1、降低雷达接收机中噪声的几种方法1 引 言雷达接收机除了接收到有用信号外,还接收着杂乱的噪声信号,这些噪声信号严重影响雷达接收机的灵敏度。由雷达方程可知,要提高雷达的探测距离,提高雷达接收机灵敏度是一个重要的捷径,但雷达接收机的极限值是受噪声功率所限制的,要想提高接收机的灵敏度,增大雷达的作用距离,就必须研究怎样 降低噪声。2 接收机噪声的来源雷达接收机的噪声,一部分来自接收机接收到的外部干扰,主要有天线热噪声、友邻雷达及电台干扰、敌方雷达干扰设备的干扰、工业干扰、天电干扰及宇宙干扰等;另一部分噪声来自接收机的内部,主要由接收机的电阻、馈线、谐振回路等有损耗元件产生的热噪声以及电子管、晶体管等有
2、源器件产生的各种噪声。内部噪声和外部干扰都会影响有用信号的接收,但是,它们影响环境和影响程度是不同的。外部干扰的影响有时间性、空间性和频率性,即外部干扰中,有的是只存在于某段时间,如只有雷雨时,才会有雷电干扰;有的是呈现在某个方位,如宇宙干扰主要在银河系中心;有的只影响某个频率范围,如工业电气设备干扰和天电干扰主要影响广播、电视频段;还有的外部干扰可以采用抗干扰措施消除。内部噪声的影响则无时间性、空间性和频率性,任何接收机,只要一工作就有内部噪声产生,就会影响对微弱信号的接收,所以内部噪声对雷达侦察和雷达接收机影响最大。图片： 图片： 3 降低接收机内部噪声的措施通常我们用“噪声系数”来衡量内
3、部噪声对输出信噪比的影响程度,噪声系数是接收机输入端信号噪声功率比与其输出端信号噪声功率比的比值,数学表达式为如果接收机内部不产生噪声,那么接收机信噪比通过接收机后是不会变化的,因此 F = 1 。由于实际接收机是存在内部噪声的,那么输入信噪比通过接收机后将要变坏,因此 F 1 ,且 F 值越大,表示接收机内部噪声的影响越大。任何接收机总是由各个单元电路级联组成的,当知道各个单元的噪声系数后,就可以求出多个单元级联后的总噪声系数 F0 :由式(2) 可知,要使级联电路的总噪声系数 F0 小,就需各级的噪声系数要小和额定功率增益要大;各级内部噪声的影响大小是不同的,越是靠近前面的几级,噪声系数和
4、额定功率增益对接收机总的噪声系数影响越大,而后面各级影响较小,可忽略不计。所以,在设计接收机时,总是力图减小前几级的噪声并增大额定功率增益,以提高接收机的灵敏度。图 1 是一般雷达接收机的方框图。一般雷达接收机中都有高频放大器,而且高频放大器的额定功率增益总是很大的,因而我们在考虑接收机的总噪声系数时一般只考虑高频放大器以前各级的噪声系数,而忽略其后各级噪声对总噪声系数的影响。因此,为了降低总噪声系数,一般可以采用以下的措施:(1) 高频馈线及部件。厘米波雷达的高频馈线及高频和差系统是比较复杂的,一般包括低功率极化器、数个移相器、双 T 和差网络、放电器、波导 2 同轴变换器等微波器件。由于这
5、些无源网络的额定功率传输系数都小于 1 ,必然要产生一定的损耗,将使接收机的噪声系数增大。因此,要尽量采用损耗低的高频馈线及高频元器件,同时它们与电路的连接、匹配均应十分良好。(2) 高频放大器。根据式(2) 可以知道,采用额定功率增益大、噪声系数低的高频放大器,对雷达接收机获得低噪声性能具有决定性的意义。目前低温参量放大器及低温高电子迁移率晶体管(HEMT) 放大器等都是一些性能较好的高频放大器。(3) 混频器。在采用了高频放大器以后,不等于说对微波混频器的噪声性能就可以降低要求。特别是在无高频放大器的雷达接收机中,混频器噪声的影响就更为重要,必须采用相应的措施减小混频器的噪声。要降低混频器
6、的噪声,应选用噪声性能良好的混频二极管,比如采用面积接触型的微波晶体混频二极管;正确选择混频器的工作状态;广泛采用平衡、双平衡及三平衡混频器,以大大减小本地振荡器噪声的影响;使用镜频回收和镜频抑制技术来减少混频器的变频损耗,降低混频器输出的中频噪声,从而提高混频器输出端的信噪比等。(4) 前置中频放大器。对于厘米波雷达接收机,由于结构等方面的原因,通常把中频放大器分成前置中放和主中放两部分,且前置中放离接收机的高频部分很近。其目的是将混频器输出的微弱中频信号预先进行功率放大,然后再用较长的中频电缆送到主中放去,这样就可以把电缆和主中放的噪声影响减小到最低程度。采用低噪声的前置中放对于直接混频的
7、雷达需要 23 级。为了使电路具有低噪声、高额定功率增益、高的工作稳定性,对于晶体管雷达接收机,第一级通常采用共射 2 共基极级联电路;对于电子管雷达接收机,第一级广泛采用高频五极管接成三极管用的共阴 2 共栅极级联电路。除此以外,还可以通过适当地选择接收机的中频频率、接收机的工作频带以及降低接收机的工作温度等措施来降低接收机的噪声系数。图片： 图片： 图片： 图片： 4 降低接收机外部噪声的方法以上的几种方法对于降低接收机内部噪声有十分显著的作用,但对于抑制接收机的外部噪声就没有太大的作用了。为了降低接收机的外部噪声,我们可以采用以下几种方法。4. 1 自适应噪声对消法考虑到雷达回波是不相关的,不能采用常见的自适应噪声对消器来消除,为其参考输入噪声和原始输入噪声是相关的。如果我们采用图 2 所示的自适应自调谐滤波器,则可对消雷达回波中的噪声。假设信号 s 是雷达或周期信号, n 是高斯白噪声,均值为零, s 和 n 不相关,信号是稳定的。s + n 是原5 结 论噪声对雷达接收机的影响是不可避免也是不容忽视的,但是当我们知道了噪声产生的原因和特征后,总可以采用有效的措施来减小噪声的影响。通过以上几种方法对雷达接收机的内部噪声和外部干扰进行消减后,雷达接收机的噪声系数和灵敏度都有了很大的改善,对提高雷达接收机的性能有很大的帮助。
