1、第2章 軟件無(wú)線電關(guān)鍵技術(shù)2.1 2.1 射頻射頻/ /微波技術(shù)微波技術(shù)2.1.1 概述射頻強(qiáng)調(diào)的是信號(hào)的輻射特性。射頻主要用途是迅速、準(zhǔn)確地傳輸信息，克服距離上 的障礙，是傳輸信息的載體。射頻信號(hào)是模擬信號(hào)。微波是一種波長(zhǎng)較短的電磁波，微波的波長(zhǎng)在1mm1m 之間，其頻率范圍相當(dāng)于300GHz300MHz。 微波技術(shù)是近代發(fā)展起來(lái)的一門尖端科學(xué)技術(shù)，在雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、遙感、電子對(duì)抗以及工農(nóng)業(yè)和科學(xué)研究等方面，微波技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用。2.1.2 2.1.2 微波微波“鐵三角鐵三角” 1.1.微波微波“鐵三角鐵三角”的概念的概念 射頻射頻/ /微波電路是構(gòu)成通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)和其它微微波電

2、路是構(gòu)成通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)和其它微波應(yīng)用系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的關(guān)鍵部件。波應(yīng)用系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的關(guān)鍵部件。 微波電路的核心問(wèn)題是正確處理電路的阻抗、頻率和微波電路的核心問(wèn)題是正確處理電路的阻抗、頻率和功率的關(guān)系功率的關(guān)系, ,射頻射頻/ /微波電路的根本是能量的傳輸或變換。微波電路的根本是能量的傳輸或變換。射頻射頻/ /微波電路可分為以下三大類。微波電路可分為以下三大類。 （1 1）微波無(wú)源電路）微波無(wú)源電路 如金屬諧振腔濾波器、介質(zhì)腔體濾波器、微帶濾波如金屬諧振腔濾波器、介質(zhì)腔體濾波器、微帶濾波器、功率分配器、耦合器、程控衰減器等。器、功率分配器、耦合器、程控衰減器等。（2 2）微波

3、有源電路）微波有源電路 如微波放大器、微波振蕩器、微波調(diào)制解調(diào)器、開(kāi)關(guān)、如微波放大器、微波振蕩器、微波調(diào)制解調(diào)器、開(kāi)關(guān)、移相器、混頻器、倍頻器、頻率合成器移相器、混頻器、倍頻器、頻率合成器, ,功率放大器等。功率放大器等。（3 3）T/RT/R組件組件 由上述多種元器件構(gòu)成的微波發(fā)射接收功能模塊由上述多種元器件構(gòu)成的微波發(fā)射接收功能模塊, ,或或稱為稱為T/RT/R組件。組件。 為了實(shí)現(xiàn)上述各個(gè)電路的功能為了實(shí)現(xiàn)上述各個(gè)電路的功能, ,需要解決的核心問(wèn)題需要解決的核心問(wèn)題是以下三大主要方面是以下三大主要方面: :頻率、阻抗和功率。只要合理地頻率、阻抗和功率。只要合理地處理好三者的關(guān)系處理好三者

4、的關(guān)系, ,就能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的電路功能。就能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的電路功能。 由于頻率、阻抗和功率是貫穿射頻由于頻率、阻抗和功率是貫穿射頻/ /微波工程的三大微波工程的三大核心指標(biāo)核心指標(biāo), ,將其稱為將其稱為“射頻鐵三角射頻鐵三角”，形象地反映了射頻，形象地反映了射頻/ /微波工程的基本內(nèi)容。微波工程的基本內(nèi)容。 這三方面既有獨(dú)立特性這三方面既有獨(dú)立特性, ,又相互影響。這就是射頻又相互影響。這就是射頻/ /微波工程的核心問(wèn)題。微波工程的核心問(wèn)題。（1 1）頻率）頻率 頻率是射頻頻率是射頻/ /微波工程中最基本的一個(gè)參數(shù)微波工程中最基本的一個(gè)參數(shù), ,對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)于無(wú)線系統(tǒng)所工作的頻譜范圍于無(wú)線系統(tǒng)所工作的頻譜

5、范圍, ,也規(guī)定了所研究的微波也規(guī)定了所研究的微波電路的基本前提電路的基本前提, ,進(jìn)而進(jìn)而, ,決定微波電路的結(jié)構(gòu)形式和器件決定微波電路的結(jié)構(gòu)形式和器件材料。材料。 直接影響頻率的射頻直接影響頻率的射頻/ /微波電路有微波電路有: :1)1)信號(hào)產(chǎn)生器信號(hào)產(chǎn)生器 用來(lái)產(chǎn)生特定頻率的信號(hào)用來(lái)產(chǎn)生特定頻率的信號(hào), ,如點(diǎn)頻振蕩器、機(jī)械調(diào)如點(diǎn)頻振蕩器、機(jī)械調(diào)諧振蕩器、壓控振蕩器、頻率合成器等。諧振蕩器、壓控振蕩器、頻率合成器等。2)2)頻率變換器頻率變換器 將一個(gè)或兩個(gè)頻率的信號(hào)變?yōu)榱硪粋€(gè)所希望的頻率將一個(gè)或兩個(gè)頻率的信號(hào)變?yōu)榱硪粋€(gè)所希望的頻率信號(hào)信號(hào), ,如分頻器、變頻器、倍頻器、混頻器等。如分

6、頻器、變頻器、倍頻器、混頻器等。3)3)頻率選擇電路頻率選擇電路 在復(fù)雜的頻譜環(huán)境中在復(fù)雜的頻譜環(huán)境中, ,選擇所關(guān)心的頻譜范圍。經(jīng)典選擇所關(guān)心的頻譜范圍。經(jīng)典的頻率選擇電路是濾波器的頻率選擇電路是濾波器, ,如低通濾波器、帶通濾波器、如低通濾波器、帶通濾波器、高通濾波器和帶阻濾波器等。高通濾波器和帶阻濾波器等。 近年發(fā)展起來(lái)的高速電子開(kāi)關(guān)由于體積小近年發(fā)展起來(lái)的高速電子開(kāi)關(guān)由于體積小, ,在許多在許多方面取代了濾波器實(shí)現(xiàn)頻率選擇。方面取代了濾波器實(shí)現(xiàn)頻率選擇。 在射頻在射頻/ /微波工程中微波工程中, ,這些電路可以獨(dú)立工作這些電路可以獨(dú)立工作, ,也可以也可以相互組合相互組合, ,還可以與

7、其它電路組合還可以與其它電路組合, ,構(gòu)成射頻構(gòu)成射頻/ /微波電路微波電路子系統(tǒng)。子系統(tǒng)。 這些電路的測(cè)量?jī)x器有頻譜分析儀、頻率計(jì)數(shù)器、這些電路的測(cè)量?jī)x器有頻譜分析儀、頻率計(jì)數(shù)器、功率計(jì)、網(wǎng)絡(luò)分析儀等。功率計(jì)、網(wǎng)絡(luò)分析儀等。（2 2）功率）功率 功率用來(lái)描述射頻功率用來(lái)描述射頻/ /微波信號(hào)的能量大小微波信號(hào)的能量大小, ,所有電路所有電路或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)射頻或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)射頻/ /微波能量的最佳傳遞。微波能量的最佳傳遞。 對(duì)射頻對(duì)射頻/ /微波信號(hào)功率影響的主要電路有微波信號(hào)功率影響的主要電路有: : 1)1)衰減器衰減器 控制射頻控制射頻/ /微波信號(hào)功率的大小。通常是

8、由有耗材料微波信號(hào)功率的大小。通常是由有耗材料( (電阻性材料電阻性材料) )構(gòu)成。有固定衰減量和可調(diào)衰減量之分。構(gòu)成。有固定衰減量和可調(diào)衰減量之分。2)2)功分器功分器 將一路射頻將一路射頻/ /微波信號(hào)分成若干路的組件微波信號(hào)分成若干路的組件, ,可以是等分可以是等分的的, ,也可是比例分配的也可是比例分配的, ,希望分配后信號(hào)的損失盡可能地希望分配后信號(hào)的損失盡可能地小。功分器也可用作功率合成器小。功分器也可用作功率合成器, ,在各個(gè)支路口接同頻在各個(gè)支路口接同頻同相等幅信號(hào)同相等幅信號(hào), ,在主路疊加輸出。在主路疊加輸出。3)耦合器 定向耦合器是一種特殊的分配器。通常是耦合一小部分功率

9、到支路,用以檢測(cè)主路信號(hào)工作狀態(tài)是否正常。 分支線耦合器和環(huán)形橋耦合器實(shí)現(xiàn)不同相位的功率分配合成,配合微波二極管,完成多種功能微波電路,如:混頻、變頻、移相等。4)放大器 提高射頻/微波信號(hào)功率的電路。在射頻/微波工程中地位極為重要。 用于接收機(jī)中的小信號(hào)放大器,低噪聲高增益貫串設(shè)計(jì)任務(wù)的始終；用于發(fā)射機(jī)中的功率放大器,為了滿足要求的輸出功率,不惜器件和電源成本；用于測(cè)試儀器中的放大器,完善和豐富了儀器的功能。（3 3）阻抗）阻抗 阻抗是在特定頻率下阻抗是在特定頻率下, ,描述各種射頻描述各種射頻/ /微波電路對(duì)微波電路對(duì)微波信號(hào)能量傳輸影響的一個(gè)參數(shù)。微波信號(hào)能量傳輸影響的一個(gè)參數(shù)。 構(gòu)成電

10、路的材料和結(jié)構(gòu)對(duì)工作頻率的響應(yīng)決定了構(gòu)成電路的材料和結(jié)構(gòu)對(duì)工作頻率的響應(yīng)決定了電路阻抗參數(shù)大小。工程實(shí)際中電路阻抗參數(shù)大小。工程實(shí)際中, ,努力的方向是設(shè)法改進(jìn)努力的方向是設(shè)法改進(jìn)阻抗特性阻抗特性, ,實(shí)現(xiàn)能量的最大傳輸。實(shí)現(xiàn)能量的最大傳輸。 所涉及的射頻所涉及的射頻/ /微波電路有微波電路有: :1 1）阻抗變換器）阻抗變換器 增加合適的元件或結(jié)構(gòu)增加合適的元件或結(jié)構(gòu), ,實(shí)現(xiàn)一個(gè)阻抗向另一個(gè)阻抗實(shí)現(xiàn)一個(gè)阻抗向另一個(gè)阻抗的過(guò)渡。的過(guò)渡。2 2）阻抗匹配器）阻抗匹配器 是一種特定的阻抗變換器是一種特定的阻抗變換器, ,實(shí)現(xiàn)兩個(gè)阻抗之間的匹配。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)阻抗之間的匹配。3 3）天線）天線 是一種特

11、定的阻抗匹配器是一種特定的阻抗匹配器, ,實(shí)現(xiàn)射頻實(shí)現(xiàn)射頻/ /微波信號(hào)在封閉微波信號(hào)在封閉傳輸線和空氣媒體之間的匹配傳送。傳輸線和空氣媒體之間的匹配傳送。 可以看出可以看出: :射頻鐵三角滲透到射頻射頻鐵三角滲透到射頻/ /微波工程各個(gè)角落。微波工程各個(gè)角落。射頻射頻/ /微波工程核心問(wèn)題就是建立穩(wěn)定可靠的鐵三角。微波工程核心問(wèn)題就是建立穩(wěn)定可靠的鐵三角。 無(wú)論電磁場(chǎng)理論的方法還是等效網(wǎng)絡(luò)的方法都可歸結(jié)無(wú)論電磁場(chǎng)理論的方法還是等效網(wǎng)絡(luò)的方法都可歸結(jié)為折中處理頻率、阻抗、和功率的關(guān)系。為折中處理頻率、阻抗、和功率的關(guān)系。2.2.微波的特點(diǎn)微波的特點(diǎn)（1 1）似光性（波長(zhǎng)短）似光性（波長(zhǎng)短） 微

12、波波長(zhǎng)較短時(shí)微波波長(zhǎng)較短時(shí) 當(dāng)微波的波長(zhǎng)比地球上的宏觀物體當(dāng)微波的波長(zhǎng)比地球上的宏觀物體( (如飛機(jī)、艦船、如飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、建筑物等導(dǎo)彈、衛(wèi)星、建筑物等) )的幾何尺寸小得多時(shí)，微波照射的幾何尺寸小得多時(shí)，微波照射到這些物體上將產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射。到這些物體上將產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射。 此直線傳播的特點(diǎn)與幾何光學(xué)相似，故可以說(shuō)微波此直線傳播的特點(diǎn)與幾何光學(xué)相似，故可以說(shuō)微波具有具有“似光性似光性”。利用這一特殊，可以制成體積小、。利用這一特殊，可以制成體積小、方向性很強(qiáng)的微波天線，用來(lái)發(fā)射或接收微弱的微波方向性很強(qiáng)的微波天線，用來(lái)發(fā)射或接收微弱的微波信號(hào)，從而為雷達(dá)、微波中繼通信、衛(wèi)星通信和導(dǎo)彈

13、等信號(hào)，從而為雷達(dá)、微波中繼通信、衛(wèi)星通信和導(dǎo)彈等提供必要條件。提供必要條件。 微波最早的應(yīng)用實(shí)例微波最早的應(yīng)用實(shí)例雷達(dá)。雷達(dá)。微波波長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)微波波長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí) 當(dāng)微波的波長(zhǎng)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備（比如波導(dǎo)、微帶、當(dāng)微波的波長(zhǎng)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備（比如波導(dǎo)、微帶、諧振腔呈其它微波元件）的尺寸相比在同數(shù)量級(jí)時(shí)，諧振腔呈其它微波元件）的尺寸相比在同數(shù)量級(jí)時(shí)，使得電磁能量分布于整個(gè)微波電路之中，形成所謂使得電磁能量分布于整個(gè)微波電路之中，形成所謂“分布參數(shù)分布參數(shù)”系統(tǒng)。系統(tǒng)。 這與低頻電路有原則區(qū)別，因?yàn)榈皖l時(shí)電場(chǎng)和這與低頻電路有原則區(qū)別，因?yàn)榈皖l時(shí)電場(chǎng)和磁場(chǎng)能量是分別集中于所謂磁場(chǎng)能量是分別集中于所謂“集總參數(shù)集總參數(shù)”

14、的各個(gè)元件中。的各個(gè)元件中。 （2 2）具有穿透性）具有穿透性 利用本身的高頻振蕩，微波可以穿透電離層。利用本身的高頻振蕩，微波可以穿透電離層。 由于微波不能被電離層所反射，所以微波的地面由于微波不能被電離層所反射，所以微波的地面通信只限于天線的視距范圍之內(nèi)，遠(yuǎn)距離微波通信需通信只限于天線的視距范圍之內(nèi)，遠(yuǎn)距離微波通信需要用中繼站接力。要用中繼站接力。 另一方面，微波能穿透電離層，可以用來(lái)進(jìn)行宇另一方面，微波能穿透電離層，可以用來(lái)進(jìn)行宇航通信、衛(wèi)星通信和射電天文學(xué)研究等，因此微波開(kāi)航通信、衛(wèi)星通信和射電天文學(xué)研究等，因此微波開(kāi)辟了電磁波譜中的一個(gè)的辟了電磁波譜中的一個(gè)的“宇宙窗口宇宙窗口”。

15、微波還可以穿過(guò)生物體，即能夠深入物質(zhì)（介質(zhì)）微波還可以穿過(guò)生物體，即能夠深入物質(zhì)（介質(zhì)）內(nèi)部，研究分子和原子核的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部，研究分子和原子核的結(jié)構(gòu)， 是近代微波波譜學(xué)是近代微波波譜學(xué)和量子電子學(xué)所依據(jù)的基本物理基礎(chǔ)。和量子電子學(xué)所依據(jù)的基本物理基礎(chǔ)。宇宇宙宙窗窗口口 在微波波段有若干個(gè)可以通過(guò)電離層的在微波波段有若干個(gè)可以通過(guò)電離層的“宇宙宇宙窗口窗口”，因而微波是獨(dú)特的宇宙通訊手段。，因而微波是獨(dú)特的宇宙通訊手段。（3 3） 信息容量大（頻率高）信息容量大（頻率高） 由于微波頻率極高，它的實(shí)際可用頻帶很寬，可達(dá)由于微波頻率極高，它的實(shí)際可用頻帶很寬，可達(dá)10109 9 HzHz數(shù)量級(jí)，這是低

16、頻無(wú)線電波無(wú)法比擬的。頻帶寬數(shù)量級(jí)，這是低頻無(wú)線電波無(wú)法比擬的。頻帶寬意味著信息容量大，因而微波可作為多路通信的載頻。意味著信息容量大，因而微波可作為多路通信的載頻。 另外，微波受外界干擾小，且不受電離層變化影響，另外，微波受外界干擾小，且不受電離層變化影響，通信質(zhì)量高于低頻無(wú)線電波通信質(zhì)量高于低頻無(wú)線電波。（4 4）量子特性）量子特性 由于低頻電波的頻率很低，量子能量很小，不足以由于低頻電波的頻率很低，量子能量很小，不足以改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子間的鍵，量子特性改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子間的鍵，量子特性不明顯。不明顯。微波波段的電磁波，單個(gè)量子的能量為微波波段的電磁波，單個(gè)量子

17、的能量為1010-6 -6 1010-3-3eVeV。因此，微波可用來(lái)研究分子和原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)。同樣，因此，微波可用來(lái)研究分子和原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)。同樣，在超低溫時(shí)物體吸收一個(gè)微波量子也可產(chǎn)生顯著反應(yīng)。在超低溫時(shí)物體吸收一個(gè)微波量子也可產(chǎn)生顯著反應(yīng)。上述兩點(diǎn)對(duì)近代尖端科學(xué)，如微波波譜學(xué)、量子無(wú)上述兩點(diǎn)對(duì)近代尖端科學(xué)，如微波波譜學(xué)、量子無(wú)線電物理的發(fā)展都起著重要作用。線電物理的發(fā)展都起著重要作用。 利用此特性和原理，可研制適用于許多微波波段的利用此特性和原理，可研制適用于許多微波波段的器件器件。微波微波似光性似光性定位天線定位天線 頻率高頻率高 多路通信多路通信 穿透電離層穿透電離層 天文學(xué)研究天文

18、學(xué)研究 量子特性量子特性 微波波譜學(xué)微波波譜學(xué) 微波的特點(diǎn)歸納起來(lái)主要為以下幾方面：微波的特點(diǎn)歸納起來(lái)主要為以下幾方面：2.1.3 2.1.3 射頻前端（射頻前端（ RF Front - End RF Front - End ）射頻前端： 靠近天線的部分，發(fā)射、接收和處理射頻信號(hào)，包括發(fā)射通路和接收通路。射頻前端部件包括：天線無(wú)源器件 濾波器、功分器、定向耦合器、隔離器、衰減器、移相器、阻抗變換器、耦合器等。有源器件 LNA、PA、雙工器、開(kāi)關(guān)等。 作為智能天線系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，射頻前端在一定程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量。 基本射頻前端接收機(jī)電路基本射頻前端接收機(jī)電路IFA解 調(diào)天 線IF混

19、 頻 器LO濾 波RFLNARF 包括接收天線、射頻濾波器、小信號(hào)低噪聲放包括接收天線、射頻濾波器、小信號(hào)低噪聲放大器、本振、混頻器、中頻濾波器、中頻放大器等。大器、本振、混頻器、中頻濾波器、中頻放大器等。基本射頻前端發(fā)射機(jī)電路基本射頻前端發(fā)射機(jī)電路放 大功 放天 線RF濾 波上 變 頻LO濾 波本 振IF濾 波放 大待 發(fā) 射基 帶信 號(hào) 包括中頻放大器、中頻濾波器、上變頻混頻器、包括中頻放大器、中頻濾波器、上變頻混頻器、射頻濾波器、射頻驅(qū)動(dòng)放大器、射頻功率放大器、載射頻濾波器、射頻驅(qū)動(dòng)放大器、射頻功率放大器、載波振蕩器、載波濾波器、發(fā)射天線等。波振蕩器、載波濾波器、發(fā)射天線等。1.1.微波

20、傳輸線微波傳輸線 傳輸線是用來(lái)將電磁能量和信息從一處傳輸?shù)搅硪粋鬏斁€是用來(lái)將電磁能量和信息從一處傳輸?shù)搅硪惶幍难b置，應(yīng)用于微波波段的傳輸線稱為微波傳輸線。處的裝置，應(yīng)用于微波波段的傳輸線稱為微波傳輸線。 傳輸線是指能夠引導(dǎo)電磁波沿一定方向傳輸?shù)膶?dǎo)體、傳輸線是指能夠引導(dǎo)電磁波沿一定方向傳輸?shù)膶?dǎo)體、介質(zhì)或由它們構(gòu)成的導(dǎo)波系統(tǒng)的總稱，其所引導(dǎo)的電磁介質(zhì)或由它們構(gòu)成的導(dǎo)波系統(tǒng)的總稱，其所引導(dǎo)的電磁波稱為導(dǎo)行波。波稱為導(dǎo)行波。 信號(hào)從發(fā)射機(jī)到天線或從天線到接收機(jī)的傳送都是信號(hào)從發(fā)射機(jī)到天線或從天線到接收機(jī)的傳送都是由傳輸線來(lái)完成。由傳輸線來(lái)完成。 把導(dǎo)行波傳播的方向稱為縱向，垂直于導(dǎo)行波傳播把導(dǎo)行波傳播

21、的方向稱為縱向，垂直于導(dǎo)行波傳播的方向稱為橫向。的方向稱為橫向。 一般將截面尺寸、形狀、媒介分布、材料及邊界一般將截面尺寸、形狀、媒介分布、材料及邊界條件均不變的導(dǎo)波系統(tǒng)稱為規(guī)則導(dǎo)波系統(tǒng)條件均不變的導(dǎo)波系統(tǒng)稱為規(guī)則導(dǎo)波系統(tǒng), , 又稱為均又稱為均勻傳輸線。勻傳輸線。 傳輸線本身的不連續(xù)性可以構(gòu)成各種形式的微波傳輸線本身的不連續(xù)性可以構(gòu)成各種形式的微波無(wú)源元器件，這些元器件和均勻傳輸線、有源元件及無(wú)源元器件，這些元器件和均勻傳輸線、有源元件及天線一起構(gòu)成微波系統(tǒng)。天線一起構(gòu)成微波系統(tǒng)。 微波傳輸線的用途和種類微波傳輸線的用途和種類 在不同的工作條件下，對(duì)傳輸線的要求是不同的，在不同的工作條件下，

22、對(duì)傳輸線的要求是不同的，因此須采用不同形式的傳輸線。在低頻時(shí)，普通的雙因此須采用不同形式的傳輸線。在低頻時(shí)，普通的雙導(dǎo)線就可完成傳輸作用，例如電力傳輸線。但是，隨導(dǎo)線就可完成傳輸作用，例如電力傳輸線。但是，隨著工作頻率的升高，由于導(dǎo)線的趨膚效應(yīng)和輻射效應(yīng)著工作頻率的升高，由于導(dǎo)線的趨膚效應(yīng)和輻射效應(yīng)的增大使它的正常工作被破壞。因此，在高頻和微波的增大使它的正常工作被破壞。因此，在高頻和微波波段必須采用與低頻情況下形式完全不同的傳輸線。波段必須采用與低頻情況下形式完全不同的傳輸線。 傳輸線不僅用于傳送電能和電信號(hào)，還可以構(gòu)傳輸線不僅用于傳送電能和電信號(hào)，還可以構(gòu)成電抗性的諧振元件。成電抗性的諧振

23、元件。 例如，長(zhǎng)度小于例如，長(zhǎng)度小于1/41/4波長(zhǎng)的終端短路或開(kāi)路的傳輸波長(zhǎng)的終端短路或開(kāi)路的傳輸線，其輸入阻抗是感抗或容抗；長(zhǎng)度可變的短路線可線，其輸入阻抗是感抗或容抗；長(zhǎng)度可變的短路線可用作調(diào)配元件（短截線匹配器）。用作調(diào)配元件（短截線匹配器）。 又如長(zhǎng)度為又如長(zhǎng)度為1/41/4波長(zhǎng)的短路線或開(kāi)路線分別等效于波長(zhǎng)的短路線或開(kāi)路線分別等效于并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路，稱為諧振線；其中并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路，稱為諧振線；其中1/41/4波長(zhǎng)短波長(zhǎng)短路線的輸入阻抗為無(wú)窮大，可用作金屬絕緣支撐等。路線的輸入阻抗為無(wú)窮大，可用作金屬絕緣支撐等。 此外，還可利用分布參數(shù)傳輸線的延時(shí)特性制成此外，還可利用分布參數(shù)

24、傳輸線的延時(shí)特性制成仿真線等電路元件。仿真線等電路元件。 一般來(lái)講，微波傳輸線從結(jié)構(gòu)上大體可分為三類，一般來(lái)講，微波傳輸線從結(jié)構(gòu)上大體可分為三類，第一類是雙導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的傳輸線，如平行雙導(dǎo)線、同軸線、第一類是雙導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的傳輸線，如平行雙導(dǎo)線、同軸線、帶狀線等。由于它主要傳播的是橫電磁波（波），帶狀線等。由于它主要傳播的是橫電磁波（波），稱為波傳輸線。稱為波傳輸線。 第二類是均勻填充介質(zhì)的波導(dǎo)管，如矩形波導(dǎo)、第二類是均勻填充介質(zhì)的波導(dǎo)管，如矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)等，這一類傳輸線不能傳輸波，而只能圓波導(dǎo)等，這一類傳輸線不能傳輸波，而只能傳輸色散的橫磁波（波）或橫電波（波），傳輸色散的橫磁波（波）或橫電波（波

25、），稱為色散波傳輸線。稱為色散波傳輸線。 第三類是介質(zhì)傳輸線。這類傳輸線傳輸?shù)氖巧⒌谌愂墙橘|(zhì)傳輸線。這類傳輸線傳輸?shù)氖巧⒌臋M電波（波）和橫磁波（波）混合波，并且的橫電波（波）和橫磁波（波）混合波，并且電磁波主要是沿線的表面?zhèn)鞑ィQ為表面波傳輸線。電磁波主要是沿線的表面?zhèn)鞑ィQ為表面波傳輸線。微波傳輸線的種類與用途微波傳輸線的種類與用途 類類 型型工工 作作 波波 型型名名 稱稱應(yīng)應(yīng) 用用 波波 段段TEM TEM 波波傳輸線傳輸線TEM 型波平行雙線平行雙線同軸線同軸線帶狀線、微帶帶狀線、微帶米波、分米波低頻端分米波、厘米波分米波、厘米波金屬波金屬波導(dǎo)導(dǎo)TETE、TM TM 型波型波矩形

26、波導(dǎo)、圓矩形波導(dǎo)、圓形波導(dǎo)、橢圓形波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)、脊波導(dǎo)波導(dǎo)、脊波導(dǎo)厘米波、毫厘米波、毫米波低頻端米波低頻端表面波表面波傳輸線傳輸線混合型混合型波波介質(zhì)波導(dǎo)、介質(zhì)介質(zhì)波導(dǎo)、介質(zhì)鏡象線、單根表鏡象線、單根表面波傳輸線面波傳輸線毫米波毫米波各種類型的傳輸線各種類型的傳輸線(a)(a) (b) (b) (c)(c) (d) (d) (e)(e) (f)(f)(a)(a)是平行雙線，是平行雙線，(b)(b)是同軸線，這兩種傳輸線都屬于是同軸線，這兩種傳輸線都屬于橫電磁波傳輸線；橫電磁波傳輸線；(c)(c)是矩形波導(dǎo)，是矩形波導(dǎo)，(d)(d)是圓形波導(dǎo)，這兩種傳輸是圓形波導(dǎo)，這兩種傳輸線是非橫電磁波傳輸

27、線。線是非橫電磁波傳輸線。圖圖(e)(e)中的微帶線，是準(zhǔn)橫電磁波傳輸線；中的微帶線，是準(zhǔn)橫電磁波傳輸線；圖圖(f)(f)中的光纖，是非橫電磁波傳輸線。中的光纖，是非橫電磁波傳輸線。 多種多樣的微波傳輸線是針對(duì)不同頻段和提高傳多種多樣的微波傳輸線是針對(duì)不同頻段和提高傳輸線的性能發(fā)展起來(lái)的，并投入具體的工程應(yīng)用。輸線的性能發(fā)展起來(lái)的，并投入具體的工程應(yīng)用。平行雙線：傳輸?shù)氖瞧叫须p線：傳輸?shù)氖荰EMTEM波，是使用最早最普遍的一種波，是使用最早最普遍的一種傳輸線；當(dāng)頻率提高到其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與雙線的距離相傳輸線；當(dāng)頻率提高到其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與雙線的距離相比擬時(shí)，其輻射損耗顯著增加；而減小平行雙線距離比擬時(shí)

28、，其輻射損耗顯著增加；而減小平行雙線距離會(huì)減小擊穿電壓降低其功率。會(huì)減小擊穿電壓降低其功率。同軸線：采用封閉結(jié)構(gòu)減少了平行雙線可能出現(xiàn)的輻同軸線：采用封閉結(jié)構(gòu)減少了平行雙線可能出現(xiàn)的輻射損耗；但隨著頻率的提高，會(huì)出現(xiàn)射損耗；但隨著頻率的提高，會(huì)出現(xiàn)TETE和和TMTM波，為了波，為了抑制抑制TETE和和TMTM波，必須減小截面尺寸，會(huì)增加內(nèi)導(dǎo)體的波，必須減小截面尺寸，會(huì)增加內(nèi)導(dǎo)體的損耗，降低傳輸功率。損耗，降低傳輸功率。金屬波導(dǎo)：和同軸線比較，波導(dǎo)管除去內(nèi)導(dǎo)體，不僅降金屬波導(dǎo)：和同軸線比較，波導(dǎo)管除去內(nèi)導(dǎo)體，不僅降低了內(nèi)導(dǎo)體的損耗而且提高了傳輸線的功率容量；低了內(nèi)導(dǎo)體的損耗而且提高了傳輸線的功

29、率容量；其缺點(diǎn)是比較笨重、高頻下批量成本高、其缺點(diǎn)是比較笨重、高頻下批量成本高、 頻帶較窄等。頻帶較窄等。 隨著航空、航天事業(yè)發(fā)展的需要隨著航空、航天事業(yè)發(fā)展的需要, , 對(duì)微波設(shè)備提出對(duì)微波設(shè)備提出了體積要小、重量要輕、了體積要小、重量要輕、 可靠性要高、性能要優(yōu)越、可靠性要高、性能要優(yōu)越、一致性要好、一致性要好、 成本要低等要求成本要低等要求, , 這就促成了微波技術(shù)這就促成了微波技術(shù)與半導(dǎo)體器件及集成電路的結(jié)合與半導(dǎo)體器件及集成電路的結(jié)合, , 產(chǎn)生了微波集成電路。產(chǎn)生了微波集成電路。 對(duì)微波集成傳輸元件的基本要求之一就是它必須具對(duì)微波集成傳輸元件的基本要求之一就是它必須具有平面型結(jié)構(gòu)有

30、平面型結(jié)構(gòu), , 這樣可以通過(guò)調(diào)整單一平面尺寸來(lái)控制這樣可以通過(guò)調(diào)整單一平面尺寸來(lái)控制其傳輸特性其傳輸特性, , 從而實(shí)現(xiàn)微波電路的集成化。從而實(shí)現(xiàn)微波電路的集成化。傳輸線研究的問(wèn)題和分析方法傳輸線研究的問(wèn)題和分析方法 傳輸特性（模式、相速度、波長(zhǎng)、波阻抗以及其傳輸特性（模式、相速度、波長(zhǎng)、波阻抗以及其它相關(guān)的重要特性）、損耗特性、功率容量以及具體它相關(guān)的重要特性）、損耗特性、功率容量以及具體的工程用途等。的工程用途等。 采用電路方法研究傳輸線的共性問(wèn)題，采用電路采用電路方法研究傳輸線的共性問(wèn)題，采用電路和場(chǎng)分析結(jié)合的方法討論每一種傳輸線的個(gè)性問(wèn)題。和場(chǎng)分析結(jié)合的方法討論每一種傳輸線的個(gè)性問(wèn)題

31、。 一種工作頻率一種工作頻率 40.5GHz 到到 41.5GHz 的毫米波收發(fā)前端的毫米波收發(fā)前端2.2.軟件雷達(dá)軟件雷達(dá) 按照IEEE的標(biāo)準(zhǔn)定義，雷達(dá)是通過(guò)發(fā)射電磁波信號(hào)，接收來(lái)自其威力覆蓋范圍內(nèi)目標(biāo)的回波，并從回波信號(hào)中提取位置和其它信息，以用于探測(cè)、定位，以及有時(shí)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別的電磁波系統(tǒng)。 雷達(dá)根據(jù)反射波的延遲、多普勒頻移等參數(shù)提取出目標(biāo)的距離、方位、高度及速度等信息。 由于微波具有頻帶寬、穿透電離層能較強(qiáng)、似光性等優(yōu)點(diǎn)，雷達(dá)就是利用了微波這些特性的典型代表。 雷達(dá)的原理及其基本組成雷達(dá)的原理及其基本組成 由雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁能由雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁能, , 經(jīng)收發(fā)開(kāi)關(guān)后傳輸經(jīng)收發(fā)開(kāi)

32、關(guān)后傳輸給天線給天線, , 再由天線將此電磁能定向輻射于大氣中。電再由天線將此電磁能定向輻射于大氣中。電磁能在大氣中以光速磁能在大氣中以光速( (約約3 310108 8m/s)m/s)傳播傳播, , 如果目標(biāo)恰如果目標(biāo)恰好位于定向天線的波束內(nèi)好位于定向天線的波束內(nèi), , 則它將要截取一部分電磁則它將要截取一部分電磁能。目標(biāo)將被截取的電磁能向各方向散射能。目標(biāo)將被截取的電磁能向各方向散射, , 其中部分其中部分散射的能量朝向雷達(dá)接收方向。雷達(dá)天線搜集到這部散射的能量朝向雷達(dá)接收方向。雷達(dá)天線搜集到這部分散射的電磁波后分散射的電磁波后, , 就經(jīng)傳輸線和收發(fā)開(kāi)關(guān)饋給接收就經(jīng)傳輸線和收發(fā)開(kāi)關(guān)饋給接

33、收機(jī)。接收機(jī)將這微弱信號(hào)放大并經(jīng)信號(hào)處理后即可獲機(jī)。接收機(jī)將這微弱信號(hào)放大并經(jīng)信號(hào)處理后即可獲取所需信息取所需信息, , 并將結(jié)果送至終端顯示。并將結(jié)果送至終端顯示。 脈沖雷達(dá)基本組成框圖脈沖雷達(dá)基本組成框圖 調(diào)制器電源收發(fā)開(kāi)關(guān)高頻和混頻激勵(lì)器中放同步器信號(hào)處理高放激勵(lì)和同步微波顯示器底座和伺服發(fā)射機(jī)操作員天線接收機(jī) 雷達(dá)的工作頻率雷達(dá)的工作頻率 按照雷達(dá)的工作原理按照雷達(dá)的工作原理, , 不論發(fā)射波的頻率如何不論發(fā)射波的頻率如何, , 只只要是通過(guò)輻射電磁能量和利用從目標(biāo)反射回來(lái)的回波要是通過(guò)輻射電磁能量和利用從目標(biāo)反射回來(lái)的回波, , 以便對(duì)目標(biāo)探測(cè)和定位以便對(duì)目標(biāo)探測(cè)和定位, , 都屬于

34、雷達(dá)系統(tǒng)工作的范疇。都屬于雷達(dá)系統(tǒng)工作的范疇。常 用 的 雷 達(dá) 工 作 頻 率 范 圍 為常 用 的 雷 達(dá) 工 作 頻 率 范 圍 為 2 2 0 3 5 2 2 0 3 5 000MHz(220MHz35GHz), 000MHz(220MHz35GHz), 實(shí)際上各類雷達(dá)工作的頻率實(shí)際上各類雷達(dá)工作的頻率在兩頭都超出了上述范圍。在兩頭都超出了上述范圍。 例如天波超視距例如天波超視距(OTH)(OTH)雷雷達(dá)的工作頻率為達(dá)的工作頻率為4MHz4MHz或或5MHz, 5MHz, 而地波超視距的工作頻而地波超視距的工作頻率則低到率則低到2MHz2MHz。 在頻譜的另一端在頻譜的另一端, , 毫

35、米波雷達(dá)可以工毫米波雷達(dá)可以工作到作到94 GHz, 94 GHz, 激光激光(Laser)(Laser)雷達(dá)工作于更高的頻率。工雷達(dá)工作于更高的頻率。工作頻率不同的雷達(dá)在工程實(shí)現(xiàn)時(shí)差別很大。作頻率不同的雷達(dá)在工程實(shí)現(xiàn)時(shí)差別很大。 雷達(dá)頻率和電磁波頻譜雷達(dá)頻率和電磁波頻譜 甚低頻(超長(zhǎng)波)低頻(長(zhǎng)波)中頻(中波)高頻(短波)甚高頻(超短波)特高頻(分米波)超高頻(厘米波)極高頻(毫米波)亞毫米波100 km10 km1 km100 m10 m1 m10 cm1 cm1 mm0.1 mm雷達(dá)頻率廣播段紅外線音頻視頻微波段頻率3 kHz30 kHz300 kHz3 MHz30 MHz300 MHz

36、3 GHz30 GHz300 GHz3000 GHz波長(zhǎng) 雷達(dá)的工作頻率和整個(gè)電磁波頻譜如圖所示雷達(dá)的工作頻率和整個(gè)電磁波頻譜如圖所示, , 實(shí)實(shí)際上絕大部分雷達(dá)工作于際上絕大部分雷達(dá)工作于200 MHz200 MHz至至10 000MHz10 000MHz頻段。頻段。 雷達(dá)頻段和對(duì)應(yīng)的頻率雷達(dá)頻段和對(duì)應(yīng)的頻率 收發(fā)共用一個(gè)發(fā)射機(jī)、 接收機(jī)的簡(jiǎn)化相控陣?yán)走_(dá)方框圖 發(fā)射機(jī)相控陣天線接收機(jī)和信號(hào)處理機(jī)記錄器顯示器觸發(fā)信號(hào)視頻信號(hào)視頻信號(hào)中心計(jì)算機(jī)控制波束計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理程序輸入指示信號(hào) 雷達(dá)分類雷達(dá)分類按工作頻段按工作頻段 米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)以及毫米波米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)以

37、及毫米波雷達(dá)等。雷達(dá)等。按戰(zhàn)術(shù)功能和用途按戰(zhàn)術(shù)功能和用途預(yù)警雷達(dá)預(yù)警雷達(dá)( (超遠(yuǎn)程雷達(dá)超遠(yuǎn)程雷達(dá)) ) 它的主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)洲際導(dǎo)彈、它的主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)洲際導(dǎo)彈、戰(zhàn)略轟炸機(jī)等戰(zhàn)略轟炸機(jī)等, , 以便及早發(fā)出警報(bào)。它的特點(diǎn)是作用以便及早發(fā)出警報(bào)。它的特點(diǎn)是作用距離遠(yuǎn)達(dá)數(shù)千公里距離遠(yuǎn)達(dá)數(shù)千公里, , 至于測(cè)定坐標(biāo)的精確度和分辨力至于測(cè)定坐標(biāo)的精確度和分辨力是次要的。是次要的。搜索和警戒雷達(dá)搜索和警戒雷達(dá) 其任務(wù)是發(fā)現(xiàn)飛機(jī)其任務(wù)是發(fā)現(xiàn)飛機(jī), , 一般作用距離一般作用距離在在400 km400 km以上以上, , 有的可達(dá)有的可達(dá)600 km600 km。引導(dǎo)指揮雷達(dá)(監(jiān)視雷達(dá)) 這種雷達(dá)用于對(duì)殲擊機(jī)

38、的引導(dǎo)和指揮作戰(zhàn), 民用的機(jī)場(chǎng)調(diào)度雷達(dá)亦屬這一類。火控雷達(dá) 其任務(wù)是控制火炮(或地空導(dǎo)彈)對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)攻擊。制導(dǎo)雷達(dá) 控制導(dǎo)彈去攻擊目標(biāo)。戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)機(jī)載雷達(dá)機(jī)載雷達(dá) 機(jī)載截?fù)衾走_(dá)、機(jī)載護(hù)尾雷達(dá)、機(jī)載導(dǎo)航雷達(dá)、機(jī)載截?fù)衾走_(dá)、機(jī)載護(hù)尾雷達(dá)、機(jī)載導(dǎo)航雷達(dá)、 機(jī)載火控雷達(dá)機(jī)載火控雷達(dá)無(wú)線電測(cè)高儀無(wú)線電測(cè)高儀雷達(dá)引信（無(wú)線電引信）氣象雷達(dá)氣象雷達(dá)航行管制航行管制(空中交通空中交通)雷達(dá)雷達(dá)宇宙航行中用雷達(dá)宇宙航行中用雷達(dá)遙感設(shè)備遙感設(shè)備 此外，在飛機(jī)導(dǎo)航此外，在飛機(jī)導(dǎo)航, , 航道探測(cè)航道探測(cè)( (用以保證航行安用以保證航行安全全), ), 公路上車速測(cè)量等方面公路上車速測(cè)量等方面,

39、 , 雷達(dá)也在發(fā)揮其積極作雷達(dá)也在發(fā)揮其積極作用。用。 按工作體制按工作體制 連續(xù)波雷達(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)、編碼連續(xù)波雷達(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)、編碼脈沖雷達(dá)、動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)、捷變頻雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)脈沖雷達(dá)、動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)、捷變頻雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)以及合成孔徑雷達(dá)等。以及合成孔徑雷達(dá)等。 不同用途、不同功能的雷達(dá)對(duì)信號(hào)參數(shù)（載頻、不同用途、不同功能的雷達(dá)對(duì)信號(hào)參數(shù)（載頻、脈寬、內(nèi)調(diào)制等）要求不同。脈寬、內(nèi)調(diào)制等）要求不同。 由于不同用途的雷達(dá)其信號(hào)參數(shù)完全不同，導(dǎo)致由于不同用途的雷達(dá)其信號(hào)參數(shù)完全不同，導(dǎo)致功能單一、體制單一，無(wú)法適應(yīng)在不同的環(huán)境下對(duì)不同功能單一、體制單一，無(wú)

40、法適應(yīng)在不同的環(huán)境下對(duì)不同屬性的目標(biāo)進(jìn)行智能化跟蹤、探測(cè)的需要。對(duì)于目前屬性的目標(biāo)進(jìn)行智能化跟蹤、探測(cè)的需要。對(duì)于目前這種雷達(dá)參數(shù)相對(duì)固定不變的技術(shù)體制已經(jīng)很難適應(yīng)這種雷達(dá)參數(shù)相對(duì)固定不變的技術(shù)體制已經(jīng)很難適應(yīng)越來(lái)越復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境，雷達(dá)的生存能力也面臨挑戰(zhàn)。越來(lái)越復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境，雷達(dá)的生存能力也面臨挑戰(zhàn)。 “軟件雷達(dá)軟件雷達(dá)”是以軟件無(wú)線電為基礎(chǔ)提出的現(xiàn)代雷達(dá)是以軟件無(wú)線電為基礎(chǔ)提出的現(xiàn)代雷達(dá)設(shè)計(jì)新思想、新概念。它采用軟件無(wú)線電的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)新思想、新概念。它采用軟件無(wú)線電的設(shè)計(jì)理念，雷達(dá)信號(hào)波形和參數(shù)可以通過(guò)軟件加載，根據(jù)不同的雷達(dá)信號(hào)波形和參數(shù)可以通過(guò)軟件加載，根據(jù)不同的作戰(zhàn)環(huán)境需求而適

41、時(shí)地改變，甚至進(jìn)行作戰(zhàn)環(huán)境需求而適時(shí)地改變，甚至進(jìn)行“捷變參捷變參”工作，工作，即雷達(dá)參數(shù)（載頻、脈寬、重復(fù)頻率、脈內(nèi)調(diào)制方式、即雷達(dá)參數(shù)（載頻、脈寬、重復(fù)頻率、脈內(nèi)調(diào)制方式、調(diào)制參數(shù)等）可以快速捷變，以有效應(yīng)對(duì)電子戰(zhàn)的威脅。調(diào)制參數(shù)等）可以快速捷變，以有效應(yīng)對(duì)電子戰(zhàn)的威脅。 “軟件雷達(dá)軟件雷達(dá)”的主要特點(diǎn)是雷達(dá)波形的軟件化、可的主要特點(diǎn)是雷達(dá)波形的軟件化、可編程、可升級(jí)。編程、可升級(jí)。 軟件雷達(dá)的信號(hào)波形和雷達(dá)處理算法不是固化的，軟件雷達(dá)的信號(hào)波形和雷達(dá)處理算法不是固化的，它可以隨著雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，新的雷達(dá)體制它可以隨著雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，新的雷達(dá)體制波形和處理算法可以重新通過(guò)加

42、載新的算法軟件來(lái)對(duì)波形和處理算法可以重新通過(guò)加載新的算法軟件來(lái)對(duì)雷達(dá)進(jìn)行升級(jí)改造雷達(dá)進(jìn)行升級(jí)改造 ，適應(yīng)不斷變化的軍事需求。，適應(yīng)不斷變化的軍事需求。 DAC 雷達(dá) 波形 產(chǎn)生 器 DSP + 軟件 數(shù)字 上變 頻 濾波 HPA 模擬 上變 頻 軟件雷達(dá)發(fā)射機(jī)軟件雷達(dá)發(fā)射機(jī) )(2cos()()(0ttftats雷達(dá)信號(hào)：雷達(dá)信號(hào)： 根據(jù)所需發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)波形，求出根據(jù)所需發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)波形，求出 和和 后，后，雷達(dá)波形產(chǎn)生器輸出的正交數(shù)據(jù)為：雷達(dá)波形產(chǎn)生器輸出的正交數(shù)據(jù)為： )(ta)(t)(sin)()()(cos)()(ntanQntanI)(nI)(nQ 經(jīng)過(guò)正交數(shù)字上變頻和經(jīng)過(guò)正交數(shù)

43、字上變頻和D/AD/A變換即可得到一個(gè)中頻變換即可得到一個(gè)中頻信號(hào)，然后通過(guò)模擬上變頻，將其搬移到所需的雷達(dá)信號(hào)，然后通過(guò)模擬上變頻，將其搬移到所需的雷達(dá)信號(hào)載頻上，再經(jīng)高功率放大后，通過(guò)雷達(dá)無(wú)線發(fā)射機(jī)信號(hào)載頻上，再經(jīng)高功率放大后，通過(guò)雷達(dá)無(wú)線發(fā)射機(jī)可以在任一載頻上產(chǎn)生任何體制（波形）的雷達(dá)信號(hào)，可以在任一載頻上產(chǎn)生任何體制（波形）的雷達(dá)信號(hào)，前者主要取決于模擬上變頻器、功放和天線的工作帶寬，前者主要取決于模擬上變頻器、功放和天線的工作帶寬，而后者則主要取決于軟件。而后者則主要取決于軟件。 目前要實(shí)現(xiàn)全頻段（從短波到毫米波）的軟件化雷達(dá)目前要實(shí)現(xiàn)全頻段（從短波到毫米波）的軟件化雷達(dá)發(fā)射機(jī)還存在

44、相當(dāng)大的難度，尤其是寬帶功放和天線是發(fā)射機(jī)還存在相當(dāng)大的難度，尤其是寬帶功放和天線是其最主要的技術(shù)瓶頸。如果不考慮功放和天線，則實(shí)現(xiàn)其最主要的技術(shù)瓶頸。如果不考慮功放和天線，則實(shí)現(xiàn)一種多頻段、多體制、多功能的軟件化雷達(dá)發(fā)射機(jī)是一種多頻段、多體制、多功能的軟件化雷達(dá)發(fā)射機(jī)是完全可行的。完全可行的。 ADC 雷達(dá) 信號(hào) 處理 器 DSP + 軟件 數(shù)字 下變 頻寬帶接收前端 軟件雷達(dá)接收機(jī)軟件雷達(dá)接收機(jī) 通過(guò)目標(biāo)反射的雷達(dá)信號(hào)由天線接收后，送到接收通過(guò)目標(biāo)反射的雷達(dá)信號(hào)由天線接收后，送到接收前端把射頻信號(hào)變換為寬帶中頻信號(hào)，并進(jìn)行放大后前端把射頻信號(hào)變換為寬帶中頻信號(hào)，并進(jìn)行放大后再送到高速再送到

45、高速ADCADC變換為數(shù)字信號(hào)，然后由數(shù)字下變頻變換為數(shù)字信號(hào)，然后由數(shù)字下變頻變換為正交的基帶信號(hào)變換為正交的基帶信號(hào) ，雷達(dá)信號(hào)處理器，雷達(dá)信號(hào)處理器對(duì)正交數(shù)據(jù)對(duì)正交數(shù)據(jù) 進(jìn)行諸如檢波（求模）、進(jìn)行諸如檢波（求模）、FFTFFT等運(yùn)算，并與發(fā)射信號(hào)作相關(guān)處理，即可計(jì)算得到到達(dá)等運(yùn)算，并與發(fā)射信號(hào)作相關(guān)處理，即可計(jì)算得到到達(dá)時(shí)間、多普勒頻移以及反射信號(hào)電平等參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)時(shí)間、多普勒頻移以及反射信號(hào)電平等參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)和定位。對(duì)目標(biāo)的探測(cè)和定位。)(nI)(nQ)(、Q)(nnI)(、Q)(nnI 需要注意的是，為了能從反射的雷達(dá)信號(hào)中獲取與目標(biāo)特性相關(guān)的信號(hào)到達(dá)時(shí)間、多普勒頻移

46、等信息，雷達(dá)發(fā)射機(jī)和雷達(dá)接收機(jī)的所有時(shí)鐘，包括本振以及ADC、DAC時(shí)鐘等都必須嚴(yán)格同步（因?yàn)?s 的同步誤差將導(dǎo)致150m的測(cè)距誤差）。為了解決軟件同步處理的困難，可以采取硬件相關(guān)處理的辦法來(lái)解決。 DAC 雷達(dá)雷達(dá) 波形波形 產(chǎn)生產(chǎn)生 器器 DSP DSP + + 軟件軟件 數(shù)字 上變 頻濾波 HPA模擬上變頻 軟件雷達(dá)系統(tǒng)的組成軟件雷達(dá)系統(tǒng)的組成 )(nI)(nQ分路 ADC 雷達(dá)雷達(dá) 信號(hào)信號(hào) 相關(guān)相關(guān) 處理處理 器器 數(shù)字 下變 頻寬帶接收前端)(nI)(nQ共用本振源T/R ADC 數(shù)字 下變 頻)(nQ)(nIsf 由圖可見(jiàn)，把雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的中頻信號(hào)分成兩路，由圖可見(jiàn)，把雷達(dá)發(fā)

47、射機(jī)輸出的中頻信號(hào)分成兩路，其中的一路與雷達(dá)接收機(jī)前端輸出的中頻信號(hào)一起其中的一路與雷達(dá)接收機(jī)前端輸出的中頻信號(hào)一起同時(shí)送到兩個(gè)同步同時(shí)送到兩個(gè)同步A/DA/D變換器進(jìn)行模數(shù)變換，并分別變換器進(jìn)行模數(shù)變換，并分別經(jīng)各自的數(shù)字下變頻器變換為正交基帶信號(hào)經(jīng)各自的數(shù)字下變頻器變換為正交基帶信號(hào) 和和 ，這兩路正交數(shù)據(jù)再送到雷達(dá)信號(hào)相關(guān)，這兩路正交數(shù)據(jù)再送到雷達(dá)信號(hào)相關(guān)處理器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，就可提取到達(dá)時(shí)間、多普勒頻移處理器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，就可提取到達(dá)時(shí)間、多普勒頻移等有用信息。這種相關(guān)處理方法雖然增加了硬件的復(fù)雜等有用信息。這種相關(guān)處理方法雖然增加了硬件的復(fù)雜性，但降低了同步要求，尤其是避開(kāi)了軟件同步的

48、困難，性，但降低了同步要求，尤其是避開(kāi)了軟件同步的困難，是一種比較可行的軟件雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。是一種比較可行的軟件雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。)(、Q)(nnI)(、Q)(nnI2.2 2.2 智能天線技術(shù)智能天線技術(shù)一、概述一、概述 軟件無(wú)線電系統(tǒng)中的天線應(yīng)具有自適應(yīng)的能力，軟件無(wú)線電系統(tǒng)中的天線應(yīng)具有自適應(yīng)的能力，即能夠根據(jù)所選擇的不同頻段或不同應(yīng)用，自動(dòng)調(diào)整即能夠根據(jù)所選擇的不同頻段或不同應(yīng)用，自動(dòng)調(diào)整增益等參數(shù)，使系統(tǒng)完全適應(yīng)不同的傳輸環(huán)境、要求。增益等參數(shù)，使系統(tǒng)完全適應(yīng)不同的傳輸環(huán)境、要求。主要技術(shù)主要技術(shù)寬帶寬帶/ /多頻段天線多頻段天線 多頻段和寬帶天線的設(shè)計(jì)使天線能夠在寬頻段上多頻段和

49、寬帶天線的設(shè)計(jì)使天線能夠在寬頻段上工作，但多頻段意味著能在幾個(gè)分離的不同頻段上工作，工作，但多頻段意味著能在幾個(gè)分離的不同頻段上工作，在所設(shè)計(jì)的天線最高和最低頻率之間常常無(wú)相鄰覆蓋，在所設(shè)計(jì)的天線最高和最低頻率之間常常無(wú)相鄰覆蓋，而寬帶則意著天線設(shè)計(jì)的最高和最低頻段之間有相鄰而寬帶則意著天線設(shè)計(jì)的最高和最低頻段之間有相鄰覆蓋。覆蓋。 在實(shí)際應(yīng)用中，要做到各個(gè)通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通，在實(shí)際應(yīng)用中，要做到各個(gè)通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通，顯然要求射頻天線具有良好的多頻段性能和可程控的顯然要求射頻天線具有良好的多頻段性能和可程控的多頻段、多功率射頻轉(zhuǎn)換能力。多頻段、多功率射頻轉(zhuǎn)換能力。 寬帶天線設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是同時(shí)滿

50、足小型化、寬帶、寬帶天線設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是同時(shí)滿足小型化、寬帶、優(yōu)良的時(shí)域特性以及系統(tǒng)性能優(yōu)良等特點(diǎn)。優(yōu)良的時(shí)域特性以及系統(tǒng)性能優(yōu)良等特點(diǎn)。智能天線智能天線 智能天線是一種具有測(cè)向和波束形成能力的天線智能天線是一種具有測(cè)向和波束形成能力的天線陣列。它利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，陣列。它利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)期望用戶信號(hào)到達(dá)方向，旁瓣或零陷使天線主波束對(duì)準(zhǔn)期望用戶信號(hào)到達(dá)方向，旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到充分、高效利用期望用戶對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到充分、高效利用期望用戶信號(hào)并刪除或抑制干擾信號(hào)的目的。信號(hào)并刪除或抑制干擾信號(hào)的目的。二、智能天線

51、的概念和原理二、智能天線的概念和原理 智能天線是利用多個(gè)天線陣元的組合進(jìn)行信號(hào)處理，自動(dòng)調(diào)整發(fā)射和(或)接收方向圖，以針對(duì)不同的信號(hào)環(huán)境達(dá)到最優(yōu)性能。 智能天線以多個(gè)高增益窄帶波束動(dòng)態(tài)地跟蹤多個(gè)期望用戶；接收模式下，來(lái)自窄帶波束以外地信號(hào)被抑制；發(fā)射模式下，能使期望用戶接收的信號(hào)功率最大，同時(shí)使窄帶波束照射范圍以外的非期望用戶受到的干擾最小。TalkTalk干擾干擾自適應(yīng)陣列基站自適應(yīng)陣列基站普通基站普通基站智能天線的作用 使用智能天線：能量?jī)H指向小區(qū)內(nèi)處于激活狀態(tài)的移動(dòng)終端正在通信的移動(dòng)終端在整個(gè)小區(qū)內(nèi)處于受跟蹤狀態(tài) 不使用智能天線：能量分布于整個(gè)小區(qū)內(nèi)所有小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)終端均相互干擾，此干擾

52、是CDMA容量限制的主要原因普通天線智能天線有智能天線 能量只是指向有移動(dòng)用戶活動(dòng)的小區(qū)區(qū)域；手機(jī)在整個(gè)小區(qū)被跟蹤。沒(méi)有智能天線 能量分布于整個(gè)小區(qū)，在沒(méi)有移動(dòng)用戶活動(dòng)的區(qū)域，干擾不會(huì)下降。優(yōu)點(diǎn) 智能天線潛在的性能效益表現(xiàn)在多方面，例如，抗多徑衰落、減小時(shí)延擴(kuò)展、支持高數(shù)據(jù)速率、抑制干擾、減少遠(yuǎn)近效應(yīng)、減小中斷概率、改善誤比特率(BER,Bit Error Rate）性能、增加系統(tǒng)容量、提高頻譜效率、支持靈活有效的越區(qū)切換、擴(kuò)大小區(qū)覆蓋范圍、靈活的小區(qū)管理、延長(zhǎng)移動(dòng)臺(tái)電池壽命、以及維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本較低等。 智能天線智能天線技術(shù)智能天線技術(shù)三、智能天線的形式三、智能天線的形式 根據(jù)工作方式的不同：

53、根據(jù)工作方式的不同：預(yù)多波束或切換波束系統(tǒng)；預(yù)多波束或切換波束系統(tǒng)；自適應(yīng)陣列系統(tǒng)；自適應(yīng)陣列系統(tǒng)； 根據(jù)波束形成的不同：根據(jù)波束形成的不同：陣元空間處理方式；陣元空間處理方式；波束空間處理方式；波束空間處理方式；切換波束系統(tǒng)切換波束系統(tǒng) 波束轉(zhuǎn)換天線具有有限數(shù)目的、固定的、預(yù)定義的方向圖，通過(guò)陣列天線技術(shù)在同一信道中利用多個(gè)波束同時(shí)給多個(gè)用戶發(fā)送不同的信號(hào)，它從幾個(gè)預(yù)定義的、固定波束中選擇其一，檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)越過(guò)扇區(qū)時(shí)，從一個(gè)波束切換到另一個(gè)波束。在特定的方向上提高靈敏度，從而提高通信容量和質(zhì)量。 每個(gè)波束的方向是固定的，并且其寬度隨著天線陣元數(shù)而變化。對(duì)于移動(dòng)用戶，基站選擇不同的對(duì)

54、應(yīng)波束，使接收的信號(hào)強(qiáng)度最大。但用戶信號(hào)未必在固定波束中心，當(dāng)使用者是在波束邊緣，干擾信號(hào)在波束的中央，接收效果最差。因此，與自適應(yīng)天線陣比較，波束轉(zhuǎn)換天線不能實(shí)現(xiàn)最佳的信號(hào)接收。由于扇形失真，波束轉(zhuǎn)換天線增益在方位角上不均勻分布。但波束轉(zhuǎn)換天線有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和不需要判斷用戶信號(hào)方向(DOA) 的優(yōu)勢(shì)。自適應(yīng)陣列系統(tǒng)自適應(yīng)陣列系統(tǒng) 陣元空間處理方式陣元空間處理方式 陣元空間處理方式直接對(duì)各陣元按接收信號(hào)采陣元空間處理方式直接對(duì)各陣元按接收信號(hào)采樣進(jìn)行加權(quán)求和處理后，形成陣列輸出，使陣樣進(jìn)行加權(quán)求和處理后，形成陣列輸出，使陣列方向圖主瓣對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向。由于各列方向圖主瓣對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向。由

55、于各種陣元均參與自適應(yīng)加權(quán)調(diào)整，這種方式屬于種陣元均參與自適應(yīng)加權(quán)調(diào)整，這種方式屬于全自適應(yīng)陣列處理。全自適應(yīng)陣列處理。波束空間處理方式波束空間處理方式 包含兩級(jí)處理過(guò)程，第一級(jí)對(duì)各陣元信號(hào)進(jìn)行固定包含兩級(jí)處理過(guò)程，第一級(jí)對(duì)各陣元信號(hào)進(jìn)行固定加權(quán)求和，形成多個(gè)指向不同方向的波束；加權(quán)求和，形成多個(gè)指向不同方向的波束； 第二級(jí)對(duì)第一級(jí)的波束輸出進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)調(diào)整后第二級(jí)對(duì)第一級(jí)的波束輸出進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)調(diào)整后合成得到陣列輸出，此方案不是對(duì)全部陣元是從整合成得到陣列輸出，此方案不是對(duì)全部陣元是從整天計(jì)算最優(yōu)的加權(quán)系數(shù)作自適應(yīng)處理，而是僅對(duì)其天計(jì)算最優(yōu)的加權(quán)系數(shù)作自適應(yīng)處理，而是僅對(duì)其中的部分陣元作自

56、適應(yīng)處理，因此，屬于部分自適中的部分陣元作自適應(yīng)處理，因此，屬于部分自適應(yīng)陣列處理；應(yīng)陣列處理； 計(jì)算量小，收斂快，且具有良好的波束保形性能，計(jì)算量小，收斂快，且具有良好的波束保形性能，是當(dāng)前自適應(yīng)陣列處理技術(shù)的發(fā)展方向。是當(dāng)前自適應(yīng)陣列處理技術(shù)的發(fā)展方向。智能天線的結(jié)構(gòu)智能天線的結(jié)構(gòu) 典型陣列；典型陣列； 結(jié)構(gòu)原理；結(jié)構(gòu)原理； 系統(tǒng)組成。系統(tǒng)組成。典型陣列典型陣列 均勻線陣；均勻線陣； 隨機(jī)分步線陣；隨機(jī)分步線陣； 十字陣；十字陣； 圓陣；圓陣； 面陣，等。面陣，等。結(jié)構(gòu)原理圖結(jié)構(gòu)原理圖 智能天線的系統(tǒng)組成智能天線的系統(tǒng)組成 天線陣列：天線陣列：天線陣元數(shù)量與天線陣元的配置方式，對(duì)智能天天線

57、陣元數(shù)量與天線陣元的配置方式，對(duì)智能天線的性能有著重要的影響；線的性能有著重要的影響； 模數(shù)轉(zhuǎn)換：模數(shù)轉(zhuǎn)換：接收鏈路：模擬信號(hào)接收鏈路：模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)發(fā)射鏈路：數(shù)字信號(hào)發(fā)射鏈路：數(shù)字信號(hào) 模擬信號(hào)模擬信號(hào) 智能處理：智能處理：天線波束在一定范圍內(nèi)能根據(jù)用戶的需要和天線天線波束在一定范圍內(nèi)能根據(jù)用戶的需要和天線傳播環(huán)境的變化而自適應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整，包括：傳播環(huán)境的變化而自適應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整，包括： 以數(shù)字信號(hào)處理器和自適應(yīng)算法為核心的自適以數(shù)字信號(hào)處理器和自適應(yīng)算法為核心的自適應(yīng)數(shù)字信號(hào)處理器，用來(lái)產(chǎn)生自適應(yīng)的最優(yōu)權(quán)應(yīng)數(shù)字信號(hào)處理器，用來(lái)產(chǎn)生自適應(yīng)的最優(yōu)權(quán)值系數(shù)：值系數(shù)： 以動(dòng)態(tài)自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)

58、絡(luò)構(gòu)成自適應(yīng)波束形成網(wǎng)以動(dòng)態(tài)自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成自適應(yīng)波束形成網(wǎng)絡(luò)絡(luò)智能天線的賦形智能天線的賦形 波束形成技術(shù)：波束形成技術(shù)：使陣列天線方向圖的主瓣指向所需的方向，提高使陣列天線方向圖的主瓣指向所需的方向，提高陣列輸出所需信號(hào)的強(qiáng)度；陣列輸出所需信號(hào)的強(qiáng)度； 零點(diǎn)技術(shù)：零點(diǎn)技術(shù)：使陣列天線方向圖的零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾方向，減少干使陣列天線方向圖的零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾方向，減少干擾信號(hào)的強(qiáng)度；擾信號(hào)的強(qiáng)度； 空間譜估計(jì)技術(shù)：空間譜估計(jì)技術(shù)：處理帶寬內(nèi)信號(hào)的到達(dá)方向處理帶寬內(nèi)信號(hào)的到達(dá)方向DOADOA（Direction of Direction of ArrivalArrival）的問(wèn)題；）的問(wèn)題； 智能天線的常

59、用準(zhǔn)則智能天線的常用準(zhǔn)則 最大信干噪比準(zhǔn)則：最大信干噪比準(zhǔn)則：最佳加權(quán)使得陣列輸出信號(hào)的信號(hào)干擾噪聲比最佳加權(quán)使得陣列輸出信號(hào)的信號(hào)干擾噪聲比最大；最大； 最小均方誤差準(zhǔn)則：最小均方誤差準(zhǔn)則：最佳加權(quán)使得陣列輸出和有用信號(hào)的均方誤差最佳加權(quán)使得陣列輸出和有用信號(hào)的均方誤差最小；最小； 最小方差準(zhǔn)則：最小方差準(zhǔn)則：最佳加權(quán)使得陣列輸出噪聲的方差最小；最佳加權(quán)使得陣列輸出噪聲的方差最小； 最大似然準(zhǔn)則：最大似然準(zhǔn)則：經(jīng)過(guò)空時(shí)加權(quán)后的估計(jì)信號(hào)與期望信號(hào)有最大經(jīng)過(guò)空時(shí)加權(quán)后的估計(jì)信號(hào)與期望信號(hào)有最大可能的相似。可能的相似。 三類經(jīng)典的波束形成算法（1）基于訓(xùn)練序或者參考序列的波束形成算法 基于訓(xùn)練信號(hào)

60、或者是參考信號(hào)的方法，不需要估計(jì)信號(hào)到達(dá)方向，對(duì)天線陣本身的結(jié)構(gòu)也沒(méi)有過(guò)多的限制，而且這類算法易于實(shí)現(xiàn)，但是發(fā)射訓(xùn)練信號(hào)會(huì)降低系統(tǒng)的利用率，而且算法的收斂速度較慢。 常見(jiàn)的算法有最陡梯度下降算法、LMS、NLMS、簡(jiǎn)化的LMS以及后面將要提及的NVSS算法、MNLMS算法等。（2）基于DOA的波束形成算法基于DOA的算法，在參考用戶信號(hào)方向已知的情況下，根據(jù)線性約束最小方差準(zhǔn)則，計(jì)算自適應(yīng)權(quán)值。在參考信號(hào)方向未知的情況下，需要借助于MUSIC(多重信號(hào)分類)算法估計(jì)信號(hào)到達(dá)方向(DOA)。這類方法在分析上比較容易理解，但它有以下問(wèn)題必須在無(wú)線系統(tǒng)中加以解決：(1)需要估計(jì)信號(hào)的到達(dá)方向，這就涉