【《雷达信号接收机主要技术指标分析》4100字】

PAGE18PAGE雷达信号接收机主要技术指标分析目录TOC\o"1-3"\h\u5721雷达信号接收机主要技术指标分析 0276651.1灵敏度 0270091.2噪声 1285671.3增益 4132031.4动态范围 4124331.5线性度 6关于低频电路和射频电路的主要性能指标，射频电路与低频电路之间存在着很大的差异。在低频电路中，其主要性能指标可能对接收机的整体性能有很大的影响，并可以区分出一个系统的优劣，同时也正是设计师们考虑工程质量的切入点。总体来说，性能指标主要有灵敏度、噪声系数、增益、动态范围、线性度等等。本小结就对这些指标进行分析，让我们能够更好地了解这些参数以及能够更好地优化从而提升接收机的整机性能。1.1灵敏度灵敏性是用来衡量一个接收机输出的微弱信号到达一个系统所需的信噪比，指的就是当一个接收机输出的信号达到一个系统所需要求的信噪比。通俗的讲便是接收机的接收分辨能力越强，其灵敏度越高，能接收到的信号就越弱。在接收机能够确保信号能够正常地工作的情况下，只有当接收机所接受到信号的功率超过了灵敏度，接收机才可以实现所需要的接收和处理信号，否则信号将被淹没在噪声中，无法分辨出来。随着我国现代无线通信网络和系统的飞速发展，对于无线通信的接受和输送设备要求也越来越高，接受能力强，功耗小，作用距离远等，换言之就是更多地对于灵敏性提出了要求。但是，在我们所接收到的信号中，微弱的信号和噪声往往都是同时发生和出现的，所以我们就可以使用最小的可分辨信号和噪声功率的方式来准确地表示一个接收机的灵敏性。单位是dBm，1mW的功率相当于0dBm。换算公式为：S灵敏度公式可以表示为:S式(2.2)中，k≈1.38×10−23JK，指的是玻尔兹曼常数；尽量减小级联噪声系数NF，这里需要高低噪声高频放大器（高增益）；降低信噪比SN尽量减小噪声工作带宽B。将常量数值代入，可以得到以下公式，式中所有量均为dB形式：S当D=1时，S此时的噪声灵敏度被定义为临界噪声灵敏度，当知道接收器系统中的最小输入信号功率和最低信噪比时，可根据上述方程式计算噪声系数。接收机正常运行主要有两个基本方面：其中输出功率与信噪比均须要达到必须的标准。一般来说，超外差式接收机的灵敏度控制范围在-90-110dBm。1.2噪声在接收机需要接收处理微弱信号时，噪声的影响很大，会影响到一个接收机的信号的能力，也就是灵敏度。接收机的噪声主要来自两个方面，一个是来自外部的噪声，第二个是内部噪声。外部噪声主要是与信号一起进入接收机的大气噪声和人为噪声等，内部的噪声主要包括高频放大器、混频电路、滤波器、馈线、检波电路等。若雷达工作在比较高的频段的时，外部噪声相对较少，噪声主要来源于接收机内部。内部噪声在一定程度上对灵敏度造成很大的影响，当微弱信号大于噪声一定程度才可以被检测到。噪声系数(也就是可以被简称为声对噪声值的影响测量因子)主要用于阐述了在各种集成电路中输出引入声对噪声的影响大小，它被广泛定义成作为一个输入信号信噪比和一个输出信号信噪比之间的一种相对性质和比值。噪声系数可以用图2-6表示，定义式可以通常可以表示下式：F=图2-6噪声系数定义示意图Si、So分别表示一个信号源输入端和输出端的相对额定信号功率，Ni、N噪声系数F的实际物理意义是由于接收器的内部噪声的影响而导致输出端与输入端之间的信噪比变差的倍数[22]，常用式(2.6)来表示噪声系数：F=其中，Ga表示一个接收机的额定功率和增益；N一般来说一条信号通路是有多个元器件组成的，也即是接收机是由不同级组成的，其中每一个元器件都会在一定程度上造成信噪比的损失。下面以两部分级联进行级联噪声系数的分析，如图2-7所示。图2-7两级级联噪声示意图其中N1=kT0Bn，其中k为玻尔兹曼常数，T代表电阻温度，单位是K，Bn为部件的通带（或者说是噪声带宽，两者在一定程度上有一定的换算关系）。G1、结合流程图可知：NN其中N0由两个部分共同组成：一个部分是N012，代表的是第一级噪声在第二级输出端所直接呈现的额定噪声功率，其值大小约为kT0BnGN将上述公式合并整理后，可以得出：F以此为切入点，可以得出n级电路级联时接收机的总噪声系数为：F从式2.11可以得出重要结论：各层级噪声的影响也不相同，级数越靠近前面，对整体噪声系数的影响越大。因此，总体噪声系数主要取决于前几级（或第一级）。因此，级联系统的第一级电路的设计在技术上是相当重要的，我们要使第一级器件的噪声系数尽可能小，从而提高增益。本文中，在接收器的天线与低噪声辐射之间放入切比雪夫滤波器，实现接收器的频带选择性。由于滤波器具有插入损耗，会有噪声影响，经估计和验证，此无源滤波器对整机的噪声系数造成1dB的恶化[23]。通常，衰减器的噪声系数可以用插入损耗来测量，其增益是插入损耗的倒数。典型的雷达接收机电路图参照图2-8。图2-8雷达接收机的高、中频部分组成图将图中的各级的额定功率和噪声系数代入式2.11，就能够直观地整理计算出一台接收机的总噪声系数：F一般选择增益大的（GR≥20dB）和低噪声高频放大器，因此F1.3增益增益是衡量接收机射频电路前端的另外一个重要指标，单位是dB。接在电路设计中添加灵敏度时间控制（STC）和自动增益控制（AGC），可以有效防止接收器饱和、扩大动态范围和保持增益稳定。以功率为例，其表达式可以表示为：G=但是接收机的增益并不是越大越好，它是根据接收机的系统指标实际要求确定的。如果增益过大，会影响到接收机的稳定性甚至引起自激，或者信号失真；过小的增益又会使后面的信号幅度过小。所以一般情况下接收机的增益会分散到整个线路中而不是固定在某一级直接放大。1.4动态范围动态范围是指接收机允许输入信号的强度变化的范围。最小输入信号强度通常用可最小检测的信号功率Simin一般接收机的动态范围的定义主要是线性动态范围、增益控制动态范围和无杂散动态范围这三种[24]。如果输出功率增加到最小可检测输出功率生成1dB的压缩，则可以定义输入信号与最小可检测信号之间的功率之比。可以公式表示：LDR=增益(即非瞬时受控动态区域)的受控信号范围。由于接收机的噪声和性能决定了接收器在一次输入一个信号的条件下，接收器所能正常地接收一个信号的下限，而这个接收信号的上限则要受到接收器的非线性约束。这种测量指标可以在实践中进行测量，因此经常用于衡量接收器性能的好坏和优劣。无杂散动态范围(瞬态动态范围)即指最大输入噪声功率等于三阶互调分量之间的功率和此时输出的噪声功率，反映的就是系统的非线性程度，瞬态动态范围越大，非线性程度就越好。只有在当一个输入的功率位于一个无杂散的动态范围以内时，在系统输出端则观察不到互调分量，当输入功率大于杂散动态范围上限时，互调分量会高于系统底噪，表现为系统的杂散分量。计算公式为：SFDR=在实际运用中，为了能够保证接收机对于大信号和小信号都均能够被检测的到，必须要具备较大的动态范围。用于提高动态范围的指标的根和方法大致分为两类[25]，分别为提高瞬时动态范围和扩大总的动态范围。提高接收机的瞬时动态范围的最有效方法之一是合理分配前端主信道内的每个级别。对于一个接收机来说，三阶截止点越高，其动态范围越大。因此，我们可以从提高三阶截止点开始。接收机的前端主通道是由多个级级联组成的，这其中的关系可以用下列表示：1式中，IIP3为前端总的三阶截点输入功率；An为第n级的电压增益倍数；IIP3n为第n级的三阶截点输入功率。从式另外一种可以扩展总动态范围的放大方法是在电路中通过加入AGC自动增益控制电路，这种方法比较常见。AGC电路主要是通过对主通道内进行增益调节，在保证大动态范围的情况下可以防止接收机失真。但是，AGC的主要应用对象通常是单一的对象信号，不能应用对多个对象信号的处理。要处理的信号通常是连续信号，如果接收的信号为高频脉冲信号，AGC电路的使用将会受到一定的影响。1.5线性度线性度也是一个描述接收机射频电路前端的重要指标。因为射频前端部件较多，难免会引入失真，其线性度就是来描述失真程度的指标，失真的程度可以决定电路的输入信号的最大功率。用于表示线性度的指标有两个：1dB压缩点P1dB和三阶交调截止点IP3随着放大器输入放大信号逐渐快速变化并达到信号饱和控制区，放大器逐步自动进入信号饱和控制区，此时大器输出的放大信号不再能够呈现出非线性状态地连续增大，而是出现压缩[26]。当增益器件此时输出的信号幅度通常小于理想的增益线性压缩增益1dB时，称此时的输入信号功率为该器件的输入1dB额定增益线性压缩点IP1dB，相对应的输出信号功率为输出1dB压缩点接收机在接收处理信号的时候，一般会伴有干扰信号。若两个相差不大的信号（假设信号为ws1和ws2，）同时进入接收机的时候，经过混频器以后，会产生许多的组合频率。其中，wL±ws1±ws2称为交调双频分量，m+n=k可以被定义为交调失真阶数[27]。在交调产物中，因为三阶交调wm3=w图2