14-机载雷达发射机技术

1、机载雷达发射机技术机载雷达发射机技术王金达王金达一、概述1.所谓机载雷达，就是把雷达搬上飞机，利用电磁波对目标进行探测和定位的设备。2.为什么要搞机载雷达，由于飞行器性能的改进，低空超低空入侵已成为突破对方防御的手段。如何解决低空防御问题已成为世界各国当务之急。雷达视距由于受到地球曲率的影响，可由下式表示：R（km）=式中H为雷达天线高度。若H1=50米，雷达视距为28公里；若H2=10000米，雷达视距为400公里；正如图1所示，雷达天线架设得越高，看得就越远，这就是搞机载警戒雷达的理由。另外雷达上了飞机后也增强了生存能力和灵活性。)(4mH H2H1盲区地球图一、雷达视距3.雷达上飞机后带

2、来的问题（1）从上往下看(俯视)必须解决的地杂波干扰问题。（2）雷达本身在运动，使得杂波频谱展宽问题。通常用MTI技术对上述的问题难以解决，要采用PD体制，在频域上提取回波频谱的单根谱线来检测目标。为使机载雷达具有良好的反地物杂波性能，在技术上要解决三项难题。(三高技术)典型的机载雷达回波频谱如图二所示。SinXX垂直杂波主瓣杂波付瓣杂波目标f f0-rff0+rf0ff0-cmaxff0+cmax图二、雷达回波频谱三高技术（1）极低副瓣天线（2）超高稳定信号产生和放大（3）先进的数字信号处理技术。简要说明：(1)付瓣杂波大小与天线付瓣电平有直接关系付瓣杂波频谱占据范围与雷达地速VR有关，fc

3、max=2VR/。fcmax付瓣杂波最大范围，雷达工作波长。(2)PD体制要求高频信号相当稳定，指短期稳定度不是长期稳定度，指雷达回波来回时间内或信号积累时间内的变化，最严格的稳定度要求主波束杂波不产生寄生调制边带。(3)数字信号处理技术关键是A/D变换，速度快，精度高，A/D变换位数高，才能满足宽的信号动态范围。机载雷达用途，广泛应用于搜索与跟踪、武器制导，空中警戒、空中侦察、搜潜反潜、地图测绘、地形回避以及导航、敌我认别、自动着陆，雷雨显示等。按上述功能可将机载雷达分为：火控雷达、预警雷达、导航雷达、侦察雷达和气象雷达等。我所研制的机载雷达分类：我所研制的1471、1491、1492、14

4、73、1493、04-77等雷达属于机载火控雷达。我所为无人侦察机研制的：04-80、04-86雷达属于机载侦察雷达。我所研制的L波段有源相控阵1488、04-68雷达属于机载预警雷达。 我所研制的1479装备在直九直升机是反潜直升机雷达。 14911491雷达发射机（正面）雷达发射机（正面）14731473雷达发射机（正面）雷达发射机（正面）14791479雷达发射机（正面）雷达发射机（正面）14791479雷达发射机（侧面）雷达发射机（侧面）14931493雷达发射机（正在调试）雷达发射机（正在调试）二、机载雷达对发射机的要求二、机载雷达对发射机的要求以下主要指机载火控雷达发射机以下主要指

5、机载火控雷达发射机 机载雷达采用PD体制，所以也称PD雷达，PD雷达利用运动目标的多卜勒频移从地物杂波背景中检测出有用信号，不仅能测出目标距离，还可以测定目标的速度。PD雷达的特点是对脉冲串回波频谱的单根谱线进行多卜勒滤波。为了避免速度模糊采用高脉冲重复频率。要求高稳定的输出射频脉冲信号，它必须采用主振放大式发射机。1. 要求发射机具有高的频谱纯度要求发射机具有高的频谱纯度频谱纯度是衡量PD雷达发射机的重要指标之一。信号的频谱纯度是指主谱线幅度与不应有的边带谱线(简称噪声边带)幅度的比例关系而言的。通常用离载频fm处每单位带宽中噪声功率比载波功率低多少分贝来衡量。设雷达收到的主瓣杂波功率为C，

6、在所要求的某个多普勒频率（即fm）上它的噪声边带比主谱线低M分贝，则认为不致产生假目标，此时的噪声边带功率必须比接收机热噪声功率N小ks倍（ks安全系数）见图3所示。 f0fm图三、频谱图 因此有 ，若要求C/N=70dB，而安全系数ks=-10dB，则M=-80dB。对PD发射机的噪声边带来说，这是一个典型的要求值，它对载波幅度调制和相位调制以及脉宽调制有严格的限制。 允许载波幅度调制：； 允许载波相位调制：； 允许脉宽调制：。%02. 0/2NCKAAS01. 0/2NCKS4102/2NCKS)/log(10NCKMS 脉冲压缩雷达不论信号时域或频域所产生的寄生调制，会在主回波两侧出现成

7、对虚假回波。见图4所示。典型值的虚假回波比主回波要小40dB，所以对这种寄生调制所引起的相位和幅度变化要有如下限制：故相位偏离小于10，振幅变化小于2%。图四、脉压后成对虚假回波dB402/log(20）dBAA40/log(20） 动目标显示雷达由于相邻脉冲之间相位和幅度的不稳定对固定目标回波的对消受到影响，所以动目标显示雷达的改善因子I对发射脉冲相位和幅度变化要有如下限制：对相位I=20log（1/）；对幅度I=20log（A/A）。当改善因子I要求50dB时，相位约0.18，幅度A/A变化为0.32%。现列表如下： 技术要求对发射机体制指标要求相位限制幅度限制PC虚假回波-40dB=1A

8、/A=2%MTI改善因子50dB=0.18A/A=0.32%PD噪声边带-80dB=0.01A/A=0.02% 由此可见，PD雷达对发射机相位和幅度限制比PC、MTI雷达要高得多。2、要求发射机雷达信号形式多变、要求发射机雷达信号形式多变要求发射机能适应多种脉宽和多种脉冲重复频率，一部好的PD发射机要求具有三种脉冲重复频率。HPRF、MPRF、LPRF，称全波形发射机。HPRF用于迎头、无速度模糊、目标在无杂波区检测。LPRF用于上视、无距离模糊、脉压提高测距精度。MPRF用于下视、既有距离模糊、又有速度模糊，要有多个（八个）脉冲重复频率、解距离模糊、克服距离盲区。1473、1493高、中、低

9、全有。1471、14911492只具有MPRF、LPRF。选用GTWT、Gklystron、MBklystron才能满足变变T要求。3、要求发射机高效率、要求发射机高效率一般对机载雷达发射机全机效率20的要求。发射机在雷达整机中消耗功率最大，提高效率对减少载机供电很有利，同时也降低了发射机功耗，对冷却也有利。发射机提高效率从两个方面着手，一方面选择功放管的效率要高，管子效率提高措施采用降压收集极。另一方面提高供给功放管的高压电源的效率，机载雷达电源一般做成逆变开关电源，采用全桥零电压开关变换器有利提高电源效率，达90以上，一般串联稳压器难以达到。4、要求发射机体积小、重量轻、要求发射机体积小、

10、重量轻作为机载电子设备体积和重量均受到严格的限制，一般来说，先有飞机、后有雷达，要在有限的空间和规定的重量，设计出先进的电子设备。对歼击机来说机头部分是放雷达的位置，空间有限，重量重了会影响飞机性能。现把我所的几套雷达发射机V和W列表如下：我所的几套雷达发射机我所的几套雷达发射机V和和W列表列表发射机型号 平均功率（W） V（升）W（kg）14911492300464214733004346149310004040（干式）50（灌油）1479852017珍珠16002322（对俄合作）5、要求发射机在恶劣环境下可靠工作、要求发射机在恶劣环境下可靠工作（1）工作温度范围宽低温：（55启动）45保

11、指标高温：6080（2）高度高，低气压21000m、35mmHg(4.5kPa)-56.5（3）振动条件下工作，502000Hz（4）受冲击（着落），1015g经过以下试验：经过以下试验：（1）低温贮存55，低温工作45（2）高温贮存60，高温工作60（3）温度高度试验，按规定在不同温度在不同高度下试验（4）振动试验，动态工作（5）冲击试验，动态工作综合可靠性试验，广州五所，8小时循环，30循环，高低温振动，不能有3次故障（指雷达系统）其他：其他：（1）加速度，静态（2）跌落，包装后（3）湿热、霉菌、盐雾、三防试验选零件（4）炮震试验6、要求发射机具有良好的电磁兼容性、要求发射机具有良好的电磁

12、兼容性飞机上有许多电子设备一起工作，雷达是机载电子设备的一大部分，发射机是雷达的一个分系统，发射机是一个大功率源，其他电子设备有点“怕”发射机，怕干扰它们正常工作。在设计发射机时，不光考虑发射机不干扰其他电子设备，也不希望其他电子设备来干扰发射机工作。发射分系统和雷达整机都要做电磁兼容性试验。电磁兼容性试验八大项：电磁兼容性试验八大项： （1）电源线传导发射 CE01（25Hz15kHz） CE03 (0.01550MHz) （2）电源线尖峰信号（时域）传导发射 CE07 （3）电场辐射发射 RE02（14kHz10GHz） （4）磁场辐射发射 RE01（25Hz50kHz）电磁兼容性试验八大

13、项：电磁兼容性试验八大项：（5）电场辐射敏感度RS03（14kHz40GHz）（6）磁场辐射敏感度RS01（25Hz50kHz）磁感应场辐射敏感度RS02（7）电源线尖峰信号传导敏感度CS06（8）电源线传导敏感度CS01（25Hz50kHz）CS02（50kHz400MHz）三、机载雷达发射机的基本组成三、机载雷达发射机的基本组成定时信号PoutPin固态放大器隔离器可变衰减器GTWT定向耦合器冷却装置包络、频谱或功率测量脉冲放大器调制器及灯丝调制电源高压电源钛泵电源低压电源电磁干扰滤波器3400Hz115V控保与接口电路开关机过欠压过流过温过热压差真空度下降图五 发射机基本组成框图几点说明

14、：几点说明：1.发射机除TWT是真空管，其余都是固态器件。2.TWT电子枪、高压电源（包括阴极高压和收集极电压和浮在阴极电位上的调制器及灯丝调制电源）以及变频器几百伏直流要考虑耐高空低气压，采取密封措施。3.机载雷达的冷却一般由载机供给。四、机载雷达发射机设计中遇到的难点四、机载雷达发射机设计中遇到的难点目前我所研制的机载雷达发射机基本上选用的末级发射管为TWT，属真空管。它的特点是工作频率高、X波段带宽宽、增益高，单管就能完成放大到所需功率电平。峰功率几个千瓦到几十千瓦。可是它要求比较高的电压、十几千伏到几十千伏，这给设计高压电源增加了难度，还容易产生高压击穿问题。为解决上飞机，高空低气压又

15、不产生高压击穿，只有把高压元器件密封起来，这样做又带来了新的问题 散热。 1.高功率、高电压、高密集元器件组成的发射机，要求在飞机上可靠工作，如何很好地解决散热和绝缘，这就是机载雷达发射机设计难点，是发射机成败的关键之一。2. 高压电源是供给TWT主要能量的功率源，功率大、电压高，又受到体积重量的限制，为满足高纯频谱，要求输出纹波小，在其它雷达中不成为问题，在机载雷达上即变成了关键。 3. 自制件的设计如变压器、电感、脉冲变压器在一般电子设备中很少出现问题，可在机载雷达发射机上出现故障是常有的事，这里要说明一点，不是元件设计师不努力，由于体积、重量限制得比较死，设计师即使选了目前国内最好的元器

16、件和元材料，也想尽办法能留有一定余量，可是加工、生产出来的元件在常温条件下能正常工作，在做环境试验中还会暴露出问题如击穿、开裂、短路，在工程样机阶段成为攻关项目，这里不一定完全是设计师的问题，在加工、生产过程中，只要有少许疏忽，也会出问题。所以机载雷达发射机上所用的元件，不光精心设计，还要精心加工，认真检验才能保证质量。五、五、 抑制发射机（功率放大器）噪声抑制发射机（功率放大器）噪声边带方法边带方法为了获得良好的功率放大器低噪声边带性能，必须从几个方面着手。1.射频电路（a）主振放大式发射机，主振器的高稳定性和低噪声尤其重要，它对放大器的输入影响很大。（b）选择合适的微波放大管，它应有低的内

17、部噪声。（c）放大管输入输出要有良好匹配，要保持尽可能小的射频泄漏，否则有可能产生自激，对高增益的放大链尤为重要。 2.功放管的各电极电源在功率放大器中，由于电压的波动和噪声，会产生调幅和调相边带，由此看来，电源不仅仅是放大器“能量的源泉”，而且也是放大器“各种附加调制边带的源泉”。为了消除或减少电源电压波动和噪声的影响，一般可采用如下方法：a.电源的输入端接电磁干扰滤波器；b.变压器采用磁屏蔽，或变压器远离整流滤波电路，避免磁场对整流滤波器的干扰；c.降低电源的输出纹波，提高电源纹波频率，有利减少纹波。 3.脉冲调制器对脉冲调制器波形来说，脉冲顶部的要求较为严格。脉冲顶部波动，过冲，顶部降落都在一定程序上影响信号的频谱质量。脉冲上升沿以及重复周期稳定性等也要注意。改善脉冲顶部的平坦度，除要求调制器参数设计最佳化外，还要对脉冲顶部变平采用一定特殊措施，即称谓脉冲变平技术。六、机载雷达发射机发展前景六、机载雷达发射机发展前景决定雷达技术发展的因素有二个：一个军事上的要求，二是基础技术的支持，新型元器件的采用。雷达的发展离不开所采用的元器件。元器件的不断更新，新型元器不断采用又促进了雷达的发展，作为雷达的一个分系统发射机那更是如此，正如发射元老徐脉珩付总所说：“有了发射管，才能做雷达”。 目前机载雷达发射机选用的发射管基本上都是栅控行波管，81年772厂研制出第一