雷達發射機是指為雷達提供大功率射頻信號的無線電裝置。按調製方式，發射機可分為連續波發射機和脈衝發射機兩類。發射機由一級射頻振盪器和脈衝調製器組成。
基本介紹
- 中文名：雷達發射機
- 外文名：Radar transmitter
- 類型：機械類
- 性質：無線電裝置
- 用途：為雷達提供大功率射頻信號
正文,
正文
為雷達提供大功率射頻信號的無線電裝置。它所產生的射頻能量經雷達饋線系統傳輸到雷達天線並輻射到空間。發射信號本身不具有信息，但為雷達獲取目標和環境信息提供載體。發射機一般具有高頻、高壓、大功率的特點，它是雷達系統中最大、最重和最昂貴的部分。
分類 按調製方式，發射機可分為連續波發射機和脈衝發射機兩類。連續波發射機工作在連續波狀態，有時採用頻率調製和相位編碼等調製形式；脈衝發射機工作在脈衝狀態，通常採用幅度調製。按工作波段，發射機可分為短波、米波、分米波、厘米波、毫米波發射機。大多數雷達發射機都工作在微波波段。按產生信號方式，發射機可分為單級振盪式發射機和主振放大式發射機。 組成 單級振盪式脈衝發射機（圖1）由一級射頻振盪器和脈衝調製器組成。射頻振盪器產生大功率的射頻振盪，脈衝調製器產生一定振幅、寬度、重複頻率和具有一定功率的視頻脈衝以控制射頻振盪器。在脈衝期間，射頻振盪器工作，產生射頻脈衝；在脈衝休止期間，射頻振盪器不工作。 主振放大式發射機由脈衝調製器和放大鏈組成(圖2)。一般由晶體主振控制的頻率合成器(見頻率合成)產生一低功率、但頻率很穩定的射頻振盪，經過一級或多級脈衝調製的功率放大器變成所要求的射頻大功率脈衝。定時器協調各級脈衝調製器的工作。
性能 發射機在工作波段、頻寬、輸出功率、效率、脈衝寬度、重複頻率、信號穩定度、信號波形、可靠性和成本等方面應滿足雷達系統的要求。
工作頻率或波段 發射機的工作頻率依雷達的用途而不同。為了提高雷達系統的工作性能和抗干擾能力，有時還要求具有一定的瞬時頻寬。工作頻率或波段的選擇對發射機的設計影響很大，首先涉及到發射管種類的選擇。在1吉赫以下,主要採用微波三、四極管;在1吉赫以上，採用磁控管、速調管、行波管和前向波管等。發射管種類不同會影響調製器和電源的設計。
輸出功率 它直接影響雷達的威力和抗干擾能力。脈衝雷達發射機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上的總能量）。
效率 發射機輸出的平均功率與輸入功率之比。發射機是雷達中耗電最多的部件，所以發射機應具有儘可能高的效率。
脈衝寬度 發射機脈衝工作的時間。當發射機脈衝功率和重複頻率一定時，脈衝寬度越寬，雷達的作用距離越遠；另一方面，脈衝內信號頻譜寬度與雷達對目標的鑑別力有關，它決定兩個被探測目標間能分辨的最小距離。
脈衝重複頻率 發射機在一秒鐘時間內所發射的工作脈衝的個數。脈衝寬度與脈衝重複頻率的乘積稱為雷達發射機工作比，通常它遠小於1。
信號穩定度 信號的各項參數，如信號的振幅、頻率（或相位）、脈衝寬度和脈衝重複頻率等隨時間而發生不應有變化的程度。信號的任何不穩定都會給雷達整機性能帶來不利影響。信號參數的不穩定性分為規律性與隨機性的兩類。規律性的不穩定性往往是由電源濾波不佳、機械震動等原因引起的；隨機性的不穩定性則是由發射管的噪聲和調製脈衝的隨機起伏所引起的。
信號波形 與能運載的信息量有直接的關係。因此，研究發射信號的波形十分重要(見雷達波形)。信號按信號模糊圖的不同形狀分為四類：固定載頻脈衝信號、線性調頻脈衝信號、等間隔脈衝列信號和二位相位編碼信號。對應不同的信號波形，發射機有不同的組成。
對發射機除上述主要電性能要求外,還有結構上、使用上和其他方面的要求。結構性能包括發射機的體積重量、通風散熱、電磁禁止、防震防潮和調整調諧等。使用性能包括控制監視和檢查維修的方便，保證安全可靠等,特別是對微波功率管、調製管和波導系統打火的防護。
發射機型式 設計雷達發射系統時，最基本的選擇是採取振盪管型發射機還是放大管型發射機。單級振盪式發射機的優點是簡單、經濟和輕便，但頻率穩定度較差，難於產生複雜信號，在相繼的射頻脈衝之間不能保持相位的相干性。簡單的常規脈衝雷達多半採用單級振盪式發射機，只要性能能滿足要求，新型雷達也儘可能採用這種發射機。但是，對於脈衝都卜勒雷達和脈衝壓縮雷達等，則需要採用多級放大式發射機。多級主振放大式發射機產生的射頻頻率極其穩定，相繼脈衝間可保持相位的相干性，因此便於雷達充分利用回波的相位信息。在新型雷達中，已越來越多地採用多級主振放大式發射機。
在多級放大鏈的實際套用中，首先遇到的問題是管鏈型式的選擇。設計人員一般是根據雷達總體的要求對各種微波放大管的所有主要參數，如功率、脈衝寬度、中心頻率、頻寬、增益、效率、工作電壓、穩定度、噪聲、聚焦方式、冷卻方式等進行最佳的折衷選擇，以便確定所採用的管鏈。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－速調管鏈、固態功率放大鏈等。另外，定時、級間隔離、電平校準、穩定度的預分配、高頻泄漏等也是設計中考慮的重要問題。 脈衝調製器 雷達發射機廣泛採用脈衝調製器。脈衝調製器由電源、能量儲存和脈衝形成三部分組成(圖3)。常用的脈衝調製器主要有兩種：剛性開關的電容儲能放電式調製器和軟性開關的線型調製器。前者的特點是對脈衝寬度和重複頻率有很大的適應性，並且有良好的輸出脈衝波形,但結構比較複雜,效率較低；後者效率高，結構比較簡單，採用截尾技術等可大大增強對負載阻抗的適應能力，但脈衝波形不如前者的好，而且由於放電管恢復時間的限制不宜用在脈衝間隔短（小於100微秒）的場合。此外,在某些功率不大、穩定性不高的雷達中有時還採用磁調製器。
趨勢 提高抗干擾性能、可靠性和自適應控制，是雷達的主要發展趨勢。因此，在完善機械調諧的頻率捷變磁控管的同時，加強對大功率的無慣性電子調諧脈衝磁控管的研究，並採用注入鎖相技術，遂成為重要課題。新體制雷達越來越多地採用主振放大式的發射機。行波管-前向波管、固體微波源-行波管和全固態放大鏈在雷達中將得到更多的套用。發射機將越來越多地使用微處理器，以便向自適應方向發展。
分類 按調製方式，發射機可分為連續波發射機和脈衝發射機兩類。連續波發射機工作在連續波狀態，有時採用頻率調製和相位編碼等調製形式；脈衝發射機工作在脈衝狀態，通常採用幅度調製。按工作波段，發射機可分為短波、米波、分米波、厘米波、毫米波發射機。大多數雷達發射機都工作在微波波段。按產生信號方式，發射機可分為單級振盪式發射機和主振放大式發射機。 組成 單級振盪式脈衝發射機（圖1）由一級射頻振盪器和脈衝調製器組成。射頻振盪器產生大功率的射頻振盪，脈衝調製器產生一定振幅、寬度、重複頻率和具有一定功率的視頻脈衝以控制射頻振盪器。在脈衝期間，射頻振盪器工作，產生射頻脈衝；在脈衝休止期間，射頻振盪器不工作。 主振放大式發射機由脈衝調製器和放大鏈組成(圖2)。一般由晶體主振控制的頻率合成器(見頻率合成)產生一低功率、但頻率很穩定的射頻振盪，經過一級或多級脈衝調製的功率放大器變成所要求的射頻大功率脈衝。定時器協調各級脈衝調製器的工作。
性能 發射機在工作波段、頻寬、輸出功率、效率、脈衝寬度、重複頻率、信號穩定度、信號波形、可靠性和成本等方面應滿足雷達系統的要求。
工作頻率或波段 發射機的工作頻率依雷達的用途而不同。為了提高雷達系統的工作性能和抗干擾能力，有時還要求具有一定的瞬時頻寬。工作頻率或波段的選擇對發射機的設計影響很大，首先涉及到發射管種類的選擇。在1吉赫以下,主要採用微波三、四極管;在1吉赫以上，採用磁控管、速調管、行波管和前向波管等。發射管種類不同會影響調製器和電源的設計。
輸出功率 它直接影響雷達的威力和抗干擾能力。脈衝雷達發射機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上的總能量）。
效率 發射機輸出的平均功率與輸入功率之比。發射機是雷達中耗電最多的部件，所以發射機應具有儘可能高的效率。
脈衝寬度 發射機脈衝工作的時間。當發射機脈衝功率和重複頻率一定時，脈衝寬度越寬，雷達的作用距離越遠；另一方面，脈衝內信號頻譜寬度與雷達對目標的鑑別力有關，它決定兩個被探測目標間能分辨的最小距離。
脈衝重複頻率 發射機在一秒鐘時間內所發射的工作脈衝的個數。脈衝寬度與脈衝重複頻率的乘積稱為雷達發射機工作比，通常它遠小於1。
信號穩定度 信號的各項參數，如信號的振幅、頻率（或相位）、脈衝寬度和脈衝重複頻率等隨時間而發生不應有變化的程度。信號的任何不穩定都會給雷達整機性能帶來不利影響。信號參數的不穩定性分為規律性與隨機性的兩類。規律性的不穩定性往往是由電源濾波不佳、機械震動等原因引起的；隨機性的不穩定性則是由發射管的噪聲和調製脈衝的隨機起伏所引起的。
信號波形 與能運載的信息量有直接的關係。因此，研究發射信號的波形十分重要(見雷達波形)。信號按信號模糊圖的不同形狀分為四類：固定載頻脈衝信號、線性調頻脈衝信號、等間隔脈衝列信號和二位相位編碼信號。對應不同的信號波形，發射機有不同的組成。
對發射機除上述主要電性能要求外,還有結構上、使用上和其他方面的要求。結構性能包括發射機的體積重量、通風散熱、電磁禁止、防震防潮和調整調諧等。使用性能包括控制監視和檢查維修的方便，保證安全可靠等,特別是對微波功率管、調製管和波導系統打火的防護。
發射機型式 設計雷達發射系統時，最基本的選擇是採取振盪管型發射機還是放大管型發射機。單級振盪式發射機的優點是簡單、經濟和輕便，但頻率穩定度較差，難於產生複雜信號，在相繼的射頻脈衝之間不能保持相位的相干性。簡單的常規脈衝雷達多半採用單級振盪式發射機，只要性能能滿足要求，新型雷達也儘可能採用這種發射機。但是，對於脈衝都卜勒雷達和脈衝壓縮雷達等，則需要採用多級放大式發射機。多級主振放大式發射機產生的射頻頻率極其穩定，相繼脈衝間可保持相位的相干性，因此便於雷達充分利用回波的相位信息。在新型雷達中，已越來越多地採用多級主振放大式發射機。
在多級放大鏈的實際套用中，首先遇到的問題是管鏈型式的選擇。設計人員一般是根據雷達總體的要求對各種微波放大管的所有主要參數，如功率、脈衝寬度、中心頻率、頻寬、增益、效率、工作電壓、穩定度、噪聲、聚焦方式、冷卻方式等進行最佳的折衷選擇，以便確定所採用的管鏈。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－速調管鏈、固態功率放大鏈等。另外，定時、級間隔離、電平校準、穩定度的預分配、高頻泄漏等也是設計中考慮的重要問題。 脈衝調製器 雷達發射機廣泛採用脈衝調製器。脈衝調製器由電源、能量儲存和脈衝形成三部分組成(圖3)。常用的脈衝調製器主要有兩種：剛性開關的電容儲能放電式調製器和軟性開關的線型調製器。前者的特點是對脈衝寬度和重複頻率有很大的適應性，並且有良好的輸出脈衝波形,但結構比較複雜,效率較低；後者效率高，結構比較簡單，採用截尾技術等可大大增強對負載阻抗的適應能力，但脈衝波形不如前者的好，而且由於放電管恢復時間的限制不宜用在脈衝間隔短（小於100微秒）的場合。此外,在某些功率不大、穩定性不高的雷達中有時還採用磁調製器。
趨勢 提高抗干擾性能、可靠性和自適應控制，是雷達的主要發展趨勢。因此，在完善機械調諧的頻率捷變磁控管的同時，加強對大功率的無慣性電子調諧脈衝磁控管的研究，並採用注入鎖相技術，遂成為重要課題。新體制雷達越來越多地採用主振放大式的發射機。行波管-前向波管、固體微波源-行波管和全固態放大鏈在雷達中將得到更多的套用。發射機將越來越多地使用微處理器，以便向自適應方向發展。
