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雷達(dá)發(fā)射機(jī)/雷達(dá)發(fā)射機(jī)

 

正文/雷達(dá)發(fā)射機(jī)

　　為雷達(dá)提供大功率射頻信號(hào)的無線電裝置。它所產(chǎn)生的射頻能量經(jīng)雷達(dá)饋線系統(tǒng)傳輸?shù)嚼走_(dá)天線并輻射到空間。發(fā)射信號(hào)本身不具有信息，但為雷達(dá)獲取目標(biāo)和環(huán)境信息提供載體。發(fā)射機(jī)一般具有高頻、高壓、大功率的特點(diǎn)，它是雷達(dá)系統(tǒng)中最大、最重和最昂貴的部分。
　　分類 　按調(diào)制方式，發(fā)射機(jī)可分為連續(xù)波發(fā)射機(jī)和脈沖發(fā)射機(jī)兩類。連續(xù)波發(fā)射機(jī)工作在連續(xù)波狀態(tài)，有時(shí)采用頻率調(diào)制和相位編碼等調(diào)制形式；脈沖發(fā)射機(jī)工作在脈沖狀態(tài)，通常采用幅度調(diào)制。按工作波段，發(fā)射機(jī)可分為短波、米波、分米波、厘米波、毫米波發(fā)射機(jī)。大多數(shù)雷達(dá)發(fā)射機(jī)都工作在微波波段。按產(chǎn)生信號(hào)方式，發(fā)射機(jī)可分為單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)和主振放大式發(fā)射機(jī)。

雷達(dá)發(fā)射機(jī)

　　組成 　單級(jí)振蕩式脈沖發(fā)射機(jī)（圖1）由一級(jí)射頻振蕩器和脈沖調(diào)制器組成。射頻振蕩器產(chǎn)生大功率的射頻振蕩，脈沖調(diào)制器產(chǎn)生一定振幅、寬度、重復(fù)頻率和具有一定功率的視頻脈沖以控制射頻振蕩器。在脈沖期間，射頻振蕩器工作，產(chǎn)生射頻脈沖；在脈沖休止期間，射頻振蕩器不工作。

雷達(dá)發(fā)射機(jī)

　　主振放大式發(fā)射機(jī)由脈沖調(diào)制器和放大鏈組成(圖2)。一般由晶體主振控制的頻率合成器(見頻率合成)產(chǎn)生一低功率、但頻率很穩(wěn)定的射頻振蕩，經(jīng)過一級(jí)或多級(jí)脈沖調(diào)制的功率放大器變成所要求的射頻大功率脈沖。定時(shí)器協(xié)調(diào)各級(jí)脈沖調(diào)制器的工作。
　　性能 　發(fā)射機(jī)在工作波段、帶寬、輸出功率、效率、脈沖寬度、重復(fù)頻率、信號(hào)穩(wěn)定度、信號(hào)波形、可靠性和成本等方面應(yīng)滿足雷達(dá)系統(tǒng)的要求。
　　工作頻率或波段 　發(fā)射機(jī)的工作頻率依雷達(dá)的用途而不同。為了提高雷達(dá)系統(tǒng)的工作性能和抗干擾能力，有時(shí)還要求具有一定的瞬時(shí)帶寬。工作頻率或波段的選擇對(duì)發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)影響很大，首先涉及到發(fā)射管種類的選擇。在1吉赫以下,主要采用微波三、四極管;在1吉赫以上，采用磁控管、速調(diào)管、行波管和前向波管等。發(fā)射管種類不同會(huì)影響調(diào)制器和電源的設(shè)計(jì)。
　　輸出功率 　它直接影響雷達(dá)的威力和抗干擾能力。脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)的輸出功率又分為峰值功率和平均功率。一般說來，決定雷達(dá)作用距離的是平均功率而不是峰值功率（更確切地說是可投射到目標(biāo)上的總能量）。
　　效率 　發(fā)射機(jī)輸出的平均功率與輸入功率之比。發(fā)射機(jī)是雷達(dá)中耗電最多的部件，所以發(fā)射機(jī)應(yīng)具有盡可能高的效率。
　　脈沖寬度 　發(fā)射機(jī)脈沖工作的時(shí)間。當(dāng)發(fā)射機(jī)脈沖功率和重復(fù)頻率一定時(shí)，脈沖寬度越寬，雷達(dá)的作用距離越遠(yuǎn)；另一方面，脈沖內(nèi)信號(hào)頻譜寬度與雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的鑒別力有關(guān)，它決定兩個(gè)被探測(cè)目標(biāo)間能分辨的最小距離。
　　脈沖重復(fù)頻率 　發(fā)射機(jī)在一秒鐘時(shí)間內(nèi)所發(fā)射的工作脈沖的個(gè)數(shù)。脈沖寬度與脈沖重復(fù)頻率的乘積稱為雷達(dá)發(fā)射機(jī)工作比，通常它遠(yuǎn)小于1。
　　信號(hào)穩(wěn)定度 　信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)，如信號(hào)的振幅、頻率（或相位）、脈沖寬度和脈沖重復(fù)頻率等隨時(shí)間而發(fā)生不應(yīng)有變化的程度。信號(hào)的任何不穩(wěn)定都會(huì)給雷達(dá)整機(jī)性能帶來不利影響。信號(hào)參數(shù)的不穩(wěn)定性分為規(guī)律性與隨機(jī)性的兩類。規(guī)律性的不穩(wěn)定性往往是由電源濾波不佳、機(jī)械震動(dòng)等原因引起的；隨機(jī)性的不穩(wěn)定性則是由發(fā)射管的噪聲和調(diào)制脈沖的隨機(jī)起伏所引起的。
　　信號(hào)波形 　與能運(yùn)載的信息量有直接的關(guān)系。因此，研究發(fā)射信號(hào)的波形十分重要(見雷達(dá)波形)。信號(hào)按信號(hào)模糊圖的不同形狀分為四類：固定載頻脈沖信號(hào)、線性調(diào)頻脈沖信號(hào)、等間隔脈沖列信號(hào)和二位相位編碼信號(hào)。對(duì)應(yīng)不同的信號(hào)波形，發(fā)射機(jī)有不同的組成。
　　對(duì)發(fā)射機(jī)除上述主要電性能要求外,還有結(jié)構(gòu)上、使用上和其他方面的要求。結(jié)構(gòu)性能包括發(fā)射機(jī)的體積重量、通風(fēng)散熱、電磁屏蔽、防震防潮和調(diào)整調(diào)諧等。使用性能包括控制監(jiān)視和檢查維修的方便，保證安全可靠等,特別是對(duì)微波功率管、調(diào)制管和波導(dǎo)系統(tǒng)打火的防護(hù)。
　　發(fā)射機(jī)型式 　設(shè)計(jì)雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)時(shí)，最基本的選擇是采取振蕩管型發(fā)射機(jī)還是放大管型發(fā)射機(jī)。單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和輕便，但頻率穩(wěn)定度較差，難于產(chǎn)生復(fù)雜信號(hào)，在相繼的射頻脈沖之間不能保持相位的相干性。簡(jiǎn)單的常規(guī)脈沖雷達(dá)多半采用單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)，只要性能能滿足要求，新型雷達(dá)也盡可能采用這種發(fā)射機(jī)。但是，對(duì)于脈沖多普勒雷達(dá)和脈沖壓縮雷達(dá)等，則需要采用多級(jí)放大式發(fā)射機(jī)。多級(jí)主振放大式發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的射頻頻率極其穩(wěn)定，相繼脈沖間可保持相位的相干性，因此便于雷達(dá)充分利用回波的相位信息。在新型雷達(dá)中，已越來越多地采用多級(jí)主振放大式發(fā)射機(jī)。
　　在多級(jí)放大鏈的實(shí)際應(yīng)用中，首先遇到的問題是管鏈型式的選擇。設(shè)計(jì)人員一般是根據(jù)雷達(dá)總體的要求對(duì)各種微波放大管的所有主要參數(shù)，如功率、脈沖寬度、中心頻率、帶寬、增益、效率、工作電壓、穩(wěn)定度、噪聲、聚焦方式、冷卻方式等進(jìn)行最佳的折衷選擇，以便確定所采用的管鏈。常見的有晶放－行波管放大鏈和以晶體作主振的行波管－前向波管鏈、行波管－速調(diào)管鏈、固態(tài)功率放大鏈等。另外，定時(shí)、級(jí)間隔離、電平校準(zhǔn)、穩(wěn)定度的預(yù)分配、高頻泄漏等也是設(shè)計(jì)中考慮的重要問題。

雷達(dá)發(fā)射機(jī)

　　脈沖調(diào)制器 　雷達(dá)發(fā)射機(jī)廣泛采用脈沖調(diào)制器。脈沖調(diào)制器由電源、能量?jī)?chǔ)存和脈沖形成三部分組成(圖3)。常用的脈沖調(diào)制器主要有兩種：剛性開關(guān)的電容儲(chǔ)能放電式調(diào)制器和軟性開關(guān)的線型調(diào)制器。前者的特點(diǎn)是對(duì)脈沖寬度和重復(fù)頻率有很大的適應(yīng)性，并且有良好的輸出脈沖波形,但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,效率較低；后者效率高，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，采用截尾技術(shù)等可大大增強(qiáng)對(duì)負(fù)載阻抗的適應(yīng)能力，但脈沖波形不如前者的好，而且由于放電管恢復(fù)時(shí)間的限制不宜用在脈沖間隔短（小于100微秒）的場(chǎng)合。此外,在某些功率不大、穩(wěn)定性不高的雷達(dá)中有時(shí)還采用磁調(diào)制器。
　　趨勢(shì) 　提高抗干擾性能、可靠性和自適應(yīng)控制，，是雷達(dá)的主要發(fā)展趨勢(shì)。因此，在完善機(jī)械調(diào)諧的頻率捷變磁控管的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)大功率的無慣性電子調(diào)諧脈沖磁控管的研究，并采用注入鎖相技術(shù)，遂成為重要課題。新體制雷達(dá)越來越多地采用主振放大式的發(fā)射機(jī)。行波管-前向波管、固體微波源-行波管和全固態(tài)放大鏈在雷達(dá)中將得到更多的應(yīng)用。發(fā)射機(jī)將越來越多地使用微處理器，以便向自適應(yīng)方向發(fā)展。

 

配圖/雷達(dá)發(fā)射機(jī)

 

相關(guān)連接/雷達(dá)發(fā)射機(jī)

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