资源描述
射频微波系统结构射频微波系统结构信源信源发信机发信机收信机收信机信宿信宿信道媒介信道媒介干扰噪声干扰噪声信道机信道机发射端发射端接收端接收端调制调制中放中放/变频变频功放功放模拟电路（模拟电路（RF）待发基带待发基带信号信号(BB)发射天线发射天线解调解调中放中放/变频变频放大放大/选频选频模拟电路（模拟电路（RF）输出基带输出基带信号信号(BB)接收天线接收天线微波通信系统基本模型通信机基本结构通信机基本结构射频级基本结构射频级基本结构发射部分发射部分接收部分接收部分天线公用器天线公用器本章本章主要内容主要内容：介绍发送、接收机的：介绍发送、接收机的结构方案结构方案主要指标主要指标射频微波通信系统基本模型发射机概述 收发机由发射机和接收机组成。设计一个收发机，首先不仅收发机由发射机和接收机组成。设计一个收发机，首先不仅要考虑频谱、灵敏度、选择性、功率、效率等性能指标，还要考要考虑频谱、灵敏度、选择性、功率、效率等性能指标，还要考虑功耗、成本及电路复杂度等因素，再决定选用哪种结构。虑功耗、成本及电路复杂度等因素，再决定选用哪种结构。（1 1）发射机）发射机 发射机射频部分的功能是完成基带信号对中频载波的调制，发射机射频部分的功能是完成基带信号对中频载波的调制，将其上变频至特定的将其上变频至特定的RFRF频段，对已调制的频段，对已调制的RFRF信号放大，以足够的信号放大，以足够的功率馈入天线，经天线有效的发射出去。其结构如下图：功率馈入天线，经天线有效的发射出去。其结构如下图：发射机前端的框图完成基带信号对载波的完成基带信号对载波的调制调制 通带信号（已调波）通带信号（已调波）将通带信号将通带信号搬移搬移到所需的频段到所需的频段上变频上变频放大放大到足够的功率并发射到足够的功率并发射不干扰相邻信道不干扰相邻信道限制频带限制频带主要指标：主要指标：频谱频谱、功率功率、效率效率射频发射机的射频发射机的基本组成基本组成及及完成功能完成功能：产生正弦载波产生正弦载波发射机概述接收机概述接收机接收机 接收机从空间中接收到微弱信号，通过射频滤波器从接收机从空间中接收到微弱信号，通过射频滤波器从众多的电波中选出有用信号，并经过低噪声放大到解调器众多的电波中选出有用信号，并经过低噪声放大到解调器所要求的电平值后，再由解调器解调，将频带信号变为基所要求的电平值后，再由解调器解调，将频带信号变为基带信号，其结构如下图所示：带信号，其结构如下图所示：接收机射频前端框图接收机射频前端框图接接收机的性能指标收机的性能指标 接收机完成的主要功能是选出从天线接收的有用信号，下接收机完成的主要功能是选出从天线接收的有用信号，下变频放大到基带后由解调器解调，实现频带信号到基带信号的变频放大到基带后由解调器解调，实现频带信号到基带信号的转换。接收机的结构有三类：超外差结构；直接下变频结构，转换。接收机的结构有三类：超外差结构；直接下变频结构，也称为零中频结构；低中频结构。也称为零中频结构；低中频结构。接收机的主要性能指标有：（接收机的主要性能指标有：（1 1）增）增益；（益；（2 2）频率选择性；）频率选择性；（3 3）隔离度；（）隔离度；（4 4）灵敏度；（）灵敏度；（5 5）阻塞和杂散响应抑制；（）阻塞和杂散响应抑制；（6 6）互调分量抑制；（互调分量抑制；（7 7）邻道干扰抑制；（）邻道干扰抑制；（8 8）杂散辐射抑制。）杂散辐射抑制。接收机概述射频接收机的射频接收机的基本组成基本组成及及完成的功能完成的功能从众多的电波中选出有用信号从众多的电波中选出有用信号选频、滤除干扰选频、滤除干扰将微弱信号将微弱信号放大到解调器所要求的电平值放大到解调器所要求的电平值放大放大将通带信号变为基带信号将通带信号变为基带信号 解调解调接收机的主要指标：接收机的主要指标：灵敏度灵敏度、选择性选择性接收机概述设计接收机和发射机的射频部分时应解决的设计接收机和发射机的射频部分时应解决的关键问题关键问题 选用合适的选用合适的调制和解调调制和解调方式方式 抗干扰性能好、频带利用率高、功率有效性好抗干扰性能好、频带利用率高、功率有效性好 接收机接收机选出选出有用信道有用信道抑制抑制干扰干扰 难点难点已调信号载频高、信道窄已调信号载频高、信道窄 接收机的接收机的灵敏度和线性动态范围灵敏度和线性动态范围 发射机的发射机的高效率高效率不失真的不失真的功率放大器功率放大器 限制发射信号限制发射信号对相邻信道的干扰对相邻信道的干扰 天线天线收发转换器收发转换器的损耗小，隔离性好的损耗小，隔离性好射频微波通信系统基本模型超超外差式接收机外差式接收机 IF1.单次变频超外差接收机方案单次变频超外差接收机方案超外差接收机工作过程：从天线接收的信号经过射频带通滤波器，滤工作过程：从天线接收的信号经过射频带通滤波器，滤去带外干扰并压缩镜像信号后，经低噪声放大器线性放大后去带外干扰并压缩镜像信号后，经低噪声放大器线性放大后与本地振荡信号进行混频，下变频为一固定中频信号，再通与本地振荡信号进行混频，下变频为一固定中频信号，再通滤波、中频放大后提取出有用信号进行解调。滤波、中频放大后提取出有用信号进行解调。超超外差式接收机外差式接收机 变频器变频器功能：将接收到的射频不失真的功能：将接收到的射频不失真的降低降低为一个为一个固定固定的中频的中频IFIF关键部件：关键部件：下变频器下变频器变频特点：变频特点：频率降低频率降低 频谱结构不变频谱结构不变1.单次变频超外差接收机方案单次变频超外差接收机方案超外差接收机（1 1）为了解决为了解决选择性选择性结果：射频段结果：射频段选择信道非常困难选择信道非常困难要求滤波器要求滤波器Q值极高值极高上行上行频带频带:890:890 915MHz915MHz（移动台发、基站收）（移动台发、基站收）下行下行频带频带:935:935 960MHz 960MHz（移动台收、基站发）（移动台收、基站发）每个每个信道信道:200KHz:200KHz GSM通信系统通信系统特点特点：信道带宽信道带宽远比远比载频小载频小射频段选择频带射频段选择频带降为中频、选择信道降为中频、选择信道措施：措施：降低频率选信道降低频率选信道为什么为什么要将接收到的射频频率要将接收到的射频频率降低？降低？两个概念两个概念频带频带信道信道超外差接收机（2 2）为使接收机达为使接收机达稳定的高增益稳定的高增益天线输入天线输入电平约为电平约为-100 -120dBm（级）级）V解调器输入解调器输入一般要求约一般要求约500mV要求要求增益大于增益大于100dB以上以上总增益射频增益总增益射频增益 混频增益混频增益 中频增益中频增益结果：结果：增益增益分散在各频段分散在各频段，易稳定，易稳定 中频中频频率低且固定频率低且固定，增益易大而稳定，增益易大而稳定（主要增益级主要增益级）（3 3）在较低的固定中频上解调或在较低的固定中频上解调或A/DA/D变换也相对容易变换也相对容易 超外差接收机超外差接收机各级功能超外差接收机各级功能低噪声放大器低噪声放大器射频放大射频放大变频器变频器频谱搬频谱搬移移中频模块中频模块选信道、主增益级选信道、主增益级超外差接收机n发射和接收过程中的发射和接收过程中的频率搬移都用混频来实现频率搬移都用混频来实现n混频的时域分析混频的时域分析u输入信号与本地振荡信号输入信号与本地振荡信号(Local Oscillator)(Local Oscillator)在时域相乘：在时域相乘：例如例如:输入信号输入信号x x(t t)=)=A ARFRFcos(cos(RFRFt t)，载波载波c c(t t)=)=A ALOLOcos(cos(LOLOt t)混频：混频：()()()cos()cos()22RFLORFLORFLORFLOAAAAy tx tc ttt和频（时现上变频）差频（实现下变频）超外差接收机LORFLORF0IF基本实现方法基本实现方法变频功能变频功能频谱搬移频谱搬移超外差接收机的主要缺超外差接收机的主要缺点点变频变频器引入众多的组合频率干扰器引入众多的组合频率干扰产生众多组合频率的原因？产生众多组合频率的原因？滤波器不理想滤波器不理想非线性器件不是非线性器件不是理想平方律特性理想平方律特性产生组合频率产生组合频率RFLOqP非线性非线性器器 件件滤波器滤波器LORF0IF超外差接收机交调干扰LORFIFpqF组合频率组合频率当当 小于中频带宽时，通过滤波器输出小于中频带宽时，通过滤波器输出 F变频器引起的寄生通变频器引起的寄生通道干扰道干扰非线性非线性器器 件件滤波器滤波器LORF0IF当输入端伴有干扰信号时当输入端伴有干扰信号时输入端没有其它干扰信号输入端没有其它干扰信号11cosmVt22cosmVt组合频率组合频率 通过滤波器输出通过滤波器输出IFLO)2(21三三阶交调干阶交调干扰扰超外差接收机-交调干扰超外差接收机-镜频干扰n镜镜像信号与本地振荡信号混频后所产生的像信号与本地振荡信号混频后所产生的信号经中频滤波后，也位于中频频率信号经中频滤波后，也位于中频频率f fIFIF 处。处。该信号叠加在有用中频信号上，直接对有该信号叠加在有用中频信号上，直接对有用中频信号造成干扰，并且不可被清除用中频信号造成干扰，并且不可被清除n镜像信号的能量大小是不可预知的，在比镜像信号的能量大小是不可预知的，在比较差的接收环境中，镜像信号的能量可能较差的接收环境中，镜像信号的能量可能比有用信号的能量高几十分贝比有用信号的能量高几十分贝n解决方法一解决方法一：下变频前抑制镜像信号（滤波：下变频前抑制镜像信号（滤波器）器）n带通滤波器，通带中心频率与有用信号频率相同，带通滤波器，通带中心频率与有用信号频率相同，而镜像频率位于阻带范围内，阻带衰减率就是对镜而镜像频率位于阻带范围内，阻带衰减率就是对镜像信号的抑制率像信号的抑制率n在恶劣接收环境中镜像信号的抑制率要达到在恶劣接收环境中镜像信号的抑制率要达到60-70dB60-70dBn高的品质因子（高的品质因子（5050甚至更高）、很高的阶数（甚至甚至更高）、很高的阶数（甚至到到6 6阶），难以集成阶），难以集成超外差接收机-镜频干扰n中频频率的选择中频频率的选择n为了减轻对镜像抑制滤波器的为了减轻对镜像抑制滤波器的要求，可以将固定中频频率提要求，可以将固定中频频率提高，以加大镜像信号与有用信高，以加大镜像信号与有用信号之间的频率间隔，减缓对滤号之间的频率间隔，减缓对滤波器抑制率的要求波器抑制率的要求n中频频率提高后，后续处理模中频频率提高后，后续处理模块（如模数变换器）的工作频块（如模数变换器）的工作频率就提高了，后续模块的设计率就提高了，后续模块的设计将变得比较困难将变得比较困难n可以通过增加一级或者多级下可以通过增加一级或者多级下 变频器将信号的频率进一步变频器将信号的频率进一步降低（二次变频超外差式接收降低（二次变频超外差式接收机），但这会增加电路规模和机），但这会增加电路规模和片外元件数目，提高系统成本片外元件数目，提高系统成本超外差接收机-镜频干扰高中频和低中频的利弊高中频和低中频的利弊高中频高中频镜像频率远离有用信号，滤波容易镜像频率远离有用信号，滤波容易优点：优点：利于抗镜频干扰利于抗镜频干扰低中频低中频 相同相同Q值条件下，中频滤波器窄带值条件下，中频滤波器窄带优点：优点：利于选择信道、稳定的高增益利于选择信道、稳定的高增益两者兼顾最佳方案两者兼顾最佳方案超外差式超外差式二次混频二次混频方案方案选择选择中频中频兼顾兼顾两者两者超外差接收机-镜频干扰945 9702955 980LORFIFimRFIFfffMHzfffMHz925 9502915 940LORFIFimRFIFfffMHzfffMHz超外差接收机-镜频干扰 超外差接收机-镜频干扰3.二次变频超外差接收机方案二次变频超外差接收机方案中频选择原则中频选择原则IIII中频采用中频采用低低中频值，利于提取有用信道中频值，利于提取有用信道 抑制邻道干扰抑制邻道干扰I I 中频采用中频采用高高中频值，以提高镜象频率抗拒比中频值，以提高镜象频率抗拒比三个滤波器的三个滤波器的功能、中心频率与带宽功能、中心频率与带宽射频滤波器射频滤波器I I 中频中频 滤波器滤波器II II 中频中频 滤波器滤波器总增益总增益 低噪放增益低噪放增益 I I中频中频 增益增益 IIII中频中频 增益增益（主要增益级）（主要增益级）超外差接收机-二次变频 超外差接收机-二次变频频谱变化输入频段选择滤波BPF1LNA+镜像滤波（BPF2）降频第1次信道滤波1BPF3信道滤波2BPF4中频放大降频第2次二次变频超外差接收机实例二次变频超外差接收机实例881RFfMHz145IFfMHz2455IFfKHz188145926LOfMHz2450.45544.545LOfMHz超外差接收机-二次变频直直接下变频方案（零中频方案）接下变频方案（零中频方案）方案特点：方案特点：中频为中频为 0IFLORF0IF方案优点方案优点：不存在镜像频率，无镜频信号干扰不存在镜像频率，无镜频信号干扰 可用低通滤波器选择信道可用低通滤波器选择信道 易解决匹配、线性动态范围等问题易解决匹配、线性动态范围等问题零中频接收机直接下变频方案存在的问题直接下变频方案存在的问题 1.1.本振泄露本振泄露 关键原因关键原因:本振频率与信号频率相同本振频率与信号频率相同2.2.LNA偶次谐波失真干扰偶次谐波失真干扰 两个频率两个频率相近的干扰相近的干扰非线性的偶次项非线性的偶次项引起的差频引起的差频 0漏过、形成干扰漏过、形成干扰零中频接收机3.3.直流偏差直流偏差 由本振泄漏引起的直流偏差由本振泄漏引起的直流偏差 强干扰的自混频引起的直流偏差强干扰的自混频引起的直流偏差4.噪声影响噪声影响f1零中频接收机零中频接收机镜镜频抑制接收方案频抑制接收方案 tVtvRFRFRFcos)(tVtvimimimcos)()sin()sin()22 imRFALORFLOimVVvttt()cos()cos()22 imRFBLORFLOimVVvttt)cos()()()(RFLORFBCIFVtvtvtv特点：利用电路特点：利用电路结构形式结构形式改变改变,抑制抑制镜像频率干扰镜像频率干扰输出抑制了镜像频率输出抑制了镜像频率镜频抑制接收机镜频抑制接收机数数字中频方案字中频方案 特点：特点：将第二次混频和滤波数字化将第二次混频和滤波数字化 优点：优点：可避免可避免I/Q两路的不一致两路的不一致 难点：难点：对对A/D变换器要求很高变换器要求很高转换速度高、较高的分辨率和较小的噪声转换速度高、较高的分辨率和较小的噪声 、线性度很高线性度很高 、要求有较大的动态范围。、要求有较大的动态范围。数字中频接收机数字中频接收机BPFLNA本振本振-/2 BPF BPFADCADCADCDSP Chip全数字接收机LNALNA变频变频中放中放幅度检测幅度检测解调解调控制电路控制电路AGC与动态范围单片集成接收机nADI ADI TransceiversTransceiversADF7025单片集成接收机nADI ADI TransceiversTransceiversADF7025发射机主要指标发发射机的主要性能指标射机的主要性能指标（1 1）平均载频输出功率；（）平均载频输出功率；（2 2）射频功率控制；）射频功率控制；（3 3）射频输出频谱；（）射频输出频谱；（4 4）杂散辐射；（）杂散辐射；（5 5）互调衰减。）互调衰减。发发射机的主要结构射机的主要结构 发射机的主要功能是通过调制、上变频、功率放大和滤发射机的主要功能是通过调制、上变频、功率放大和滤波，来完成基带信号到射频信号的转换。发射机的方案相对波，来完成基带信号到射频信号的转换。发射机的方案相对接收机更为简单，其结构大致可以分为两种：一是直接变换接收机更为简单，其结构大致可以分为两种：一是直接变换法，即将调制和上变频合二为一，在一个电路里完成。二是法，即将调制和上变频合二为一，在一个电路里完成。二是两步法，即将调制和上变频分开，先在中频上进行调制，然两步法，即将调制和上变频分开，先在中频上进行调制，然后再将已调信号上变频到发射的载频上。后再将已调信号上变频到发射的载频上。1.直接变换法直接变换法本振本振缺点缺点:发射频率发射频率 本振频率，发射的强信号会影响本振源本振频率，发射的强信号会影响本振源调制和上变频合一调制和上变频合一在发射频率上调制在发射频率上调制改进改进sincos射频微波通信发射机2.二次变频法二次变频法优点优点:较低频率处调制容易，正交两支路易一致较低频率处调制容易，正交两支路易一致缺点：对缺点：对上变频滤波器上变频滤波器要求高要求高特点特点:在较低的频率上在较低的频率上调制调制，再，再上变频上变频到发射频率到发射频率射频微波通信发射机射频微波通信发射机3.RF数模转换数模转换高速高速DAC，以及可，以及可在二阶和三阶奈奎斯特区在二阶和三阶奈奎斯特区内重构内重构RF载载波技术的出现，使得从数字信号波技术的出现，使得从数字信号直接转换为直接转换为RF信号成为可能。信号成为可能。无无线发射接收机的性能指标线发射接收机的性能指标GSM系统的主要性能系统的主要性能 （1 1）发射频率：移动台发送发射频率：移动台发送 890915MHZ 基站发送基站发送 935960MHZ（6 6）信道比特率：信道比特率：42kbps42kbps（2 2）双工间隔：双工间隔：45MHZ（3 3）载波信道间隔：载波信道间隔：200KHZ（4 4）多址方式：时分多址（多址方式：时分多址（TDMA）/频分多址（频分多址（FDMA）（5）调制方式：调制方式：最小偏移调制（最小偏移调制（GMSK）射频微波通信系统指标1.1.发信机技术指标发信机技术指标 （1）平均载频功率平均载频功率（2）发信载频包络发信载频包络（3）射频功率控制射频功率控制（4）射频输出频谱射频输出频谱（5）杂散辐射杂散辐射相对载波功率（相对载波功率（dBdB）允许的最大电平允许的最大电平调调制制谱谱性性能能相对载频的偏移（相对载频的偏移（KHZKHZ）瞬态瞬态频谱频谱性能性能相对载频的偏移（相对载频的偏移（KHZ）100100200250400600180040060012001800+0.53033545423dBm26dBm32dBm36dBm9KHZ1GHZ112.75GHZ935960MHZ250nW（36dBm）1 W（30dBm）4PW（84dBm）例：移动台例：移动台 0.8W（29dBm）射频微波通信系统指标2.2.接收机指标接收机指标（1）灵敏度灵敏度（2）阻塞和杂散响应抑制阻塞和杂散响应抑制（3）互调响应抑制互调响应抑制（4）邻道干扰抑制邻道干扰抑制（5）杂散辐射杂散辐射（1 1）灵敏度：）灵敏度：静态静态102dBm，BER105 （仅列举一个数据）（仅列举一个数据）（2 2）阻塞：）阻塞：113dB V（3 3）互调特性：）互调特性：70dB V（43dBm）（4 4）杂散抑制：）杂散抑制：70dB V（5 5）杂散发射：）杂散发射：9KHZ1GHZ20nW（57dBm）112.75GHZ20nW（47dBm）射频微波通信系统指标3.3.系统指标分配与计算系统指标分配与计算电路设计前，必须进行的三个方面的工作电路设计前，必须进行的三个方面的工作依据依据:通信环境通信环境通信距离通信距离工作频段工作频段调制方式等一系列因素调制方式等一系列因素a.a.合理合理确定确定接收机接收机发射机的发射机的整机指标整机指标 b.将系统指标将系统指标分配分配到各个单元模块，到各个单元模块，定出单元模块合理的指标值定出单元模块合理的指标值 分配原则分配原则:根据各部件的物理可实现性，根据各部件的物理可实现性，根据每个部件的指标对整机的影响根据每个部件的指标对整机的影响c.c.在选定了各模块的集成电路芯片后，在选定了各模块的集成电路芯片后，根据这些已定器件的指标根据这些已定器件的指标验证验证整机的指标性能是否合格整机的指标性能是否合格 射频微波通信系统指标n传输方程传输方程n考虑图所示的发射接收系统考虑图所示的发射接收系统,接收到的功率为接收到的功率为n 天线的增益与有效面积的关系为天线的增益与有效面积的关系为n故故erttrARGPP24errAG204220)4(RGGPPrttrPtGtGrPr射频微波通信系统链路预算n这就是这就是FRIISFRIIS功率传输方程功率传输方程,接收的功率与两个天线的接收的功率与两个天线的增益成正比增益成正比,与距离的平方成反比。如果接收功率等于与距离的平方成反比。如果接收功率等于接收灵敏度接收灵敏度,P,Pr r=S=Si i,minmin,则最大通信距离为则最大通信距离为n考虑系统损耗考虑系统损耗L Lsyssys和接收机的噪声系数和接收机的噪声系数,则则2/1min,220max)4(irttSGGPR2/100220max)()4(sysrttLNSkTBFGGPR射频微波通信系统链路预算n空间损耗空间损耗n电磁波在空间传播电磁波在空间传播,功率与距离的平方成反比功率与距离的平方成反比,假定两假定两个天线相同个天线相同,得得n计计算实例：算实例：计计算算4 GHz4 GHz信号在信号在35 860 km35 860 km处的衰减处的衰减。nSL=3.61SL=3.6110101919196 dB196 dB0204lg20lg10)(4RPPdBSLRPPSLrtrt射频微波通信系统链路预算n通信链及信道概算通信链及信道概算n考虑系统损耗数据链的计算可以用式表示考虑系统损耗数据链的计算可以用式表示,即即n换算成分贝换算成分贝,有有nP Pr r=P=Pt t+G+Gt t+G+Gr r-SL-L-SL-LsyssyssysrttrLRGGPP1)4(220射频微波通信系统链路预算 集集成化无线通信收成化无线通信收/发系统发系统单片集成射频微波通信系统单片集成射频微波通信系统 单片集成射频微波通信系统单片集成射频微波通信系统单片集成射频微波通信系统雷达基本原理n雷达用于无线电探测与测距。其基本原理是发射电磁波雷达用于无线电探测与测距。其基本原理是发射电磁波,检测由目标反射回来的回波信号检测由目标反射回来的回波信号,判断目标的位置或形状、判断目标的位置或形状、运动特征。雷达的基本构成是发射机、运动特征。雷达的基本构成是发射机、接收机和天线。接收机和天线。距离由回波时间确定距离由回波时间确定,方位由回波方向确定方位由回波方向确定,运动速度由回运动速度由回波的多普勒频移确定。波的多普勒频移确定。n实际的雷达系统要复杂得多。要针对不同用途实际的雷达系统要复杂得多。要针对不同用途,设计某些设计某些特定指标和功能。通常雷达的波束窄特定指标和功能。通常雷达的波束窄,频带窄频带窄,功率大。雷功率大。雷达分类如下：达分类如下：n(1 1)按按安装位置分：机载、地面、舰载、空间、安装位置分：机载、地面、舰载、空间、导弹等导弹等。(2)(2)按功能分：搜索、跟踪、搜索和跟踪。按功能分：搜索、跟踪、搜索和跟踪。n(3)3)按应用分：交通管理、气象、避让、防撞、导航、警按应用分：交通管理、气象、避让、防撞、导航、警戒、遥感、武器制导、速度测量等。戒、遥感、武器制导、速度测量等。n(4)4)按波形分：脉冲、脉冲压缩、连续波、调频连续波等。按波形分：脉冲、脉冲压缩、连续波、调频连续波等。雷达基本原理目标接收机发射机环形器PtPr天线R雷达基本原理n雷达方程雷达方程n雷达的基本结构由发射机、雷达的基本结构由发射机、接收机、天线和目标组成。接收机、天线和目标组成。发射功率为发射功率为P Pt t,天线增益为天线增益为G GG Gt tG Gr r,天线有效面积为天线有效面积为A Ae eA AetetA Aerer,目标散射截面为目标散射截面为,则回波功率为则回波功率为n这就是雷达方程。它给出了目标距离与雷达发射功率这就是雷达方程。它给出了目标距离与雷达发射功率,天线性能和目标特性之间的关系。天线性能和目标特性之间的关系。4320220224P444PRGGRRGPtrttr雷达基本原理雷达基本原理04eAGn如果给定最小可检测功率如果给定最小可检测功率Si,min,就可得到雷达的最大作就可得到雷达的最大作用距离为用距离为n接收灵敏度接收灵敏度Si,min与接收机噪声系数有关与接收机噪声系数有关,即即 4/1min,3202)4(itxmaSGPRRmin00min,)(NSkTBFSi雷达基本原理n故作用距离为故作用距离为n考虑极化失配、天线偏焦、空气损耗等系统损耗考虑极化失配、天线偏焦、空气损耗等系统损耗L Lsyssys,则作用距离还要缩短则作用距离还要缩短,即即4/1min003202max)(4NSkTBFGPRt4/1)(4003202maxsystNSkTBFGPR雷达基本原理n回波功率随距离按回波功率随距离按4 4次方变化次方变化,目标越近目标越近,回波功率急剧回波功率急剧增大。回波还与天线、增大。回波还与天线、系统损耗和目标散射截面有关系统损耗和目标散射截面有关n雷达散射截面雷达散射截面（RCSRCS）n不同目标形状对不同频率的信号的回波特性不同。考不同目标形状对不同频率的信号的回波特性不同。考虑图所示两种形状的目标虑图所示两种形状的目标,从电磁波的几何特性就可估从电磁波的几何特性就可估计到回波功率不同。计到回波功率不同。(a)(b)雷达基本原理n目标的雷达散射截面与工作频率和目标结构有关。通过目标的雷达散射截面与工作频率和目标结构有关。通过MaxwelMaxwel方程在给定边界结构下的严格求解可以得到目标方程在给定边界结构下的严格求解可以得到目标的的RCSRCS。对于简单结构可以较为严格地求解。对于简单结构可以较为严格地求解,大部分情况大部分情况下要进行数值计算下要进行数值计算,结合测量的方法才能得到近似的结合测量的方法才能得到近似的RCSRCS。表表 给出了人体在不同频率下的给出了人体在不同频率下的RCSRCS。雷达基本原理n雷达散射截面雷达散射截面RCSRCS还可以用还可以用dBSmdBSm表示表示,即即散射截面相对于散射截面相对于1 m1 m2 2的的dBdB值值,如如10 m10 m2 2就是就是10dBSm10dBSm。厘厘米波段常见物体的米波段常见物体的RCSRCS近似值近似值雷达基本原理雷达基本原理n简单连续波雷达简单连续波雷达u发射非调制波，用于测速，不能测距发射非调制波，用于测速，不能测距u收发信号在接收机前端混频得到收发信号在接收机前端混频得到拍频拍频，即多普，即多普勒频移信号勒频移信号简单连续波雷达的零差拍接收机原理框图雷达系统结构n简单连续波雷达（续）简单连续波雷达（续）u为提高收发隔离度，常采用双天线方式为提高收发隔离度，常采用双天线方式u为避开低频闪烁噪声，常采用中频放大为避开低频闪烁噪声，常采用中频放大简单连续波雷达的超外差式接收机原理框图雷达系统结构n连续波多连续波多普勒雷达普勒雷达n连续波多普勒雷达连续波多普勒雷达,用来检测运动目标用来检测运动目标,测量目标的运测量目标的运动速度。动速度。n如果声波或光波的源与目标有相对的运动如果声波或光波的源与目标有相对的运动,振荡器的频振荡器的频率就会有变化率就会有变化,这个现象就是多普勒频移现象。这个现象就是多普勒频移现象。n若雷达的频率为若雷达的频率为f f0 0,目标的相对运动速度为目标的相对运动速度为v vr r,雷达与目雷达与目标的距离为标的距离为R,R,则电磁波到达和离开目标时相位的变化则电磁波到达和离开目标时相位的变化为为n目标与雷达的相对运动会引起目标与雷达的相对运动会引起的连续变化的连续变化,对应于一对应于一定的角频率的变化定的角频率的变化,即即n022R多普勒测速雷达rddvdtdRdtdf004420022fcvvfrrdn由于由于vr远小于远小于c,f0 很大时很大时,处于微波频段处于微波频段,fd才能明显地才能明显地测出来。测出来。n接收信号频率为接收信号频率为f0fd,“”对应于目标靠近对应于目标靠近,“”对对应于目标远离。对于目标运动与视线有夹角的情况应于目标远离。对于目标运动与视线有夹角的情况,有有n vr=vcosvvr雷达多普勒测速雷达多普勒测速雷达频率步进（测距）雷达频率步进（测距）雷达n发射信号为一组频率间隔固定的单频脉冲信发射信号为一组频率间隔固定的单频脉冲信号，第号，第n n个脉冲为个脉冲为n对于距离雷达为对于距离雷达为R R的静止目标来说，其反射的静止目标来说，其反射回波为回波为 2rectexp2rnnnptnTutjf tT 2rectexp2rnnnptnTstjftT频率步进（测距）雷达n接接收端相应收端相应的的混频混频本本振信号振信号为为n混混频后，经过低通滤波可得到频后，经过低通滤波可得到,exp2nnrefnutjft*,0/2/2exp2nnrpnrprefrefxtsnTTunTTjn ff频率步进（测距）雷达n对于静止目标来说，混频后的信号对于静止目标来说，混频后的信号 是一个是一个与时间无关的常量信号，对该信号采样后与时间无关的常量信号，对该信号采样后可获可获得得n每个脉冲都能获得一个采样每个脉冲都能获得一个采样 ，在，在N N个脉冲个脉冲全都发射完之后，即可获得全都发射完之后，即可获得N N个采样，对这个采样，对这些采样进行些采样进行IFFTIFFT变换即可获得目标距变换即可获得目标距离离0exp2exp2nrefrefxjfjfn
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