发射一种特定的大功率无线电信号。发射机在雷达中就是起这 一作用的, 也就是说, 它为雷达提供一个载波受到调制的大功率 射频信号, 经馈线和收发开关由天线辐射出去。
第2章 雷达发射机


Tr 大功率射 频振荡器 至天线
Tr 定时信号 脉冲调制器
Tr
电 源
图 2.1 单级振荡式发射机
第2章 雷达发射机
图 2.9 采用频率合成技术的主振放大式发射机
…
第2章 雷达发射机 图2.9是采用频率合成技术的主振放大式发射机的原理方框 图, 图中基准频率振荡器输出的基准信号频率为F。在这里, 发射 信号 ( 频率 f0=NiF+MF) 、稳定本振电压 ( 频率 fL=NiF) 、相参振荡 电压(频率fc=MF)和定时器的触发脉冲(重复频率fr=F/n)均由基准 信号F经过倍频、分频及频率合成而产生, 它们之间有确定的相
成分布放大器的四极管链，则具有10 %以上乃至几个倍频程的
带宽)。 这种放大链较多用于地面远程雷达和相控阵雷达中。
第2章 雷达发射机 在1000 MHz以上放大链通常有行波管-行波管、 行波管-速 调管和行波管-前向波管等几种组成方式: 1) 行波管-行波管式放大链 这种放大链具有较宽的频带, 可 用较少的级数提供高的增益, 因而结构较为简单。 但是它的输
雷达工作频率在1000MHz
(
以上时, 通常选用直线电子注微波管
O 型管 ) 和正交场型微波管 (M 型管 ) 作为发射机的射频放大管。
在表2.2中我们对高功率脉冲工作的O型管和分布发射式的M型管 在同一频段、同样峰值功率和平均功率电平下的各项主要性能 进行了比较。在1000 MHz以下用得较多的是微波三、 四极管(栅 控管), 在表2.3中列出了它们的主要性能。
的, 所以信号频谱纯度是fm的函数, 通常用L(fm)表示。假如测量
设备的有效带宽不是1 Hz而是ΔBHz, 那么所测得的分贝值与L(fm) 的关系可近似认为等于
L( f m ) 10lg
B带宽内的单边带功率
信号功率
10lg B dB / Hz
现代雷达对信号的频谱纯度提出了很高的要求, 例如对于脉冲多
第2章 雷达发射机 表2.2 高功率脉冲工作的O型管和分布发射式M型管的性能比较
第2章 雷达发射机 表2.2 高功率脉冲工作的O型管和分布发射式M型管的性能比较
第2章 雷达发射机 表 2.3 微波三、四极管的主要电性能
第2章 雷达发射机 根据以上的比较可以知道, 选用什么微波管组成放大链要按
主控振荡器 固 体 微波源 射频放大链 中间射频 功率放大器 输出射频 功率放大器 至天线
脉冲 调制器
脉冲 调制器
脉冲 调制器
定时器
电 源
触发脉冲
图 2.2 主振放大式发射机
第2章 雷达发射机 单级振荡式发射机与主振放大式发射机相比，最大的优点 是简单、经济, 也比较轻便。实践表明, 同样的功率电平, 单级
出功率往往不大, 效率也不是很高, 常应用于机载雷达及要求轻
便的雷达系统中。
第2章 雷达发射机 2) 行波管-速调管放大链 它的特点是可以提供较大的功率, 在增益和效率方面的性能也比较好, 但是它的频带较窄, 速调管
本身以及要求的附属设备(如聚焦磁场及冷却和防护设备等), 使
放大链较为笨重, 所以这种放大链多用于地面雷达。 3) 行波管-前向波管放大链 这是一种比较好的折衷方案。 行波管虽然效率低, 用在前级对整个放大链影响较小, 但可以发 挥其高增益的优点。由于行波管提供了足够的增益, 使得后级可
天线控 制系统
图 2.7 单级振荡式发射机组成方框图
第2章 雷达发射机
触发脉冲
0 预调脉冲
Tr
t

(a)
0 调制脉冲 0
Hale Waihona Puke (b)t t(c) 射频脉冲 0 (d) t
图 2.8 单级振荡式发射机各级波形
第2章 雷达发射机
2.3.2
1. 在雷达整机要求有很高的频率稳定度的情况下, 必须采用主 振放大式发射机。 因为在单级振荡式发射机中, 信号的载频直 接由大功率振荡器决定。由于振荡管的预热漂移、温度漂移、 负载变化引起的频率拖曳效应、 电子频移、 调谐游移以及校准 误差等原因, 单级振荡式发射机难于达到高的频率精度和稳定度。 在主振放大式发射机中, 如前所述, 载频的精度和稳定度在 低电平级决定, 较易采取各种稳频措施, 例如恒温、防震、稳压 以及采用晶体滤波、注入稳频及锁相稳频等措施, 所以能够得到
卜勒雷达一个典型的要求是 -80 dB。为了满足信号频谱纯度的 要求, 发射机需要精心的设计。
第2章 雷达发射机
2.3 单级振荡和主振放大式发射机
2.3.1 单级振荡式发射机
电源、控制、 保护电路 (d) 预调器 (a) 定时器 (b) 发射机 调制器 (c) 振荡器 天线 天线 开关
显示器
接收机
实际情况具体考虑 , 不存在对于一切场合都是最佳的放大链。
从现有的使用情况看, 在1000 MHz以下选用微波三、四极管组 成的放大链, 它具有体积小、重量轻、工作电压低、 相位稳定
性和相位特性线性度好、成本低和对负载失配容限大等优点。
但是它的单级增益较低 , 往往要求的级数较多 (为提高增益，通 常让前级工作在A类, 这样做对放大链的总效率影响不大)。它的 频带也不易做得宽(新型的将电路元件和管子结合在一起封装于 真空壳内的所谓同轴管放大器以及将一系列管子结合在一起组
为规律性的与随机性的两类, 规律性的不稳定往往是由电源滤波 不良、机械震动等原因引起的, 而随机性的不稳定则是由发射管 的噪声和调制脉冲的随机起伏所引起的。
第2章 雷达发射机
相 对 振 幅
1 Tr
sin f f
f0 －
1
f0
f0 ＋
1
图 2.5 矩形射频脉冲列的理想频谱
第2章 雷达发射机
第2章 雷达 发射机 10 000
1000 4 100 4 PF 2
平均功率/kW
微波管 边界
100
功率 / MW
10 3 5 2
3 1
2
10
1.0
5
1 1 0.1 1 10 100 1000 频率 /GHz
0.1
6
0.01
0.1
1.0
10 频率 /GHz
100
(a )
螺线行波管 100
带宽( % )
第2章 雷达发射机
触发脉冲 fr＝F/n
分频器 ÷n F 基准频率 振 荡 器 F 倍频器 ×M MF 上变频 混频器 相参振荡电压 F 谐 波 产生器 N1F N2F N3F 控 制 器 NiF fC＝MF 调制器 多 级 放大链 发射信号至天线 f0＝(Ni＋M)F
稳定本振电压 fL＝NiF
Nk F
注意改善输出级的效率。
第2章 雷达发射机
4. 信号形式(调制形式)
表 2.1 雷达的常用信号形式
第2章 雷达发射机

Tr t (a ) t

Tr t
t
0
＋ ＋＋
－
(b )
＋
＋＋＋
－
＋
＋ ＋＋
－
＋
t
t (c)
图 2.4 三种典型雷达信号和调制波形
第2章 雷达发射机 5 . 信号的稳定度或频谱纯度
很高的频率稳定度。
第2章 雷达发射机 2. 发射相位相参信号 在要求发射相位相参信号的雷达系统 (例如脉冲多卜勒雷达 等)中, 必须采用主振放大式发射机。所谓相位相参性，是指两个 信号的相位之间存在着确定的关系。 对于单级振荡式发射机, 由
于脉冲调制器直接控制振荡器的工作, 每个射频脉冲的起始射频
第2章 雷达发射机 2. 输出功率 发射机的输出功率直接影响雷达的威力和抗干扰能力。 通
常规定发射机送至天线输入端的功率为发射机的输出功率。 有
时为了测量方便, 也可以规定在指定负载上(馈线上一定的电压 驻波比)的功率为发射机的输出功率。如果是波段工作的发射机， 则还应规定在整个波段中输出功率的最低值, 或者规定在波段 内输出功率的变化不得大于多少分贝。
相位是由振荡器的噪声决定的, 因而相继脉冲的射频相位是随机 的, 或者说, 这种受脉冲调制的振荡器输出的射频信号相位是不 相参的。 所以, 有时把单级振荡式发射机称为非相参发射机。
第2章 雷达发射机 在主振放大式发射机中 , 主控振荡器提供的是连续波信号 , 射频脉冲的形成是通过脉冲调制器控制射频功率放大器达到的。 因此， 相继射频脉冲之间就具有固定的相位关系。只要主控振
振荡式发射机大约只有主振放大式重量的1/3。因此, 只要有可
能, 还是尽量优先采用单级振荡式方案。但是, 当整机对发射机 有较高要求时, 单级振荡式发射机往往无法满足而必须采用主 振放大式发射机。
第2章 雷达发射机
2.2 雷达发射机的主要质量指标
1. 雷达的工作频率或波段是按照雷达的用途确定的。为了提高 雷达系统的工作性能和抗干扰能力, 有时还要求它能在几个频率 上跳变工作或同时工作。工作频率或波段的不同对发射机的设 计影响很大 , 它首先牵涉到发射管种类的选择 , 1000MHz以下主要采用微波三、四极管, 在1 000 MHz以上则有 多腔磁控管、 大功率速调管、行波管以及前向波管等。目前各 类发射管所能提供的射频功率与带宽能力如图2.3所示。
位相参性, 所以这是一个全相参系统。
第2章 雷达发射机 4.
复杂波形发射机 波 形 产生器 主振放大 式发射机 收发 开关 天线 控制与 定时器 稳 频 振荡器
信 号 处理器 输出
接收机
图 2.10 能产生复杂波形的主振放大式发射机
第2章 雷达发射机
2.3.3 射频放大链的性能与组成