1.2　雷达发射机的功能

雷达发射机是为雷达系统提供符合要求的射频发射信号，将低频交流能量（少数也可是直流电能）转换成射频能量，经馈线系统传输到天线并辐射到空间的设备。雷达发射机一般分为连续波发射机和脉冲发射机，最常用的是脉冲雷达发射机。

现代雷达发射机要想高效地将工频电能转换成符合要求的射频发射信号，就要尽可能地采用优良的微波功率器件、先进的开关转换器件、优质元器件及新材料、新工艺等综合技术，辅以最佳仿真技术进行设计，以最新的生产加工手段进行精心加工，再以科学的组装、调试程序技术进行生产，最终获得性能、体积、质量、可靠性等指标都满足要求的雷达发射机。

雷达发射技术是对雷达频率源产生的小功率射频信号进行放大或直接自激振荡产生高功率雷达发射信号的一种综合技术，它主要包括功率放大技术、电源和调制技术、控制保护和冷却技术。雷达发射机是雷达系统的重要组成部分，也是整个雷达系统中最昂贵的部分之一。发射机性能的好坏直接影响到雷达整机的性能和质量。

随着雷达技术的飞速发展，对雷达发射机也提出了各种苛刻的要求。雷达在国防、军工、国民经济各个领域被广泛应用，不同用途的雷达对发射机的要求也各不相同。

现代雷达要解决的首要问题是在恶劣环境条件下发现目标并准确地测试所发现目标的各项参数。所谓恶劣环境是指目标周围对雷达发射信号的强反射，如地物、海浪、雨和雪等产生的强反射信号都会使雷达所要探测的目标回波信号被“淹没”。显然，消除这些杂波是不能通过增加发射功率或提高接收机灵敏度来解决的。雷达系统中抑制这些杂波主要采用动目标显示（MTI）或脉冲多普勒滤波（PD）技术。MTI技术采用延迟相消的时域处理方法，如最简单的双脉冲对消。它是将接收到的回波信号延迟一个脉冲周期后与下一个脉冲周期的回波信号相减；对不动的杂波信号，相邻周期的回波信号振幅、相位不变，相减后可抵消，以使要测试的运动目标显示出来。PD技术是采用频域内的相参处理，通常是对 N 个脉冲回波进行傅里叶分析，获得回波信号的频谱，再通过多普勒滤波器把多普勒频率为零的杂波滤去，留下多普勒频率不是零的运动目标回波，并可测出目标径向速度。

PD技术与MTI技术相比，前者具有可提供目标径向速度信息、检测灵敏度高等优点，因为PD技术是对 N 个回波相参进行处理，其检测灵敏度比单个脉冲大约提高10lg N （dB）；而MTI技术平均检测灵敏度与单个脉冲情况相同。PD技术与恒虚警率（CFAR）电路和自适应检测门限相结合，可较好地解决对非零多普勒杂波（如雨雪）的滤波和抑制强的零多普勒杂波在多普勒滤波器中的旁瓣输出造成的虚警问题。但PD技术设备复杂、造价高，因此对杂波抑制要求不高，也没有要求多普勒测速的系统，可采用MTI技术。另外，PD技术要求雷达波束对目标驻留的时间比较长，为 N 个重复周期时间；而双脉冲对消MTI只要两倍重复的周期时间。这对边扫描、边跟踪的三坐标雷达及相控阵雷达来说，采用PD技术存在一定的困难。因此，20世纪80年代中期，有学者提出了用动目标数字检测（MTD）方法来抑制杂波，这是将MTI和PD处理器相级联，并同时利用CFAR和杂波图处理器，这种组合具有近似最佳杂波滤波器的性能。在MTD中由MTI技术预先抑制强的地物杂波，以缓解对多普勒滤波器组动态范围和低旁瓣的压力。从上述说明中可以看出，为了降低杂波，不管采用MTI技术还是PD技术，对发射信号都有两项基本要求：一是发射信号必须是相参的，二是发射信号脉间应是高稳定的。信号相参是指发射信号与雷达频率源的信号存在固有相位关系，发射机必须是主振放大式，对MTI体制来说是为了减小对消剩余；对PD体制来说，脉间不稳定反映在频谱上会出现寄生频率分量，产生不希望的寄生输出。高性能雷达发射机必须满足这两项指标要求。

高性能雷达对发射机的第二个要求是要能输出复杂的发射信号。早期雷达的发射信号几乎都是载频固定的矩形调制脉冲，其脉冲宽度 τ 和信号频谱宽度 B 乘积等于1（ τB =1）。雷达诸多性能与信号形式有关，表现在下列四个方面。

（1）在一定虚警概率下，雷达探测能力与信号能量成正比。信号能量与信号峰值功率和发射脉冲宽度成正比，要提高信号能量既可加大信号峰值功率，也可加宽脉冲宽度。对发射机来说，过大峰值功率会带来许多问题，同时体积、质量增加，成本提高很多；而加大脉冲宽度可充分利用发射管和发射机其他设备的潜力，所花代价要小得多，或者说，加大脉冲宽度可以在不加大信号峰值功率的情况下，保证需要的平均功率。因为利用接收反射回波原理的雷达的作用距离实际上是与平均功率有关的。

（2）雷达测距精度和测速精度也随发射信号能量的增加而提高，同时测距精度还随信号频带宽度的加大而提高，测速精度随信号脉冲宽度增加而提高。先进的目标特性测试雷达和高分辨率成像雷达要求发射信号带宽要大于10％，如L波段达200MHz，X波段为1GHz，发射脉冲宽度为100μs至数毫秒。

（3）雷达的距离分辨率和速度分辨率分别与信号的有效频带宽度和脉冲宽度成正比。对于 τB =1的矩形固定载频脉冲信号雷达，用加宽发射脉冲宽度来提高信号能量的方法与测距精度和测距分辨率的要求相矛盾；而采用 τ B ≫1的复杂发射信号能解决此矛盾，这种大时间带宽积信号为脉冲压缩信号。这样的宽脉冲发射信号，在接收机中经匹配滤波器可压缩成很窄的回波脉冲（回波脉冲宽度近似地与信号频谱宽度成反比），应用此技术的雷达为脉冲压缩雷达。

（4）雷达对某些杂波和人工干扰的对抗能力也与发射信号的形式有关。但选用何种发射信号形式只能根据雷达特定用途（含所检测目标环境状况）和所要求获得的目标信息来选择。

雷达发射机要具备发射多种复杂波形的能力，发射机射频放大器件就必须具备可宽、可窄带宽和可宽、可窄脉冲的工作能力，同时要求发射机微波功率放大器的信号失真小，否则接收机输出会产生虚假回波，使雷达性能变差。

高性能雷达要具备的另一个能力是抗干扰能力，对雷达进行干扰的方法是多种多样的，其中最难对付的是发射频谱接近于白色噪声的有源干扰。采用宽带发射机和捷变频工作方式是对付此种干扰的一种有效方法。

全固态有源相控阵雷达发射机是一种分布放大式发射机，其固态放大器与馈线、功率分配器、移相器、T/R组件等构成多辐射单元的有源天线阵列。固态发射机有利于实现雷达的多功能化。发射脉冲宽度由射频激励信号决定，它一般不需要脉冲调制器，且很容易发射各类复杂的、编码的射频信号。全固态放大器的优点是适合于宽脉冲、大工作比运用，适用于 τ B ≫1的脉冲压缩雷达系统。

现代雷达广泛地应用在国防、国民经济、航空航天、太空探测等领域，雷达发射机技术除用于雷达外，在导航、遥控、遥测、电子对抗、电离层探测、高能加速器、工业微波加热、医疗设备、仪表设备、高功率微波武器等方面都可以广泛应用。 Yq2cnqkAyqXxWzzjivr9DwINrW8dFStvvlxBCFeDxMuYJkw+M83rYP+JGf5nhkaT