類型。1.雷達(dá)的發(fā)展四、雷達(dá)的發(fā)展與應(yīng)用1．軍用雷達(dá)根據(jù)雷達(dá)在軍事方面實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，可以將其大致歸納為以下幾類:（1）搜索警戒雷達(dá)(監(jiān)視雷達(dá))搜索警戒雷達(dá)主要用于發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，其作用距離一般可達(dá)數(shù)百千米到數(shù)千千米。配置在沿海、邊界線以及國土縱深地區(qū)，用于探測遠(yuǎn)距離的敵方飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇等。按其探測距離可大致劃分為:近程警戒雷達(dá)，探測距離200~-300km。中程警戒雷達(dá)，探測距離300~500km。遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)，探測距離500~4000km。超遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)(預(yù)警雷達(dá))，探測距離4000km以上。2.雷達(dá)發(fā)射機(jī)四、雷達(dá)的發(fā)展與應(yīng)用這類雷達(dá)的共同特點(diǎn)是，需要探測的空域?qū)拸V，幾乎達(dá)到360°覆蓋，對測定目標(biāo)坐標(biāo)的精度和分辨力要求不高。搜索警戒雷達(dá)主要類型有：二維搜索雷達(dá)、機(jī)載預(yù)警雷達(dá)、彈道導(dǎo)彈預(yù)警雷達(dá)及超視距雷達(dá)等。典型的搜索警戒雷達(dá)實(shí)例如圖1.13所示。2.雷達(dá)發(fā)射機(jī)四、雷達(dá)的發(fā)展與應(yīng)用（2）跟蹤雷達(dá)跟蹤雷達(dá)主要用于給武器系統(tǒng)提供連續(xù)的、精確的目標(biāo)坐標(biāo)參數(shù)及運(yùn)動軌跡，以引導(dǎo)武器系統(tǒng)對目標(biāo)進(jìn)行精確打擊。對測量的實(shí)時性、精度和分辨力要求很高，且具備多目標(biāo)跟蹤能力。需要說明的是，目前跟蹤雷達(dá)一般也同時具備近程搜索的功能，有些還具備邊搜索邊跟蹤的功能。跟蹤雷達(dá)主要類型有:炮瞄雷達(dá)、制導(dǎo)雷達(dá)、截?fù)衾走_(dá)、精密跟蹤測量雷達(dá)、轟炸瞄準(zhǔn)雷達(dá)及雷達(dá)引信等。典型的跟蹤雷達(dá)實(shí)例如圖1.14所示。2.雷達(dá)發(fā)射機(jī)四、雷達(dá)的發(fā)展與應(yīng)用（3）偵察、校射雷達(dá)這種雷達(dá)主要用于偵察敵情，偵測其所處距離、方位及動態(tài)；測定己方炮彈的彈著點(diǎn)坐標(biāo)，以校準(zhǔn)火炮的設(shè)計等。典型的偵察雷達(dá)有：戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá)、炮位偵察校射雷達(dá)及偵察與地形顯示雷達(dá)等。2.雷達(dá)發(fā)射機(jī)四、雷達(dá)的發(fā)展與應(yīng)用2．民用雷達(dá)雷達(dá)在民用領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛，主要應(yīng)用包括空中或海上導(dǎo)航，氣象監(jiān)測、地下探測、防撞、交通監(jiān)測、雷達(dá)遙感等。民用雷達(dá)常用類型有：空中交通管制雷達(dá)(ATC)、機(jī)載導(dǎo)航及防撞雷達(dá)、船舶導(dǎo)航雷達(dá)（海事雷達(dá))、地形跟隨與地物回避雷達(dá)、著陸（艦）雷達(dá)、氣象雷達(dá)、探地雷達(dá)(GPR)、雷達(dá)料位儀、交通監(jiān)測雷達(dá)、自動防撞雷達(dá)、探鳥雷達(dá)、雷達(dá)遙感、無線電測高儀（高度計）等。典型的民用雷達(dá)實(shí)例如圖1.15所示。2.雷達(dá)發(fā)射機(jī)感謝觀看雷達(dá)原理(第6版）高等學(xué)校電子信息類精品教材雷達(dá)發(fā)射機(jī)第二章雷達(dá)原理(第6版）高等學(xué)校電子信息類精品教材01概述PARTONE一、概述雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)是為雷達(dá)系統(tǒng)提供一種滿足特定要求的大功率射頻發(fā)射信號，經(jīng)過饋線和收發(fā)開關(guān)并由天線輻射到空間。雷達(dá)發(fā)射機(jī)通常分為脈沖調(diào)制發(fā)射機(jī)和連續(xù)波發(fā)射機(jī)。應(yīng)用最多的是脈沖調(diào)制發(fā)射機(jī)，脈沖調(diào)制雷達(dá)發(fā)射機(jī)通常又分為單級振蕩式發(fā)射機(jī)和主振放大式發(fā)射機(jī)兩類。單級振蕩式發(fā)射機(jī)主要有兩種：一種是早期雷達(dá)使用的微波三極管和微波器四極管振蕩式發(fā)射機(jī)，其工作頻率在VHF至UH頻段；另一種為磁控管振蕩式發(fā)射機(jī)，可覆蓋L波段至Ka波段(1~40GHz)。單級振蕩式發(fā)射機(jī)的組成相對比較簡單，成本也比較低，但性能較差，特別是頫率穩(wěn)定度低，不具有全相參特性。需要指出，磁控管發(fā)射機(jī)可以工作在多個雷達(dá)頻率波段，加上結(jié)構(gòu)簡單、成本較低以及效率高等優(yōu)點(diǎn)，至今仍有不少雷達(dá)系統(tǒng)采用。1.雷達(dá)發(fā)送機(jī)的任務(wù)和功能一、概述主振放大式發(fā)射機(jī)的組成相對復(fù)雜，但性能指標(biāo)好：具有很高的頻率穩(wěn)定度；發(fā)射全相參信號，能產(chǎn)生復(fù)雜的信號波形，可實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮工作方式；適用于寬帶頻率捷變工作等。但是，主振放大式發(fā)射機(jī)成本高、組成復(fù)雜、效率也較低。迄今為止，大多數(shù)雷達(dá)，尤其是高穩(wěn)定、高性能的測控雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)等都采用主振放大式發(fā)射機(jī)。較早的應(yīng)用實(shí)例是20世紀(jì)70年代代期世的采用大功率調(diào)管放大器的測控雷達(dá)發(fā)射機(jī)，20世紀(jì)80年代中期已開始裝備使用。緊接著，采用全固態(tài)相控陣的三坐標(biāo)遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)發(fā)射機(jī)也投入使用。1.雷達(dá)發(fā)送機(jī)的任務(wù)和功能一、概述1．單級振蕩式發(fā)射機(jī)單級振蕩式發(fā)射機(jī)的基本組成如圖2.1所示，它主要由大功率射頻振蕩器、脈沖調(diào)制器和電源等部分組成。發(fā)射機(jī)中的大功率振蕩器在米波一般采用超短波真空三極管；在分米波可采用真空微波三極管、四極管及多腔磁控管；在厘米波至毫米波則常用多腔磁控管和同軸磁控管。2.單級振蕩式發(fā)射機(jī)和主振放大式發(fā)射機(jī)一、概述2．主振放大式發(fā)射機(jī)主振放大式發(fā)射機(jī)的組成如圖2.2所示，主要由射頻放大鏈、脈沖調(diào)制器、固態(tài)頻率源及高壓電源等組成。2.單級振蕩式發(fā)射機(jī)和主振放大式發(fā)射機(jī)一、概述圖2.3所示為現(xiàn)代全相參雷達(dá)的主振放大式發(fā)射機(jī)框圖，為了講述方便，圖中主要給出了主振放大式發(fā)射機(jī)和頻率源（見圖中虛線框）兩部分。在圖2.3中，頻率源主要由基準(zhǔn)源、頻率合成器、波形產(chǎn)生器以及發(fā)射激勵(上變頻）組成。3.現(xiàn)代雷達(dá)對發(fā)射機(jī)的主要要求一、概述1.發(fā)射相位全相參信號現(xiàn)代雷達(dá)需要解決的首要問題是在各種強(qiáng)雜波背景中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并準(zhǔn)確地檢測出目標(biāo)的各種參數(shù)。這里指的雜波，主要是地物、海浪、云雨和雪等形成的強(qiáng)反射回波。雷達(dá)系統(tǒng)抑制這些雜波主要采用動目標(biāo)顯示(MTI)技術(shù)、動目標(biāo)檢測(MTD)術(shù)和脈沖多普勒(PD)術(shù)。無論是MTIMTD還是PD技術(shù)，都要求輸出高穩(wěn)定的全相參信號，必須采用全相參的主振放大式發(fā)射機(jī)。這里所說的相參性，是指發(fā)射的射頻信號與雷達(dá)頻率源輸出的各種信號(見圖2.3)存在著確定的相位關(guān)系。對于單級振蕩式發(fā)射機(jī)，由于脈沖調(diào)制器直接控制振蕩器工作，每個射頻脈沖的起始相位是由振蕩器的噪聲決定的，因而相繼脈沖的射頻相位是隨機(jī)的，或者說單級振蕩器輸出的射頻信號是不相參的。因此通常把單級振蕩式發(fā)射機(jī)稱為非相參發(fā)射機(jī)。3.現(xiàn)代雷達(dá)對發(fā)射機(jī)的主要要求一、概述

3.現(xiàn)代雷達(dá)對發(fā)射機(jī)的主要要求02雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)PARTTWO二、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的頻率是按照雷達(dá)的用途確定的。為了提高雷達(dá)系統(tǒng)的工作性能和抗干擾能力，有時還要求發(fā)射機(jī)能在多個頻率或多個波段上跳變工作或同時工作。選擇工作頻率還需要考慮其他有關(guān)問題：電波傳播受氣候條件的影響（吸收、散射和衰減等因素)；雷達(dá)的測試精度、分辨力；雷達(dá)的應(yīng)用環(huán)境（地面、機(jī)載、艦載或太空應(yīng)用等）因素；目前和近期微波功率管的技術(shù)水平。雷達(dá)發(fā)射機(jī)的瞬時帶寬是指輸出功率變化小于dB的作頻率范圍。通常窄頻帶發(fā)射機(jī)采用三極真空管、四極真空管、速調(diào)管和硅雙極晶體管。寬帶發(fā)射機(jī)則選用行波管、前向波管、行波速調(diào)管、多注速調(diào)管和砷化場效應(yīng)管。對于某些特殊應(yīng)用的雷達(dá)(如成像雷達(dá)和目標(biāo)識別雷達(dá)等)，信號帶寬很寬需要采用寬帶、超寬帶雷達(dá)發(fā)射機(jī)。1.工作頻率和瞬時帶寬二、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)

2.輸出功率二、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)1．信號形式迄今為止，已經(jīng)有多種形式的雷達(dá)信號波形，并可以從不同觀點(diǎn)進(jìn)行分類，通常是按照調(diào)制方式進(jìn)行分類。按照調(diào)制方法，可以將雷達(dá)信號波形歸納為如圖2.4所示的幾種。根據(jù)雷達(dá)體制的不同，可選用相應(yīng)的信號形式。表2.1示出了常用的幾種信號波形的調(diào)制方式和工作比r/T。3.信號形式和脈沖波形二、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)

3.信號形式和脈沖波形03PARTTHREE雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要部件和各種應(yīng)用三、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要部件和各種應(yīng)用現(xiàn)代雷達(dá)已被廣泛應(yīng)用于國防、國民經(jīng)濟(jì)、航空航天、太空探測等領(lǐng)域。雷達(dá)發(fā)射機(jī)技術(shù)除了應(yīng)用于雷達(dá)外，在導(dǎo)航、電子對抗、遙測、遙控、電離探測、高能加速器、工業(yè)微波加熱、醫(yī)療設(shè)備、儀表設(shè)備、高能微波武器等方面都得到了廣泛應(yīng)用。在雷達(dá)系統(tǒng)中，根據(jù)雷達(dá)的體制對雷達(dá)發(fā)射機(jī)提出了不同的要求。雷達(dá)發(fā)射機(jī)按產(chǎn)生射頻信號的方式，分為單級振蕩式發(fā)射機(jī)和主振放大式發(fā)射機(jī)；按發(fā)射信號形式，分為連續(xù)波發(fā)射機(jī)和脈沖發(fā)射機(jī)；按發(fā)射機(jī)產(chǎn)生射頻信號所采用的器件，可分為電真空器件發(fā)射機(jī)和全固態(tài)發(fā)射機(jī)；按用途和應(yīng)用平臺不同，可分為地面雷達(dá)發(fā)射機(jī)、艦載雷達(dá)發(fā)射機(jī)、機(jī)載雷達(dá)發(fā)射機(jī)和星載雷達(dá)發(fā)射機(jī)等。1.概述三、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要部件和各種應(yīng)用1.射頻大功率振蕩器和射頻放大鏈單級振蕩式發(fā)射機(jī)采用與要求的輸出功率、工作頻率相對應(yīng)的真空三極電子管、四極電子管振蕩器或磁控管振蕩器。對于主振放大式發(fā)射機(jī)，其峰值功率在1MW以內(nèi)，一般采用行波管式速調(diào)管放大器，通?？梢杂梢患壒虘B(tài)放大器驅(qū)動一級電真空放大器組成；高增益的行波管——行波放大鏈具有較寬的瞬時帶寬，可用較少的級數(shù)提供高的增益，常用于機(jī)載雷達(dá)以及輕便式移動雷達(dá)；峰值功率大于1MW的行波或速調(diào)管發(fā)射機(jī)和峰值功率在100kW以上的前向波管發(fā)射機(jī)，則可由一級固態(tài)放大器（前級放大器)、一級中功率放大器和一級高功率放大器組成；當(dāng)需要獲得更高的峰值功率和平均功率而采用單個末級微波功率管有困難時，則可采用由多個中、大功率微波管并聯(lián)合成法獲得，其方法有集中合成法和空間合成法兩種。2.發(fā)射機(jī)的主要部件三、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要部件和各種應(yīng)用2.調(diào)制器、高壓電源和冷卻系統(tǒng)調(diào)制器是雷達(dá)發(fā)射機(jī)的重要組成部分。高峰值功率陰極調(diào)制徼波管需要大功率線型調(diào)制器或剛性調(diào)制器，其線型調(diào)制器的高壓電源一般采用多相整流的低頻（50Hz或400Hz）電源，而發(fā)射機(jī)的冷卻系統(tǒng)一般采用強(qiáng)迫風(fēng)冷卻加液體冷卻或者強(qiáng)迫風(fēng)冷卻、液體冷卻加蒸發(fā)冷卻的方式。對于柵極調(diào)制（可分為陽極調(diào)制、聚焦電極調(diào)制以及控制電極調(diào)制等）徼波管發(fā)射機(jī)，通常采用浮動板調(diào)制器。由于它的高壓電源較高、功率較大，而且電源的穩(wěn)定度和紋波直接影響輸出信號的質(zhì)量，因此一般采用穩(wěn)定度較高的高頻逆變電源，而冷卻系統(tǒng)通常采用強(qiáng)迫風(fēng)冷卻加液體冷卻的方式。2.發(fā)射機(jī)的主要部件三、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要部件和各種應(yīng)用1.自激（單級）振蕩式發(fā)射機(jī)早期的常規(guī)脈沖雷達(dá)對發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度沒有嚴(yán)格要求，一般都選擇簡單的自激振蕩式發(fā)射機(jī)。圖(a）示出了自激振蕩式發(fā)射機(jī)的組成框圖。工作頻率在VHF至UHF波段，振蕩器采用真空三極管、四極管；工作頻率在L波段至Ka波段（1~40GHz)，采用多腔磁控管或同軸磁控管振蕩器。早期的地面警戒引導(dǎo)雷達(dá)、火控雷達(dá)以及氣象雷達(dá)等大多采用自激振蕩式發(fā)射機(jī)。自激振蕩式發(fā)射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是簡單、成本低、比較輕便。它的主要缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定性差(10～103)、難以產(chǎn)生復(fù)雜波形、相繼高頻脈沖之間的相位不相參，因而難以滿足脈沖多普勒和脈壓縮等現(xiàn)代雷達(dá)的要求。3.幾種典型的雷達(dá)發(fā)射機(jī)三、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要部件和各種應(yīng)用2.高功率速調(diào)管發(fā)射機(jī)圖(b)示出了采用高功率速調(diào)管發(fā)射機(jī)的典型組成。對于大型地面固定雷達(dá)，如遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)、精密跟蹤雷達(dá)，要求發(fā)射機(jī)的輸出功率高、瞬時帶寬較窄，脈沖寬度和重復(fù)頻率變化不大，應(yīng)首選高功率速調(diào)管發(fā)射機(jī)。這種發(fā)射機(jī)大都采用高功率陰極調(diào)制單注速調(diào)管，具有功率大、效率高、壽命長、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。需要說明一點(diǎn)，高功率速調(diào)管放大鏈需要附加設(shè)備〈如聚焦磁場、防護(hù)設(shè)備等）多，從而使放大鏈較為笨重，所以較多地應(yīng)用于窄帶工作的地面雷達(dá)。3.幾種典型的雷達(dá)發(fā)射機(jī)三、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要部件和各種應(yīng)用3.用于機(jī)載雷達(dá)的寬帶高增益行波管發(fā)射機(jī)機(jī)載雷達(dá)發(fā)射機(jī)目前大多工作在X波段，也有機(jī)載全相參雷達(dá)工作在Ku波段的。峰值功率從幾千瓦至幾十千瓦，平均功率為幾百瓦至幾千瓦。早期的機(jī)載雷達(dá)采用磁控管發(fā)射機(jī)，目前大多數(shù)機(jī)載雷達(dá)都采用寬帶高增益行波管發(fā)射機(jī)，其典型組成框圖如圖(c)所示。它的主要優(yōu)點(diǎn)是增益高、瞬時帶寬較寬、體積小、質(zhì)量輕、成本較低。3.幾種典型的雷達(dá)發(fā)射機(jī)三、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要部件和各種應(yīng)用4.寬帶大功率行波管-前向波管發(fā)射機(jī)對于寬頻帶大功率發(fā)射機(jī)，一般采用行波管放大器推動前向波管放大的多級放大鏈。圖(d)出了寬帶大功率行波管——前向波管發(fā)射機(jī)組成框圖。這種發(fā)射機(jī)的特點(diǎn)是行波管具有寬帶、高增益，前向波管具有高功率和高效率。這是一種比較優(yōu)選的放大鏈組合，主要應(yīng)用于可移動式車載測控雷達(dá)和機(jī)載預(yù)警雷達(dá)。3.幾種典型的雷達(dá)發(fā)射機(jī)04PARTFOUR真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)在脈沖雷達(dá)中，用于發(fā)射機(jī)的真空微波管按工作原理可以分為三種：真空微波三極管、四極管；線性電子注微波管（又稱線性注管或О型等)；正交場微波管（又稱M型管)。真空微波三極管、四極管的工作原理是基于柵極的靜電控制，但在結(jié)構(gòu)上做了較大改進(jìn)，減小了電子渡越效應(yīng)、引線電感和極間電容的影響。目前，微波三極管、四極管的最高工作頻率可達(dá)2GHEz，但在發(fā)射機(jī)中作為功放級，大都在1GHz以下。О型管和M型管都屬于動態(tài)控制的微波管，它們包括電子槍(或陰極)、相互作用區(qū)（諧振腔或慢波系統(tǒng)）和收集極三部分。О型管主要有行波管（螺旋線行波管、耦合腔行波管等)、速調(diào)管及行波速調(diào)管三種。M型管主要分為諧振型和非諧振型兩類：諧振型中最具有代表性的管種就是常規(guī)雷達(dá)中用得最多的磁控管；非諧振型主要有前向波管、返波管等。1.概述四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)根據(jù)發(fā)射機(jī)的不同用途和真空微波管的性能特點(diǎn)，擇優(yōu)選用所需的真空微波管，以滿足雷達(dá)系統(tǒng)對發(fā)射機(jī)各項技術(shù)指標(biāo)的要求，可以考慮從以下幾個方面選擇真空徼波管。1.單級振蕩式發(fā)射機(jī)磁控管振蕩器在早期雷達(dá)中使用已久，應(yīng)用廣泛。它的突出優(yōu)點(diǎn)是工作電壓較低、效率高、體積質(zhì)量小和價格低。因此，只要能滿足雷達(dá)系統(tǒng)的要求，磁控管仍是優(yōu)選的微波管。但是，磁控管發(fā)射機(jī)存在著頻率穩(wěn)定性差、射頻脈沖間不具相位相參性以及不適應(yīng)產(chǎn)生復(fù)雜波形的要求，使它在現(xiàn)代雷達(dá)的應(yīng)用中受到限制。2.地面固定雷達(dá)發(fā)射機(jī)對于地面固定雷達(dá)，如遠(yuǎn)程搜索警戒雷達(dá)或精度測控雷達(dá)，要求發(fā)射機(jī)輸出功率高、脈沖寬度和重復(fù)頻率變化不大、瞬時帶寬較窄。應(yīng)首選陰極調(diào)制的高功率、高增益的單注速調(diào)管，它具有功率大、效率高、易冷卻、電路較簡單、壽命長和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。2.真空微波管的選擇四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)3.機(jī)載偵察及火控雷達(dá)機(jī)載偵察及火控雷達(dá)是一種多功能雷達(dá)，具有多種工作模式，因而要求發(fā)射機(jī)的脈沖寬度和重復(fù)頻率變化范圍大、瞬時頻帶寬、工作效率高、可靠性好，而且體積小、質(zhì)量輕。應(yīng)首選具有降壓收集極的柵控調(diào)制、高增益行波管。4.機(jī)載預(yù)警雷達(dá)發(fā)射機(jī)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)要求發(fā)射機(jī)的輸出功率大、瞬時頻帶寬、脈沖寬度和重復(fù)頻率變化范圍大、效率高、可靠性好、體積小而且質(zhì)量輕，可采用柵極調(diào)制的耦合腔行波管，也可以選用控制極調(diào)制或陰極調(diào)制的多注速調(diào)管。近年來，直流運(yùn)行的前向波管也受到越來越多的重視。2.真空微波管的選擇四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)5

.艦載雷達(dá)發(fā)射機(jī)艦載雷達(dá)發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo)和基本組成與地面雷達(dá)發(fā)射機(jī)類似，早期采用單級振蕩式磁控管發(fā)射機(jī)。近年來也開始使用主振放大式發(fā)射機(jī)。當(dāng)要求窄帶工作時，一般來說前級采用固態(tài)放大器，中間級采用行波管來推動末級大功率速調(diào)管﹔當(dāng)要求寬帶工作時，采用前級固態(tài)放大器推動末級大功率前向波管放大器。6.星載雷達(dá)發(fā)射機(jī)星載雷達(dá)主要用來進(jìn)行地形測繪成像，也用于開發(fā)自然資源等方面。要求發(fā)射機(jī)壽命長、效率高、體積小、質(zhì)量輕和可靠性高。應(yīng)首選高效率、長壽命的行波管放大器，有時也采用永磁速調(diào)管放大器，也可選用由微波集成電器和微型行波管集成的微波功率模塊(MPM)。目前越來越多的星載雷達(dá)發(fā)射機(jī)采用全固體徼波晶體管放大器。2.真空微波管的選擇四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)7.低頻大功率超視距雷達(dá)發(fā)射機(jī)超視距雷達(dá)發(fā)射機(jī)要求輸出功率大、相對頻帶寬、脈沖寬度寬、重復(fù)頻率低或連續(xù)波工作方式?？梢允走x具有連續(xù)波工作能力的柵控管或固態(tài)微波功率放大器。8.高功率毫米波小目標(biāo)測試、目標(biāo)識別和成像雷達(dá)由于要求發(fā)射機(jī)輸出功率高、工作頻帶寬、多種信號形式，因而可首選毫米波回旋管放大器，當(dāng)要求功率較小時也可以選用毫米波行波管。表2.3列出了各種用途雷達(dá)發(fā)射機(jī)、導(dǎo)航信標(biāo)及電子對抗發(fā)射機(jī)中常用的微波功率器件。2.真空微波管的選擇四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)1.行波管在雷達(dá)發(fā)射機(jī)中，行波管是一種應(yīng)用范圍最廣和工作頻率范圍最寬的微波放大器件。行波管的結(jié)構(gòu)包括電子槍(或陰極)、相互作用區(qū)（慢波結(jié)構(gòu)）和收集極三部分。小功率和中功率行波管通常作為前級激勵放大器去推動大功率多腔速調(diào)管或M型微波放大管。在機(jī)載雷達(dá)發(fā)射機(jī)中，普遍采用寬頻帶、大功率柵控行波管作為末級放大器。根據(jù)行波管慢波結(jié)構(gòu)的不同，可分為螺旋線行波管〈含環(huán)圈、環(huán)桿行波管）和耦合腔行波管等幾種。按功能要求，可分為寬帶行波管、大功率行波管以及雙模行波管等。在雷達(dá)發(fā)射機(jī)中，主要使用中、大功率的耦合腔行波管、雙模行波管以及用于微波功率模塊的微型行波管等。圖2.14示出了螺旋線行波管和耦合腔行波管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。3.線性注管(О型管)四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)3.線性注管(О型管)四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)2.速調(diào)管速調(diào)管的工作原理和性能與行波管類似，同屬于線性電子注真空微波功率管。不同之處是速調(diào)管依靠腔體之間隙處的外加射頻場對電子注中的電子進(jìn)行速度調(diào)制而實(shí)現(xiàn)能量交換。在雷達(dá)發(fā)射機(jī)中，主要采用單注多腔速調(diào)管、多注速調(diào)管和行波速調(diào)管三類。圖2.15示出了單注多腔速調(diào)管的結(jié)構(gòu)示意圖。3.線性注管(О型管)四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)多注速調(diào)管的電子槍多為帶控制電極的電子槍，電子注數(shù)目可多達(dá)6~36個，它的相互作用結(jié)構(gòu)由輸入腔、諧振腔、漂移腔和輸出腔組成，該相互作用結(jié)構(gòu)為多個電子注共用，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。圖2.16給出了多注速調(diào)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。多注速調(diào)管的工作電壓較低，可以方便地采用控制電極調(diào)制和永磁聚焦。它具有瞬時頻帶寬、效率高、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，是高機(jī)動雷達(dá)的優(yōu)選微波管之一。3.線性注管(О型管)四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)3.行波速調(diào)管行波速調(diào)管由輸出腔、相互作用電路和輸出腔三部分組成。它采用速調(diào)管的輸入部分和行波管的輸出部分，因而兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，其頻帶比速調(diào)管寬，但不及行波管。行波速調(diào)管的效率較高，很適合用于功率大、瞬時頻帶寬的場合。一個典型的應(yīng)用實(shí)例是S波段主振放大式發(fā)射機(jī)：峰值功率3.5MW，平均功率為6.2kW，瞬時帶寬為200MHz。3.線性注管(О型管)四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)4.正交場微波管(M型管)1.磁控管磁控管主要有普遍磁控管（多腔磁控管）和同軸磁控管兩種。圖2.17示出了兩種常用磁控管的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2.17(a）為普通磁控管結(jié)構(gòu)，圖2.17(b)為同軸磁控管結(jié)構(gòu)。磁控管振蕩器在早期雷達(dá)中已經(jīng)廣泛使用，它的突出優(yōu)點(diǎn)是工作電壓低、效率高、體積小、質(zhì)量輕、成本低。但是，磁控管存在頻率穩(wěn)定度差、射頻脈沖間沒有相參性、不能產(chǎn)生多種信號波形等缺點(diǎn)，從而限制了其在現(xiàn)代雷達(dá)發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用。四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)2.前向波管在現(xiàn)代雷達(dá)中，常用的前向波管有兩種結(jié)構(gòu)：一種是陰極調(diào)制結(jié)構(gòu)；另一種是直流運(yùn)用結(jié)構(gòu)。在目前的雷達(dá)發(fā)射機(jī)中應(yīng)用更多的是直流運(yùn)用結(jié)構(gòu)的前向波管，圖2.18示出了其結(jié)構(gòu)示意圖。4.正交場微波管(M型管)四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)4.正交場微波管(M型管)直流運(yùn)用結(jié)構(gòu)的前向波管采用冷陰極工作方式，通過控制電極進(jìn)行脈沖調(diào)制。它的控制極是將陰極分離一部分而構(gòu)成的，控制極相對于陰極是絕緣的，見圖2.18。這種行波管在工作時直流電壓一直加在陰極。輸入的射頻激勵脈沖通過冷陰極二次發(fā)射效應(yīng)使管子啟動并放大射頻信號。當(dāng)射頻輸入結(jié)束時，需要在控制極上加一個相對陰極為正的熄滅脈沖以收集通過漂移區(qū)的電子，從而使管子終止工作。此外，加熄滅脈沖還可以防止在射頻激勵脈沖結(jié)束后產(chǎn)生寄生振蕩。采用控制極進(jìn)行調(diào)制可以省去體積龐大的陰極調(diào)制器，而且適用于復(fù)雜調(diào)制信號的雷達(dá)發(fā)射機(jī)。四、真空微波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)直流運(yùn)用前向波管是現(xiàn)代雷達(dá)發(fā)射機(jī)的優(yōu)選微波功率器件，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）采用冷陰極工作方式，提高了抑制寄生振蕩的能力，并延長了使用壽命。（2）可以輸出較大的射頻功率，輸出的波形很好，不會產(chǎn)生上升和下降過程的噪聲。（3）效率高、瞬時頻帶寬、適用于脈沖壓縮、相位編碼體制的雷達(dá)發(fā)射機(jī)。（4）采用控制極調(diào)制，電路簡單，僅需要一個穩(wěn)定性好的高壓電源和一個小功率脈沖調(diào)制器。體積小、質(zhì)量輕，適用于機(jī)動性強(qiáng)的場合。（5）斷開前向波管電壓或者適當(dāng)降低高壓電源，可以實(shí)現(xiàn)快速改變射頻輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)功率的程控輸出。4.正交場微波管(M型管)05固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)PARTFIVE五、固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)隨著新型砷化鐐場效應(yīng)晶體管(GaAsFET)工作頻率的不斷擴(kuò)展（最高工作頻率可達(dá)30~100GHz)和輸出功率的不斷提高(C波段單管輸出功率已達(dá)50W，X波段為20W)，已經(jīng)在C波段、X波段采用GaAsFET做成微波功率放大器組件，從而使C波段、X波段甚至毫米波段的全固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)從研制水平開始進(jìn)入試用階段。隨著微波功率器件制造水平的不斷提高和固態(tài)雷達(dá)發(fā)射技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，必將會有越來越多的固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)替換原有的電子管雷達(dá)發(fā)射機(jī)。固態(tài)發(fā)射機(jī)由多個功率放大器組件直接合成，或者在空間合成得到需要的輸出功率。所使用的功率放大組件從幾十個、幾百個到成千上萬個。即使有個別功率放大組件失效，對整機(jī)的輸出功率也沒有太大影響，因此使發(fā)射機(jī)具有故障弱化特性。固態(tài)發(fā)射機(jī)特別適用于高工作比和寬脈沖的工作方式，它具有工作電壓低、可靠性高、維護(hù)性好、故障率很低和機(jī)動性好等優(yōu)點(diǎn)。固態(tài)發(fā)射機(jī)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在地面、車載、艦載、機(jī)載和星載等雷達(dá)領(lǐng)域，在電子對抗和通信領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。1.概述五、固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)

2.微波晶體管及其發(fā)展概況五、固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)2.砷化鐐場效應(yīng)晶體管（GaAsFET)目前，砷化鐐場效應(yīng)晶體管是金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管〈MESFET)中應(yīng)用最廣的固態(tài)微波器件，其工作頻率可高達(dá)30GHz。在過去20多年中，GaAsMESFET(通常簡稱GaAsFET)在微波低噪聲放大器、中小功率放大器和單片集成電路中占據(jù)了支配地位，它的主要優(yōu)點(diǎn)如下:（1）是一種電壓控制器件，由柵極上的電壓來控制多數(shù)載流子的流動。（2）具有電流增益，同時還具有電壓增益。（3）具有低噪聲和高效率性能。（4）器件可工作在很高的頻率，可高達(dá)30GHz。（5）與雙極型晶體管相比，抗輻射性能強(qiáng)。2.微波晶體管及其發(fā)展概況五、固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)固態(tài)發(fā)射機(jī)通常分為兩種類型：一種是集中合成式全固態(tài)發(fā)射機(jī)；另一種是分布式空間合成有源相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射機(jī)。全固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的典型組成框圖如圖2.13所示。3.固態(tài)發(fā)射機(jī)的分類和特點(diǎn)五、固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)圖2.26示出了固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出功率合成方式。圖2.26(a)示出了固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)集中合成輸出結(jié)構(gòu)，它可以單獨(dú)用于中小功率的雷達(dá)發(fā)射機(jī)，將多個這種集中合成輸出結(jié)構(gòu)作為基本單元再次進(jìn)行集中合成或空間合成，可以構(gòu)成超大功率的全固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)。圖2.26(b)為空間合成輸出結(jié)構(gòu)，主要用于全固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)。這種空間合成輸出結(jié)構(gòu)也可以作為全固態(tài)相控雷達(dá)的子陣，將多個子陣按設(shè)計要求組合，即可構(gòu)成超大功率的全固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射機(jī)。固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)中的微波功率放大模塊(組件)是最重要的核心部件，設(shè)計和制造高性價比的功率模塊，對全固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的性能和成本起著十分關(guān)鍵的作用。3.固態(tài)發(fā)射機(jī)的分類和特點(diǎn)五、固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)全固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)與真空微波管發(fā)射機(jī)（如速調(diào)管、行波管和正交場管發(fā)射機(jī)等）相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):（1）不需要陰極加熱，壽命長。發(fā)射機(jī)不消耗陰極加熱功率，也沒有預(yù)熱延時，使用壽命幾乎是無限的。（2）固態(tài)微波功率模塊工作電壓低，一般不超過50V。不需要體積龐大的高壓電源（一般真空微波管發(fā)射機(jī)要求幾千伏，甚至幾萬伏、幾百萬伏的高壓〉和防護(hù)射線等附加設(shè)備，因此體積較小、質(zhì)量較輕。（3）固態(tài)發(fā)射機(jī)模塊均工作在C類放大器工作狀態(tài)，不需要大功率、高電壓脈沖調(diào)制器，從而進(jìn)一步減小了體積和質(zhì)量。3.固態(tài)發(fā)射機(jī)的分類和特點(diǎn)五、固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)（4）固態(tài)發(fā)射機(jī)可以達(dá)到比真空微波管發(fā)射機(jī)寬得多的瞬時帶寬。對于高功率真空管發(fā)射機(jī)，瞬時帶寬很難超過10%~20%，而固態(tài)發(fā)射機(jī)的瞬時帶寬可高達(dá)30%~50%。（5）固態(tài)發(fā)射機(jī)很適合高工作比、寬脈沖工作方式，效率較高，一般可達(dá)20%。而高功率、窄脈沖調(diào)制、低工作比的真空管發(fā)射機(jī)的效率僅為10%左右。（6）固態(tài)發(fā)射機(jī)具有很高的可靠性。一方面是固態(tài)微波功率模塊具有很高的可靠性，目前平均無故障間隔時間(MTBF）可達(dá)100000~200000h；另一方面，固態(tài)發(fā)射模塊已做成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)件，當(dāng)組合應(yīng)用時便于設(shè)置備份件，可做到現(xiàn)場在線維修。（7）系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用靈活。一種設(shè)計良好的固態(tài)收發(fā)（T/R〉模塊可以滿足多種雷達(dá)使用。固態(tài)發(fā)射機(jī)應(yīng)用在相控陣?yán)走_(dá)中具有更大的靈活性，相控陣?yán)走_(dá)可根據(jù)相控陣天線陣面尺寸和輸出功率來確定模塊的數(shù)目，可以通過關(guān)斷或降低某些TR模塊的輸出功率來實(shí)現(xiàn)有源相控陣發(fā)射波瓣的加權(quán)，以降低天線波束副瓣。3.固態(tài)發(fā)射機(jī)的分類和特點(diǎn)五、固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)1.L波段高可靠性全固態(tài)發(fā)射機(jī)圖2.27示出了一個L波段高可靠性全固態(tài)發(fā)射機(jī)的應(yīng)用實(shí)例。這個固態(tài)發(fā)射機(jī)的輸出峰值功率為8kW，平均功率為1.25kW。