探究超外差雷达接收机的工作原理
摘要：超外差式接收机是一种广泛应用的接收机类型，现代雷达接收机绝大
多数都采用这种方式。

其基本原理是利用本振信号和输入信号进行混频产生中频
信号，经过滤波、放大等处理后输出。

即先是将射频回波信号转换为中频信号，
并对此中频信号进行滤波处理，以滤除掉混频后产生的高频和低频杂波；然后把
滤波后的中频信号进行放大，以便输出信号能够被后续的电路接收；最后将此中
频信号检波后进行后续处理。

关键词：AWPR-03；风廓线；超外差；接收机
一、现代雷达超外差接收机的工作原理和过程
本人以AWPR-03型风廓线雷达为例，来说明现代雷达超外差接收机的工作原
理和过程。

AWPR-03型雷达是安徽四创电子股份有限公司于2017年研制的固定式测风雷达，该雷达适用于机场，主要用于实时、连续探测雷达场站上空3KM以下的空中
风向风速和垂直气流，为机场航空飞行气象保障提供高时空分辨力的空中风资料。

其接收机就是一种典型的超外差式接收机。

二、AWPR-03型接收机的原理框图。

由上图可以看出，接收机主要由三个部分组成：
1.接收通道
接收通道从功能上分为接收前端和混放两个部分；其中接收前端包括四合一合成器、PIN开关、标定开关、低噪声放大器，其作用主要是完成回波信号的低噪声放大；
混放模块完成回波下变频，得到60MHZ的中频回波信号，其主要组成部分为1380滤波、1320滤波、下变频器及60M滤波放大器。

来自天馈系统的四路射频回波信号，由四合一合成器汇总成一路，经PIN开关、标定开关、滤波器进入下变频器，再与来自频率源分机的本振信号进行下变频，获得60MHZ的中频信号送中频数字接收机进行处理。

来自频率源分机的标定信号，由标定开关控制切换到标定模式，经低噪声放大器，进入接收机通道完成对接收系统的噪声系数、相位噪声、强度和径向速度等各种标定信号。

接收通道各组成部分的作用及工作过程如下：
a) 四合一合成器：AWPR-03型雷达的天线部分由四块完全相同的天线子阵块组成，四合一合成器的作用就是将这四个天线子阵块各自接收到的射频回波信号汇总成一路。

b） PIN开关：在发射机工作的时候，PIN开关处于截止状态，防止主波泄
漏进入接收通道。

c) 标定开关：标定开关同时起到开关和耦合的作用，在发射机工作期间关
闭接收机通道，减少主波和近区强回波信号对测试通道信号的干扰，同时在相噪
测试时打开相噪测试支路，对相噪进行测试。

耦合作用则是从标定通道耦入标定
样本信号。

d) 低噪声放大器:低噪声放大器内部包括限幅器和低噪声场放两个部分。

限幅器的作用是防止从PIN开关泄露过来的主波功率及非同步的强干扰信号
烧坏低噪声放大器。

低噪声场放是接收机的前置放大器，它对接收分系统灵敏度起着决定作用。

e) 调制开关:调制开关的作用是在发射机工作时关闭后级电路，防止泄漏
的主波脉冲使后级电路饱和。

f) 1320MHz滤波器:预选接收频率和抑制寄生通道干扰。

g) 下变频器:将射频信号与本振信号进行混频获得中频信号，并将该信号进
行放大、滤波处理。

1.频率源
频率源的功能是为雷达系统提供高稳定、高纯频谱、全相参的各种频率的信
号源，保证雷达系统实现全相参处理。

频率源从性能上划分，包括频率合成和激
励源两个功能。

频率源分机由晶体振荡器、频率综合器、调制器、上变频器、调
制功率放大器组成。

高稳定度的80MHz晶振信号是整部雷达基准源。

晶体振荡器产生高稳定、高
纯频谱的80 MHz信号送往频率综合器，经过倍频、分频和滤波选频等综合处理，产生多种频率的信号源，包括DDS时钟信号、中频数字接收机时钟信号、本振信号、同步检测信号、基准检测信号。

同时，设置了基准、本振、参考、取样四个
信号的故障检测点。

240MHz的DDS时钟信号和变频控制信号（来自数字接收机）进入数字波形产生器，经过内部电路处理后产生60MHz的中频信号，输出波形为连续波、单频脉冲、调频调相以及相应组合。

在工作模式时产生单脉冲或脉冲相位编码信号，增益标定模式时产生60MHz+f d的连续波信号，经上变频产生f发射+f d的多普勒标定信号，经幅度恒定处理和高精度数控衰减器控制产生标定信号源。

频率综合器模块产生的1380MHz送到调制器，与监控模块产生的本振调制时序进行调制，调制后的信号进入上变频器。

同时，数字波形产生器模块产生的60MHz中频信号也送到上变频器，两种信号混频后产生1320MHz的射频信号。

该调制后的射频信号输出分为两路：一路作为射频调制检测信号送标定通道分机进行定性指示；另外一路作为发射激励送至发射系统。

频率源各组成部分的作用和工作过程如下：
a)晶振：80MHz晶体振荡器为雷达系统提供高稳定、高纯频谱的全机基准信号。

b) 频率综合器：将晶体振荡器送来80MHz基准信号进行倍频、分频等综合处理产生多种频率的信号。

c)调制器：输出本振调制信号，保证有较高的调制度，防止连续波信号对接收机的干扰。

d)上变频器：上变频器的功能是将调制后的本振信号与中频信号进行混频获得射频调制信号，并将该信号进行放大、滤波处理。

e)调制功率放大器：调制功率放大器的功能是将上变频器输出的射频调制信号进行放大、稳幅，并与来自监控模块的射频激励调制时序再次进行调制。

3. 标定通道
标定通道主要由固态噪声源、微波延迟线、稳幅放大器、数控衰减器、四选一开关等组成。

标定通道的功能是产生系统进行噪声系数、相位噪声、强度和径速自检需要
的各种信号。

其功能单元分为三个部分：噪声信号发生器、模拟地物目标发生器、模拟信号源发生器。

噪声信号发生器是一个噪声源，用以产生噪声系数自检时的信号。

模拟地物目标发生器采用声表面波延迟线对发射样本信号延迟实现。

模拟信号源是一个幅度和频率可控的射频信号源，幅度控制方面，RF测试信
号经过限幅后送给程控衰减器，而程控衰减器可控制幅度的衰减量；频率控制方面，RF测试信号是采用DDS方法产生的频率受控的信号。

这样就得到了系统要求
的模拟信号源。

标定单元产生的这三种信号通过选择开关来切换，由监控系统根据自检类型
进行控制。

标定单元脱离接收机不影响接收机正常工作。

来自频率源分机的标定信号，由标定开关控制切换到标定模式，经低噪声放
大器，进入接收机通道完成对接收系统的噪声系数、相位噪声、强度和径向速度
等各种标定信号。

三、结语
在以上的工作过程中，接收系统的三大组成部分接收通道、频率源和标定通道，在设定的工作模式和参数指标下，分别完成了现代雷达接收机的三大功能：
a)接收通道对射频回波信号进行低噪声放大和一次下变频，得到中频回波信
号送至数字中频接收机；
b)频率源负责形成整机基本时钟及各种频率信号，并向发射分系统提供高稳
定的射频激励信号；
c)标定通道对系统的重要参数进行自检，以保证系统工作在正常状态，输出
准确的信号数值。

这种通过混频的办法把射频回波信号先变换到中频，通过对中频信号的放大、滤波、检波等处理，得到雷达回波的方法，正是超外差接收机最典型的特点。

超
外差接收机容易得到足够大而且比较稳定的放大量；具有较高的选择性和较好的
频率特性；实际使用中，处理中频信号比直接处理高频信号容易的多，而且超外
差接收机的动态范围都很大，可以处理强信号和弱信号，由于这些突出的优点，
超外差接收机在实践中得到了广泛的应用。