- 最佳带宽选择:完全匹配滤波器的最大信噪比可达85%,此时带宽时间积约等于1.37。最佳带宽的选择取决于雷达的性能要求:远程雷达为了提高灵敏度,波形顶部可以适当平坦;而测距雷达为了保证精度,需要让波形完整通过以保持前沿陡峭。
- 频率产生与控制:频率产生采用直接数字频率合成(DDS),通过计数器读取相位合成特定频率,并利用锁相环稳定输出。频率控制则采用自动频率控制(AFC),通过
反馈机制实现。
2. 微波传输线系统
- 波导(Waveguide):波导用于连接收发机和天线,以传输微波信号。对于宽边为A、窄边为B的矩形波导,其传输的主模式是 $TE_{10} $模。
- 截止波长:指波导中可传输电磁波的最长波长(对应最低频率)。 $TE_{10} $ 模的截止波长为2A, $TE_{20} $模的截止波长为A。
- 波导波长:电磁波引入波导后,其波导波长会大于在大气/真空中的波长。
- 波导分类与作用:包括常规刚性波导、用于改变电磁波走向的弯波导(窄边弯和宽边弯)、用于缓冲震动防热胀冷缩的软波导,以及用于连接的波导扼流头等。
- 同轴电缆与波导的选型:同轴电缆(包含内导体芯、绝缘体、外导体网格和外绝缘层)适用于波长较长、低频的信号。波长短的高频信号选用波导,因为波导传输损耗小、功率容量大、能承受更高击穿电压。
3. 天线辐射原理与性能指标
- 辐射原理:通过正负电荷的交替振荡,电场线闭合并被挤出,从而向空气中辐射电磁波。最简单的偶极子天线展开至180度直线状态时辐射最强,且天线尺寸应为波长的一半。
- 天线波束与旁瓣:辐射能量最集中的部分称为主瓣,其他方向的辐射称为旁瓣。旁瓣会引入干扰并容易被敌方利用,因此要求旁瓣电平越低、离主瓣越远越好(如10度以外要求小于-30dB,即主瓣功率的1/1000)。
- 波束宽度(3dB宽度):指辐射功率下降到最大值的一半(即幅度下降到根号2分之一)时的角度宽度。方位向波束通常较窄以保证分辨率,俯仰向波束较宽以适应船体摇晃防止丢失目标。
- 天线性能参数:方向性系数表示天线的功率集束能力,天线波束越窄,该值越大。天线效率通常要求达到90%至95%。天线增益约等于方向性系数与天线效率的乘积。
4. 典型雷达天线
- 波导缝隙天线:封闭的波导无辐射,通过在窄边倾斜开槽(缝隙)使其向大气辐射信号。通过控制缝隙的倾斜角度和间距可以形成所需的方向图。
- 优点:主瓣能量集中(可达40dB)、波束窄、旁瓣电平低(小于-30dB)、频带宽、体积小重量轻。
- 缺点:工艺复杂,且由于存在过渡特性,限制了天线口径长度,进而限制了距离和方位分辨率的同时提高。
- 微带天线(贴片天线):由绝缘介质基片和通过仿真软件(如HFSS、ADS、CST)设计并经过酸溶液刻蚀的导体贴片组成。优点是频带宽,缺点是功率容量小、增益较低,适用于小型船用雷达。
5. 电磁波极化方式
- 定义:指电磁波传播过程中电场向量振动的方向。
- 水平极化:电场在水平面上振动。适用于晴朗天气和海况较小(浪高小于0.25米)的环境,此时目标回波强且垂直极化干扰严重。
- 垂直极化:电场在垂直面上振动。适用于风浪较高、海况恶劣的环境。
- 圆极化:呈螺旋线方式传播(分左旋和右旋)。适用于雨雪天气,能有效抑制球状、圆对称的雨滴或雪花带来的干扰。
6. 收发开关(TR开关)
- 气体放电管式:在雷达发射大功率脉冲时,气体迅速电离形成电弧短路,阻止发射能量进入接收机,起到隔离保护作用。发射结束后气体恢复状态,微弱的回波信号不足以引起电离,从而顺利进入接收机。
7. 雷达终端与显示技术
- 一次信息与二次信息:一次信息指直接测量的物理量(距离、方位、仰角、相对速度),以单目标为主。二次信息是对一次信息进行深加工、关联和长时处理后得到的信息(如航迹、目标批次、架次、敌我属性、空情态势)。
- A型显示器(A显):以水平位移代表目标斜距,垂直偏移代表回波强度。
- AR型显示器:在A显基础上增加一条扫描线,用于局部放大并提供细节,提高测距精度。
- J型显示器(圆周扫描):以雷达为中心顺时针扫描,圆周弧长代表斜距。由于周长\((2\pi R)\)大于A显的直径(2R),因此在同等量程下,J显的测距精度高于A显。
- P型平面位置显示器(PPI):以雷达为圆心,光点沿半径的距离代表斜距,偏角代表方位角,亮度代表回波强度。
- 偏心P型显示器:通过将原点移出屏幕几何中心,在给定方向上最大化扫描扩展,从而提高局部方位的录取精度。