1、毕业论文（设计）相控阵雷达的发射和接收机制分析学 生 姓 名： 杨雨杭 指 导 教 师 ： 姜国兴（副教授） 合 作 指 导 教 师： 专 业 名 称 ： 通信工程 所 在 学 院 ： 信息工程学院 2013 年 5 月目 录摘要 .3Abstract.4第一章 前言 .51.1 研究目的和意义 .51.2 国内外研究现状 .51.3 研究内容和方法 .5第二章 雷达原理 .62.1 相控阵雷达的原理 .72.2 相控阵雷达的特点 .82.3 相控阵雷达的分类 .9第三章 相控阵天线的分析 .103.1 相控阵天线的简介及应用 .103.2 相控阵天线的基本原理 .103.3 相控阵基本特性
2、.163.4 相控阵天线馈电 .203.5 多波束阵列天线 .20第四章 雷达发射和接收机制分析 .224.1 雷达发射机制分析 .224.2 固态发射机 .244.3 脉冲调制器 .254.4 雷达发射机的主要质量指标 .254.5 雷达接收机制分析 .284.6 接收机工作的考虑因素 .304.7 接收机前端 .334.8 本振 .334.9 增益控制放大器 .384.10 滤波 .394.11 雷达接收机的主要质量指标 .41第五章 结论 .42致谢 .43参考文献 .44摘要在当代，雷达的应用越来越广泛，从事雷达研究和开发的人也越来越多。本论文对雷达的工作原理进行了分析，便于帮助大家了
3、解掌握雷达的基本信息。本论文第一章主要讲述了研究相控阵雷达的意义，目前国内外此领域的发展现状等。第二章介绍了相控阵雷达的原理、分类、和优缺点。第三章着重分析相控阵天线的特点，与其他天线的比较，以及相控阵天线的原理、算法等。第四章具体阐述了雷达的发射机和接收机，分别讨论他们的各个组成部分，技术指标，工作原理等。最后对于全篇进行了总结，对未来的发展进行了展望。关键字：相控阵雷达，发射机，接收机Abstractin modern times, the radar application is more and more widely, is engaged in the radar research
4、 and development are also more and more. This paper analyses the working principle of radar, easy to help people grasp the basic information of the radar. In this paper the first chapter focuses on the research significance of phased array radar, the present situation of this field at home and abroa
5、d, etc. In the second chapter introduces the principle of phased array radar, classification, and the advantages and disadvantages. The third chapter focuses on analysis the characteristics of phased array antenna, compared with other antenna, and the principle of phased array antenna, algorithms, e
6、tc. The fourth chapter elaborates on the radar transmitter and receiver, respectively discussing their various part of technical indicators, working principle and so on. Finally to summarized as a whole, for the future development was prospected. Keywords: the phased-array radar, transmitter，receive
7、r 第一章 前言1.1 研究目的和意义自 1922 年雷达诞生至今，科学技术的不断发展和需求的不断变化，都在促使着雷达的迅速发展。特别是近些年，雷达在综合化的过程中发生了很大的改变。相控阵雷达在军事和民用上的应用对于国防和发展有着重要的意义，了解掌握相控阵雷达的发射和接收机制，对实现国家的进步和富强有着深远意义。1.2 国内外研究现状数字化技术被应用在传统相控阵雷达的 T/R 组件中，最早有报道的为 1995 年来自英国研究中心的 T/R 数字组件，并用此数字组件构 建了一个有 源相控 阵天线，实验验 证了数字波 形的生成以及数字 延 时的实现。之后，美国海 军研 究中心（NRL，Naval
8、Research Laboratory） ，美国海军的水 面武 器中心（NSWC， Naval Surface Warfare Center）等开始了对数 字 T/R 组 件的研究。2001 年在美国海军的支持下，由美国麻省理工学院（MIT）的林肯实验室（Lincoln）牵头，在海军研究中心，和海军水面武器中心的参与下，完成了一个 96 阵元 L 波段 DAR 实验系统。在该实验系统的 T/R 组件中，用数字方法实现了发射波形的数字产生和数字延时，并在 DAR 中用数字光纤传输方式实现了阵面与雷达主机间的信号传输。在此基础上，林肯实验室于 2003 年完成了一个 S 波段宽带 DAR 实验系统
9、，实验系统由一个发射源，16 个接收通道构成。采用线性调频（LFM）波形方式，利用该实验系统，除对宽带数字波形产生等基本问题进行研究外，还特别对宽带接收时的拉伸处理（stretch processing ）技术、宽带延时补偿、宽带均衡等关键技术进行了深入研究，取得了较好的实验结果。在中国,电子科技大学从上世纪初的 90 年代中期,装配、中电集团和其他支持,进行了关键技术研究的一个数量的相控阵雷达。此外,电子科技大学的同时也增加了基金进行科学研究,从2003 年初开始,理论研究在宽带数字阵列雷达技术,在方案的系统、单元模块电路,已取得一定进展。华东电子技术研究所研究窄带数字 T / R 模块和数
10、字延迟窄带数字波形是由数字实现方法,完成了 8 单元阵列收发机实验,电子科技大学的参与系统。但到目前为止,研究宽带数字阵列雷达系统的在国内是无法完成的。1.3 研究内容和方法主要研究相控阵雷达的原理、结构、分类，发射和接收机制的分析等。主要内容有相控阵雷达的原理、分类、优缺点；相控阵天线的基本原理，一维扫描阵、二维扫描阵的原理、算法，主瓣、副瓣宽度，主瓣副瓣电平等。研究内容还有发射机接收机的各组成部分的研究，如本振，固态发射机等。第二章 雷达原理2.1 相控阵雷达的原理相控阵雷达（Phased Array Radar）即电子扫描阵列雷达（active electronically scanne
11、d array，AESA)，是指一类通过改变天线表面阵列所发出波束的合成方式，来改变波束扫描方向的雷达。这种设计有别于机械扫描的雷达天线，可以减少或完全避免使用机械马达驱动雷达天线便可达到涵盖较大侦测范围的目的。信号处理机接收电磁波发射机 收发转换开 关 天线 目标接收机显示器噪声图 1 雷达工作示意图我们知道，蜻蜓的每只眼睛由无数个复眼组成，每个小复眼都能完整成像，这就使蜻蜓比人能看到的范围大了许多。类似的，相 控阵雷达的天线阵 面也是由无 数个接 收单元和辐 射单元（也可称为阵元）组成，雷 达的功 能控 制单元数 目，可以从几百到几万个。这些单元在平面上规则排列，构成阵列天线。利用电磁波相
12、干原理，通过电脑控制馈往各辐射单元的相位电流，就可以改 变波 束的方 向进行扫 描，我们称之为电扫描。图 2 英国皇家海军 45 型驱逐舰的桑普森相控阵雷达图 3 美国 NMD 系统的陆基相控阵雷达2.2 相控阵雷达的特点相控阵雷达主要应用在军事上，因为其有以下几大优点：（1）能对付多目标。电子扫描的灵活性、速度和时间分割原则或使用多波束相控阵雷达,可以实现跟踪而扫描模式,结合电子计算机,也可以搜索、检测和跟踪不同方向、不同高度的多个目标,也可以引导导弹攻击多个目标。因此,适合多目标、多层次、全方位空战环境。（2）功能多，机动性强。相控阵雷达也可以形成一个多元化的独立控制的梁,是用来执行搜索、
13、探测、识别、跟踪、目标跟踪、辐照和制导导弹和其他功能,相控阵雷达可以发挥特殊的作用,但也更雷达比他们还可以处理目标。因此,可以大大减少设备的武器系统,以提高移动系统。（3）反应时间短、数据率高。相控阵雷达可以不需要天线驱动系统、光束指向灵活,能实现无惯性的扫描,从而缩短目标信号检测,入学,如信息的传播需要时间,高数据率。在相控阵天线通常是采用数字模式下,雷达和数字计算机在一起,可以大大提高了自动化程度,简化了操作,缩短了雷达目标搜索、跟踪和控制准备时间,方便、快速、准确的实现程序和数据处理的雷达。所以它可以提高跟踪机动目标的能力高的空气。（4）抗干扰能力强。多数辐射元素可用于相控阵雷达天线孔径
14、分布的集成到功率非常高,并能合理的能源管理和控制主瓣增益,可以需要根据不同的方向分布的不同的发射能量,容易实现自适应旁瓣抑制和自适应抗干扰,有利于找出远离目标和小型雷达反射器的目标(如隐形飞机),也可以提高抗辐射导弹的能力。（5）可靠性高。数组是相控阵雷达,用于并行,甚至一个小数量的组件失败,仍然可以正常工作,所有的突然失败的可能性最小。此外,发展固态设备,越来越多的固态相控阵雷达,甚至产生了所有固态相控阵雷达,如美利坚合众国。“爱国者”雷达、平均故障间隔时间的天线长达150000 小时,即使有 10%的单位损坏不会影响正常运行的雷达。 12.3 相控阵雷达的分类相控阵雷达又分为有源（主动）和无源（被动）两类。事实上,主动和被动相控阵雷达天线阵列是相同的,两者的区别主要是大量的传输/接收元素。无源相控阵雷达只有一个中央发射机和接收机、发射机的高频率能量生成的计算机自动分配到每个散热器天线阵列,目标反射信号接收机统一放大(这种区别与普通雷达小)。每个散热器有源相控阵雷达装备有一个发送/接收模块,每个模块可以产生自己的、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗余设计比无源相控阵雷达有更多的优点。正因为如此,也使得有源相控阵雷达是昂贵的,工程难度。但有源相控阵雷达在功能上有独特的优势,多取代的无源相控阵雷达的趋势。
