陳春杰

（江南機(jī)電設(shè)計(jì)研究所）

1 概述

在雷達(dá)接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，動(dòng)態(tài)范圍是一個(gè)關(guān)鍵性的指標(biāo)。接收機(jī)在接收信號(hào)時(shí)，由于電離層的變化、衰減和接收信號(hào)條件等不同，其輸入端信號(hào)在很大范圍內(nèi)變化，如何保證接收機(jī)在接收大范圍變化信號(hào)時(shí)，信號(hào)不飽和失真，使輸出信號(hào)保持適當(dāng)?shù)妮敵?，以保證接收機(jī)正常工作。

在某雷達(dá)系統(tǒng)中，當(dāng)中頻信號(hào)輸入為XdB時(shí)，雷達(dá)接收機(jī)未出現(xiàn)飽和；當(dāng)中頻信號(hào)輸入為X+5 d B時(shí)（實(shí)際應(yīng)用中的最大中頻輸入信號(hào)），雷達(dá)接收機(jī)出現(xiàn)飽和，S曲線發(fā)生畸變?nèi)鐖D其1所示，此時(shí)雷達(dá)跟蹤鑒別器誤差曲線振蕩如圖2所示，造成跟蹤不穩(wěn)定。

本文主要闡述了雷達(dá)接收機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍、最小可檢測(cè)信號(hào)和允許最大的輸入信號(hào)強(qiáng)度。分析了采用自動(dòng)增益控制調(diào)整接收機(jī)動(dòng)態(tài)的方法，引起雷達(dá)設(shè)計(jì)者對(duì)接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍設(shè)計(jì)的重視。

2 雷達(dá)接收信號(hào)強(qiáng)度分析

假設(shè)某一雷達(dá)接收某機(jī)載應(yīng)答機(jī)的信號(hào)，載機(jī)在飛行過(guò)程中相對(duì)于雷達(dá)的最遠(yuǎn)和最近距離分別為Rmax=200km和Rmin= 3km。

雷達(dá)接收信號(hào)強(qiáng)度方程為：

式中：Pr為雷達(dá)系統(tǒng)接收機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)度、R為雷達(dá)與載機(jī)的距離、PG為應(yīng)答系統(tǒng)口面輻射的信號(hào)功率、Gr為雷達(dá)系統(tǒng)接收天線增益、L損耗為空間傳輸?shù)木C合損耗、λ為工作波長(zhǎng)。

從公式（1）中，可以看出在PG、Gr、L損耗和λ保持不變的情況下，R是影響信號(hào)接收強(qiáng)度的主要因素，則:

圖1 雷達(dá)接收機(jī)S曲線

圖2 接收機(jī)飽和時(shí)雷達(dá)跟蹤鑒別器誤差

通常在實(shí)際的應(yīng)用中，Pr的大小不僅僅是R的影響，還與PG、Gr、L損耗和λ等相關(guān)。根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)，按公式（1）可計(jì)算出雷達(dá)接收信號(hào)強(qiáng)度的范圍：Prmax（最小信號(hào)）~Prmax（最大信號(hào)）。

3 動(dòng)態(tài)范圍

在確定雷達(dá)接收信號(hào)強(qiáng)度后，如何設(shè)計(jì)合適的動(dòng)態(tài)范圍滿足系統(tǒng)需求尤為重要。

動(dòng)態(tài)范圍表示接收機(jī)能夠正常工作所允許輸入信號(hào)強(qiáng)度變化的范圍。最小輸入信號(hào)強(qiáng)度通?？扇樽钚】蓹z查信號(hào)功率，允許最大的輸入信號(hào)強(qiáng)度則根據(jù)正常工作的要求而定。當(dāng)輸入信號(hào)太強(qiáng)時(shí)，接收機(jī)將發(fā)生飽和而失去放大作用，這種現(xiàn)象稱為過(guò)載。接收機(jī)開始出現(xiàn)過(guò)載時(shí)的輸入信號(hào)功率Psmax與最小可檢測(cè)功率Psmin之比叫做動(dòng)態(tài)范圍，通常動(dòng)態(tài)范圍:

為了保證對(duì)強(qiáng)弱信號(hào)均能正常接收，要求接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍大，就需要采取一定的措施，如采用對(duì)數(shù)放大器、各種增益控制電路等抗干擾措施。

2.1 最小可檢測(cè)信號(hào)

雷達(dá)系統(tǒng)接收的最小信號(hào)Prmin大于最小可檢測(cè)信號(hào)，在能保證系統(tǒng)能夠檢測(cè)出信號(hào)。最小可檢測(cè)信號(hào)：

其中，k為波爾茲蔓常數(shù) 1.38×10-23、T為溫度290℃、B為信號(hào)處理帶寬、NF為接收機(jī)噪聲系數(shù)。從最小可檢測(cè)信號(hào)的計(jì)算公式中可以看出：接收機(jī)噪聲系數(shù)和信號(hào)處理帶寬是影響著雷達(dá)接收的最小信號(hào)。

噪聲系數(shù)NF是定量描述一個(gè)系統(tǒng)所產(chǎn)生噪聲程度的指數(shù)，對(duì)于二端口網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

圖3 二端口網(wǎng)絡(luò)

二端口網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)定義為：

以此類推級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)：

在雷達(dá)系統(tǒng)中，中頻接收前端電路是影響接收機(jī)噪聲系數(shù)的因素，通?？捎迷肼曄禂?shù)分析儀進(jìn)行其定量的測(cè)量。

信號(hào)處理帶寬的選擇會(huì)影響接收機(jī)輸出信噪比和波形失真，選擇最佳帶寬時(shí)，可提高靈敏度，又不使波形發(fā)生畸變。

2.2 允許最大的輸入信號(hào)強(qiáng)度

雷達(dá)系統(tǒng)接收的最大信號(hào)Prmax小于Psmax，保證以Prmax輸入時(shí)，接收機(jī)系統(tǒng)工作線性區(qū)內(nèi)。

3 自動(dòng)增益控制A GC

在雷達(dá)設(shè)計(jì)中，為了保證接收機(jī)系統(tǒng)的正常工作，需要增大接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，這就需要增益控制電路。

圖4 通用AGC邏輯控制框圖

確定了該雷達(dá)系統(tǒng)的最小可檢測(cè)信號(hào)和允許最大的輸入信號(hào)強(qiáng)度，可設(shè)置合適的自動(dòng)增益控制電路，保證雷達(dá)接收機(jī)正常工作。通用A G C邏輯控制框圖如圖4所示，在圖4中PriIF為中頻輸入信號(hào)，ProIF為中頻輸出信號(hào)，AAGC為自動(dòng)增益控制信號(hào)。

A G C控制電路由峰值檢波器和低通濾波器組成。接收機(jī)輸出的視頻脈沖信號(hào)，經(jīng)峰值檢波，再由低通濾波器濾出低頻部分，得出A G C控制信號(hào)，它輸入到中頻放大器就起到增益自動(dòng)控制作用。當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，視頻放大器輸出隨之增大，引起自動(dòng)增益控制增大，引起中頻放大器的增益降低。反之，當(dāng)輸入信號(hào)減小時(shí)，中頻放大器的增益增大。保證無(wú)論輸入信號(hào)的強(qiáng)弱，經(jīng)A G C放大后能得到基本穩(wěn)定的輸出信號(hào)。

結(jié)語(yǔ)

動(dòng)態(tài)范圍是雷達(dá)接收機(jī)的關(guān)鍵性指標(biāo)，接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍不滿足雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的需要，引起雷達(dá)跟蹤目標(biāo)誤差振蕩，造成跟蹤目標(biāo)的不穩(wěn)定。從系統(tǒng)應(yīng)用的角度，分析雷達(dá)接收系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍，即接收機(jī)接收的可檢測(cè)最小信號(hào)和允許輸入的最大信號(hào)，通過(guò)設(shè)計(jì)自動(dòng)增益控制電路設(shè)置滿足要求的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。

[1]丁鷺飛,耿富錄著.雷達(dá)原理.[M]西安電子科技大學(xué)出版社.2002.

[2]戈穩(wěn)著.雷達(dá)接收機(jī)技術(shù).[M]電子工業(yè)出版社.2002.