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目 录

摘要 4

Abstract 5

第一章 绪论 6

1.1多通道雷达接收机一致性需求 6

1.2现有检测多通道雷达接收机一致性的方法 7

1.3主要研究内容 8

第二章 雷达接收机系统 9

2.1雷达接收机系统结构 9

2.2雷达接收机系统主要参数与技术指标 11

2.3雷达接收机系统工作流程 12

2.4小结 13

第三章 影响多通道雷达接收机一致性的因素 14

3.1发射机通道 14

3.2接收机通道 14

3.2.1高频部分 14

3.2.2中频部分 14

3.2.3视频部分 14

3.3环境因素 14

3.4小结 15

第四章 高频放大器的模拟实验 16

4.1 低噪声放大器的主要技术指标 16

4.2 射频放大器基本电路 16

4.3 射频放大器的相关理论 17

4.4 射频放大器的设计步骤 18

4.5 射频放大器的设计与仿真 19

第五章 总结和讨论 25

5.1总结 25

5.2 讨论 25

参考文献 25

致 谢 26

影响多通道雷达接收机一致性因素分析

刘子锐

, China

Abstract

Radar receiver main function is to amplify the echo signal and deal with radar echo signal, with the development of science and technology, weather radar also requires multi-mode multi-channel reception. Although theoretically the signal is consistent after the various channels, but in fact not the case, so the need for calibration, but now the general calibration method has obvious deficiencies. In this paper, the radar receiver is introduced in detail, and an RF amplifier is designed with ADS. Simulation is carried out at different temperatures, and the idea of solving temperature drift is given. To provide a reference for weakening the impact of other factors.

Key words: ADS temperature drift multi - channel radar receiver multi - channel radar calibration

绪论

1.1多通道雷达接收机一致性需求

多通道雷达接收机就是由多个如图 1.1所示的超外差式雷达接收机并接组合而成，超外差雷达接收机通常有多级中频放大器也就是多次变频。多个接收机通道的元件与处理过程一致，但问题是多个接收机通道能不能保证不但在形式上而且在本质上完全相同呢?我们举例若有一个单频或窄带信号，也就是当这个信号的中心频率 fgt;gt;Bs ( Bs是信号的带宽)，与此同时射频放大器 、第一中频放大器、第二中频放大器、第三中频放大器中的中心频率也满足远大于Bs，就可认为该系统是一个窄带放大系统，如果接收通道采用电控衰减器的方法来控制电路的增益，混频器对信号的变换来讲也可认为是线性的。而且由于衰减器是一个电阻网络，所以当成是一个线性的系统。这样就使用线性传递函数，使用函数中的两个分量：幅频特性和相频特性，与输出结果来描述该雷达接收机系统的特性。若多个接收机通道的相频特性、幅频特性之间有差异，同一个信号经过不同的接收通道得到结果也不同，及测量的结果有差异，不利于不同接收通道间的对比。

然而从外差式接收机的原理框图图1.1，我们可以推测预估到，为了确保各雷达接收机各通道之间的一致性，多通道雷达接收机的整体结构不仅要确保各接收通道的对应结构与器件完全，而且还要确保由环境变化如温度变化，回波频率变化引起的通道内参数改变的量也要保持一致。

这其中包括各个雷达接收机通道中对应的滤波器、放大器、AGC、混频器等部分在雷达接收机实际的频带内频率特性的差别、随环境变量变化程度的差别、环境变量本身的差别各元器件相互间影响的程度差别等，这使得分这个过程非常复杂。因此，目前的制造和处理技术在此种多个单接收通道并行组成的多通道雷达接收机保证多通道雷达接收机一致性方面并不能有一个很好的效果。此外当接收通道数量大于3个，接收设备的重量和体积就会变得很大，在这个时候还会让各个接收通道环境变量有比较大的差别，进一步让接收机通道间的不一致性加重。与此同时接收机通道数的变化使得设备的复杂性也随之变化，通道量的增多让接收通道间的一致性会变的更差。所以解决中频雷达接收机通道一致性问题与修正和减弱影响多通道雷达接收机一致性因素是一个具有实际意义的工程。

图1.1 超外差式雷达接收机一般框图

1.2现有检测多通道雷达接收机一致性的方法

现在一般的处理方法是通过减去一个标定的值来矫正温度的影响，

对多个雷达接收机通道的一致性检测, 是使用某一选定的雷达接收机通道作为参考接收机通道 。让其他的雷达接收机通道每个均与参考通道进行比对修正。这样就实现了多通道雷达接收机的定标与信号处理。使用这样的方法进行标定的原因是考虑到了实际测试中测试系统结构要求比较简单可靠和辅助测试计算机内扩展槽的量有限等实际原因 。 在通过测试得到两个通道的数据后使用 I1 ( n ) 、I2 ( n ) 、Q l ( n )和Q2 ( n )这几个量进行分析 , 测试步骤及其采用的主要方法如下 :

1 、 接收通道相位一致性

在测试两接收通道的I路或Q路分量信号的相位误差时,首先让这两个接收机通道中的信号同时作实数FFT变换，可以获得两个接收通道的Q路或I路的幅度一致性误差V_ei。再使用两个接收通道相位相同的信号合成复数信号同时对合成的复数信号作复数FFT, 合成信号：〔I1 ( n ) jI2( n ) 〕，根据信号幅度与其频率对应处的幅度的比,结合从频谱中得到频谱的中值量V_irl。通过这些值可以得到两接收通道的I路或Q路分量的相位差。其中两接收通道I路分量的相位差有

两个接收通道Q路分量的相位差:

两通道中,合成矢量的相位分别为:

两通道相位差定义为各时刻的相位差的平均值 :

2 、接收通道之间幅度一致性

以两个接收通道为例,在两个接收通道上加入相同的激励，对比两个接收通道的幅度特性，具体是选择一个高精度正弦单频信号作为激励信号，得到两个通道的I、Q 分量，让I、Q 分量与合成矢量信号作FFT变换得到的两个接收通道的频率谱。然后就可以从频率谱中得到两个接收通道输出信号的幅度。对输出信号幅度的比值取对数。就是两接收通道的I、Q分量的幅度一致性误差。

3 、 两接收机通道的隔离度的测试

以两个接收通道为例,只在其中一个接收机通道加上正弦信号,测量两个接收通道的幅度特性,得到的两个信号幅度的比就是两接收机通道之间的隔离程度 SEP。

4 、 直流偏移

以两个接收通道为例，两接收通道直流偏移的量就是在测量接收通道幅度一致性中分析幅度误差时,可以利用两个实数FFT变换得到的频率谱中得出不同的接收通道I 、Q 分量的直流分量 ,这两个直流分量的差称为直流偏移 。

以上即为一般雷达接收机不同接收通道的标定方式，这个标定的值是基于一个标准定下的，但是实际上这个标定的值会随着温度的变化、频率的变化和环境因素的改变而变化，并不是一成不变的。现进行标定时是在一个标准下进行标定而没有在不同标准下标定。

1.3主要研究内容

主要研究内容为分析影响多通道雷达接收机一致性的因素，并选择其中一个因素来研究它对雷达接收机一致性的影响。提供减弱这种影响的思路并为减弱其他因素的影响提供参考。

第二章 雷达接收机系统

2.1雷达接收机系统结构

雷达接收机通常都采用超外差式体制，雷达接收机通常包括收发开关、回流环、射频放大器、本振、混频器、中频放大器、视频放大器和检波器等结构。下面来分别介绍这些器件的特征。

1. 回流环

由于天线的转动，在信号从发射通道进入天线时或者从天线进入接收通道时都需要经过两个回流环；一个回流环作为方位旋转关节，一个回流环作为俯仰旋转关节。回流环两边的接口是方波导内部是同轴圆波导。

2、收发开关

收发开关的作用为在发射时，让发射通道中的大功率发射的脉冲到达天线，与此同时自动截断接收通道支路，保护接收机前端不被发射通道中的强大能量烧毁；但当高频回波信号回来时，可以让微弱的高频回波信号顺利的进入接收通道，要实现上述功能，可以采用环行器作为收发开关，也就是说利用环行器的单向传输特性把发射通道与接收通道分开。

但并不是只可以使用环行器，还可以使用电气转换开关作为收发开关，电气转换开关作为收发器件有两种工作方式，一是靠发射脉冲本身强大的功率让开关与发射机接通，称为自动式开关。另外一种是由外加电压控制电气转换开关的通断，称为被动式开关，例如铁氧体开关。也可以使用PIN管开关。

3、射频放大器

高频放大器的作用是对高频回波信号进行放大，高频放大器拥有谐振回路，谐振回路的作用是频率选择，也就是滤波。一般在射频部分的混频器之前放置低噪声的单级放大器进行单级放大，加入低噪声放大器是为了保证雷达接收机的噪声要低，提高雷达接收机的灵敏度。射频放大器对功率的增益一般都应该大于100倍，这样才可以削弱混频器产生的噪声带来的影响，从而减小射频部分的噪声系数来控制整个接收机的噪声信号。以前的射频部分中使用超频电子管来制作射频低噪声放大器器件，也会选择微波晶体管高频放大器或者参量放大器作为低噪声放大器。现在雷达接收机大多使用双极结晶体管低噪声放大器或者场效应管低噪声放大器。

对高频放大器的参数的要求主要是：系统噪声低、频率增益高、频带宽、工作时频率增益稳定。

工作在不同波段的高频放大器使用的是不同的器件和电路。在米波波段通常采用高频晶体管或高频电子管器件，并用集总参数元件做谐振回路。在微波波段则采用的器件是微波双极晶体管，微波场效应管或行波管等，而谐振回路采用分布参数元件。由于微波场效应管构成的高频放大器具有噪声系数小，稳定性好，工作频带宽等特点，目前在雷达中广泛应用。

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