雷達技術與應用1.1雷達的發展史1.2雷達的任務、主要參數與分類1.3雷達系統的組成1.4雷達的工作頻率1.5電子對抗簡述本章內容：3.1高頻放大器3.2LC正弦波振蕩器3.3振幅調制3.4

振幅解調3.5

調頻與鑒頻高頻小信號放大器分類按所用的材料分類：晶體管（BJT)場效應管（FET)集電電路（IC)按頻譜寬度：窄帶放大器和寬帶放大器按電路形式：單級放大器和多級放大器按負載性質：諧振放大器（以諧振電路作為負載）非諧振放大器（以阻容耦合電路作為負載）3.1高頻放大器將高頻的回波信號在載波頻率上進行放大，放大到一定的幅度（2）低噪聲晶體管放大器。在放大微弱接收信號的場合，也稱為高頻小信號放大器，或者低噪聲放大器。3.1.1高頻放大器的種類

（1）低噪聲參量放大器。微波低噪聲放大器則采用變容二極管參量放大器，利用非線性的電容，在微波信號下周期性的變化進行能量交換，放大高頻信號。（3）行波管放大器：行波管放大器是一種腔體結構的放大器，是電真空器件，3.1.2.高頻放大器的技術指標1.放大器的噪聲系數低噪聲放大器是射頻接收機前端重要部分，前級低噪聲放大器的噪聲系數，制約著接收機的噪聲系數，放大器的噪聲系數盡可能小，提高接收機的靈敏度。

F表征了高頻放大器的內部噪聲大小，噪聲系數越接近于1，說明放大器的低噪能力越強，輸出信號的質量越好。或者寫成：3.1.2.高放大器的技術指標表3-1噪聲溫度Te與噪聲系數F數值關系（TA=290K）

3.1.2.高頻放大器的技術指標2.放大器的增益3.通頻帶定義：放大器的電壓增益下降到最大值的0.7（即1/）倍時，上、下限頻率之間的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用表示。也稱為3dB帶寬。后面將會證明諧振放大器的通頻帶與諧振回路的通頻帶是類似的圖3-1電壓增益與頻率關系4.穩定性一個理想的放大器其主要指標（如增益、通頻帶、中心頻率等）應不隨時間和外界變化而變化，謂之穩定。反之則為不穩定，不穩定的極限情況是自激（無規則的、失控的正反饋）。提高穩定性，避免自激的措施有合理選擇器件、合理設計PCB布局布線單級的增益不要過高加入穩定電路（如負反饋電路）等圖3-2輸入、輸出匹配網絡構成5.對數放大器為了探測遠距離的目標，設計的雷達放大器高增益，存在分布物體反射的雜波干擾時，近距離的目標會導致接收機過載；如果為了避免接收機過載現象，設計的雷達放大器低增益，直接影響接收機的噪聲系數，降低接收機的靈敏度。解決這一矛盾的方法，控制增益與接收到的回波的關系，信號較弱時增益較大，信號較強時增益較小。擴大了接收機接收信號的幅度范圍，即接收機的動態范圍。圖3-3對數放大器的電壓幅度特性3.1.3高頻單調諧放大器1.高頻單調諧放大器工作原理

如圖3-4(a)是一典型的高頻單調諧放大器的實用電路。電路中Vcc通過Rb1、Rb2

構成分壓式偏置電路，Tr1的次級線圈對直流視為短路，Re和Ce組成穩定工作點直流負反饋電路，Cb為高頻旁路電容，ZL

為負載阻抗，Tr1

、Tr2

為互感耦合變壓器，Tr1

將輸入高頻小信號耦合進來，加在晶體管的基極與地之間，Tr2

的初級電感L和電容C組成的并聯諧振回路作為放大器的集電極負載，采用變壓器耦合使前后級直流電路分開，同時也能完成前后級的阻抗匹配的任務。（a）高頻單調諧放大器實用電路

(b)交流等效電路圖3-4高頻單調諧放大器3.1.4高頻功率放大器1.高頻功率放大器的工作原理

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。它一般直接驅動負載，帶負載能力強。

功率放大電路主要要求獲得一定的不失真的輸出功率，通常在大信號狀態下工作。高頻功率放大器按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種。窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成為高頻交流輸出。功率放大器按通角的不同，可分為甲類、乙類、丙類三種工作狀態（1）甲類放大

功率管的導電角θ=2π。

（2）乙類放大功率管的導電角θ=π。（4）丙類放大功率管的導電角小于半個周期，即0<θ<π晶體管的輸入基極電壓及集電極電流波形也如圖3-5所示圖3-5基極電壓及集電極電流波形

圖3-6基極電壓與集電極電流的波形由傅立葉級數可知，一個周期性函數可以分解為無限多的余弦波（或正弦波）的疊加,因此周期性脈沖可以分解成直流、基波(信號頻率分量)和各次諧波分量。

2.高頻功率放大器的參數輸出功率PO：集電極電流基波在諧振電阻RP

上的功率電壓利用系數：集電極輸出的交流電壓幅值與電源電壓的比值效率：輸出功率與電源提供功率的比值，效率一般75%以上集電極的功耗：直流功率PV

與輸出功率Po

之間的差直流電源提供的直流功率為:PV=ICO×VCCPC=PV-PO

（3）提高效率的主要途徑是減小靜態電流從而減少管耗。

靜態電流是造成管耗的主要因素，把靜態工作點Q向下移動，使信號等于零時電源輸出的功率也等于零（或很?。?，這樣電源供給功率及管耗都隨著輸出功率的大小而變，改變了甲類放大時效率低的狀況。乙類和甲乙類放大雖然減小了靜態功耗，提高了效率，但都出現了嚴重的波形失真，因此，既要保持靜態時管耗小，又要使失真不太嚴重，這就需要在電路結構上采取措施。

3.2LC正弦波振蕩器在沒有外加輸入信號的條件下，電路自動將直流電源提供的能量轉換為具有一定頻率,一定波形,一定振幅的交變振蕩信號輸出。振蕩電路的分類正弦波振蕩器非正弦波振蕩器反饋型負阻型(100MHz以上)振蕩器RC振蕩器LC振蕩器晶體振蕩器按波形分按原理分按元件分用途:發射機中載波振蕩器；超外差接收機中的本機振蕩器；測量儀器中的時間標準;頻率標準等。

正弦波振蕩器由放大器和反饋網絡組成。電路包含了選頻網絡和穩定幅度的環節，組成框圖如圖3-10所示。反饋型LC振蕩器是由調諧放大器和正反饋網絡構成.條件①放大器必須是調諧放大器,具有選頻濾波的功能②反饋網絡必須是正反饋圖3-10振蕩器組成框圖

三點式振蕩電路電容三點式振蕩器電感三點式振蕩器電路組成法則

三點式振蕩器是指ＬＣ回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而組成的一種振蕩器。三點式振蕩器電路用電容耦合或自耦變壓器耦合代替互感耦合,可以克服互感耦合振蕩器振蕩頻率低的缺點,是一種廣泛應用的振蕩電路,其工作頻率可達到幾百兆赫。左圖是三點式振蕩器的原理圖。先分析在滿足正反饋相位條件時,ＬＣ回路中三個電抗元件應具有的性質。圖3-11LC三點式振蕩器交流通路產生振蕩，必須滿足下列條件：與發射極相連的Z1、Z2的電抗性質相同，Z3必須與此相反。即“射同它反”。例3.1 利用三點式振蕩器的組成原則判斷圖3-12所示的振蕩器能否產生振蕩。圖3-12三點式振蕩器解：圖3-12（a）為三點式振蕩器，與發射極相連的Xbe(L)和Xce(C1)電抗性質相反，不滿足射同的條件，不能產生振蕩。圖3-12（b）為三點式振蕩器，與發射極相連的Xbe(L)和Xce(L1與C1串聯)電抗性質相同情況下，滿足射同它反的條件，當Xce呈現感性時能產生振蕩。

頻率穩定度；3.2.1振蕩器的性能指標

評價振蕩器頻率的主要指標有頻率準確度和頻率穩定度兩種。振蕩器的實際振蕩頻率f與標稱振蕩頻率f0

之差Δf，稱為絕對頻率準確度，即

1)頻率穩定度頻率穩定度是指在規定的時間間隔內和規定的溫度、濕度、電源電壓等變化范圍內，相對頻率準確度變化的最大值（絕對值），通常講的頻率穩定度指的是短期頻率穩定度。頻率準確度：2）振幅穩定度振幅穩定度常用振幅的相對變化量S來表示，即振幅穩定度；

振蕩器的頻率穩定頻率穩定度的定義

頻率穩定度的定義:

在一定時間間隔內，振蕩器相對頻率偏差的最大值，用表示。頻率穩定度在數量上通常用頻率偏差來表示。頻率偏差是指振蕩器的實際工作頻率和標稱頻率之間的偏差。它可分為絕對偏差和相對偏差。設f為實際振蕩頻率，fc為指定標稱頻率，則

1、絕對頻率偏差：2、相對頻率偏差絕對頻率準確度相對頻率準確度

三種常用的頻率穩定度

長期頻率穩定度：一般指一天以上甚至數月的時間間隔內的相對頻率變化的最大值。這種變化通常是由振蕩器中元器件老化而引起的。短期頻率穩定度：一般指一天以內，以小時、分或秒計算的時間間隔內的頻率相對變化。產生這種頻率不穩的因素有溫度、電源電壓等。瞬時頻率穩定度：一般指秒或毫秒時間間隔內的頻率相對變化。引起這類頻率不穩定的主要因素是振蕩器內部噪聲。

1、溫度變化會引起L、C和晶體管y參數變化。2、濕度變化會引起L、Q變化。3、電源電壓變化會引起晶體管參數變化。4、機械振動會引起L的變化。引起頻率不穩的原因結論：引起振蕩器頻率不穩定的外部因素是溫度、濕度、電源電壓波動和機械振動。

晶體管的三個極（c.e.b）分別連接于回路電容的三端，稱為電容三點式振蕩器，也稱為考比茲振蕩器。3.2.2三點式振蕩器電路1.電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器又稱考畢茲振蕩器，其電路如圖3-13所示。圖3-13電容三點式振蕩器調節C1或C2改變振蕩頻率時，反饋系也將改變，從而導致振蕩器工作狀態的變化，因此該電路只適于作固定頻率的振蕩器。經過改進后的電容三點式振蕩器，有克拉潑振蕩器和西勒振蕩器，其中西勒振蕩器能夠在高頻時的作為可變頻率振蕩器。(1)振蕩頻率：根據交流等效電路，其振蕩頻率為：

(2)電壓反饋系數Fu(3)電容三點式振蕩器的特點輸出波形較好。由于反饋信號取自電容兩端，而電容對高次諧波阻抗小，所以振蕩波形中高次諧波分量也小，輸出波形較好。

2.電感三點式振蕩器電感三點式是利用并聯諧振回路中的電感分壓實現正反饋的。由于晶體管的三個極分別連接于回路電感的三端，稱為電感三點式振蕩器，也稱為哈特萊（Hartley）振蕩器。圖3-14電感三點式振蕩器

式中，L=

L1+L2為回路的總電感(3)電容三點式與電感三點式振蕩器相比較：振蕩頻率表達式相同電容三點式振蕩器輸出波形較好、輸出頻率較高，調節振蕩頻率不方便。電感三點式振蕩器輸出波形較差、輸出頻率不高，容易起振，調節振蕩頻率比較方便。

3晶體振蕩器壓電效應石英晶體的特點是具有壓電效應。不同型號的晶體具有不同的機械自然諧振頻率。當外加電信號頻率等于晶體固有的機械諧振頻率時，晶體的振動幅度最強，感應的電壓也最大，表現出電諧振。晶體-----石英諧振器的簡稱.利用石英晶體的壓電效應制成的一種諧振元件圖3-15石英諧振器的電抗頻率特性曲線

石英晶振的固有頻率十分穩定，它的溫度系數（溫度變化1℃所引起的固有頻率相對變化量）在10–6以下。石英晶振的振動具有多諧性,有基頻振動和奇次諧波泛音振動。前者稱為基頻晶體，后者稱為泛音晶體。晶體厚度與振動頻率成反比，工作頻率越高，要求晶片越薄。機械強度越差，加工越困難，使用中也易損壞。石英晶體的等效電路特點：①晶體的參數值十分穩定，因此它的等效諧振回路有很高的標準性②具有極高的Q值③Cq<<C0,因此晶體的接入系數很小，外電路對它的影響很小。

阻抗頻率特性①當和時，

，晶體等效為電容；②當時，，晶體等效為短路；③當時，，晶體等效為電感；④當時，，晶體為并聯諧振。總結：晶體使用的兩種模式：時，晶體短路線時，晶體電感

晶體振蕩電路根據晶體在振蕩器中的作用原理可分為兩類：并聯型晶體振蕩器：晶體作為高品質的電感

串聯型晶體振蕩器：晶體作為高選擇性的短路元件

圖3-16并聯諧振型晶體振蕩器的兩種基本形式圖3-17串聯諧振型晶體振蕩器3.3振幅調制什么是信號調制？

調制就是用一個信號（稱為調制信號）去控制另一個做為載體的信號（稱為載波信號），讓后者的某一特征參數按前者變化。

利用高頻振蕩信號作為運載工具，將要傳送的低頻信號“裝載”到高頻振蕩信號上。低頻信號稱為“調制信號”，高頻振蕩信號稱為：“載波信號”。調制有三種，調幅、調頻、調相。圖3-18振幅調制器的一般模型3.3.1調制的基本概念調幅信號c)ustuctb)a)OxtxOxO調幅原理與方法調幅就是用調制信號x去控制高頻載波信號的幅值。常用的是線性調幅，即讓調幅信號的幅值按調制信號x的線性函數變化。調幅信號的一般表達式可寫為：

us=(Um+mx)coswctm為調制系數（載波振幅變化幅度/載波振幅）

txOtOucusa)調制信號b)載波信號Otc)調幅信號調幅電路按照頻譜可分為單邊帶調幅（SSB）普通調幅（AM）雙邊帶調幅（DSB）普通調幅（AM），雙邊帶調幅（DSB），單邊帶調幅（SSB）37(1)模擬乘法器調幅電路圖3-19模擬乘法器調幅電路

3.3.2低電平調幅電路調幅電路按照輸出功率的高低，又可分為低電平調幅和高電平調幅。383.3.2低電平調幅電路

(2)二極管電路。用單二極管電路和平衡二極管電路作為調制電路,都可以完成AM信號的產生。UC>>UΩ,流過二極管的電流iD為單二極管調制電路及頻譜3

邊帶調幅電路普通調幅波中抑制載波分量就是雙邊帶，從數學上看，載波信號與調制信號相乘可以得到，因此利用模擬乘法器能實現雙邊帶調幅電路。圖3-21模擬乘法器40

1)高電平調制

高電平調制主要用于AM調制,這種調制是在高頻功率放大器中進行的。通常分為基極調幅、集電極調幅以及集電極基極(或發射極)組合調幅。集電極調幅電路3.3.3高電平調幅電路基極調幅和集電極調幅均屬于高電平調幅電路，采用高效率的丙類諧振功率放大器，在放大的同時又實現調幅。一般只能輸出普通調幅波41集電極調幅的波形集電極電壓與Ic1有近似線性關系集電極電壓隨調制信號uΩ變化工作在過壓區電流雙峰凹陷，高度受集電極調制信號控制．負載有濾波選頻作用42基極調幅電路43基極調幅的波形

欠壓區Ic1與Eb成近似線性443.4振幅解調振幅解調方法可分為包絡檢波和同步檢波兩大類。包絡檢波是指解調器輸出電壓與輸入已調波的包絡成正比的檢波方法。由于AM信號的包絡與調制信號成線性關系,因此包絡檢波只適用于AM波。包絡檢波的原理框圖什么是解調？

在將測量信號調制，并將它和噪聲分離，放大等處理后，還要從已經調制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調45

同步解調器的框圖

同步檢波又可以分為乘積型和疊加型兩類。它們都需要用恢復的載波信號ur進行解調。

同步檢波器(a)乘積型(b)疊加型46圖3-24包絡檢波電路圖3-25包絡檢波波形

大信號的包絡檢波，主要是利用二極管的單向導電特性和檢波負載RC的充放電過程。輸出電壓為檢波負載兩端的電壓。二極管正向導通時，電容充電時間很短，二極管反向截止時，電容放電時間長，所以輸出電壓uo

的有一只很小起伏，基本與高頻調幅波包絡基本一致，即輸出調制信號3.4.2包絡檢波47二極管峰值包絡檢波器(a)原理電路(b)二極管導通(c)二極管截止加入等幅波時檢波器的工作過程(1)檢波過程就是信號源通過二極管給電容充電與電容對電阻R放電的交替重復過程。

(2)

二極管負極永遠處于正的較高的電位,輸出電壓接近于高頻正弦波的峰值,即Uo≈Um。(3)二極管電流iD包含平均分量(此種情況為直流分量)Iav及高頻分量。3.4.2包絡檢波

1．原理電路及工作原理482.性能指標包絡檢波器有幾個主要質量指標：電壓傳輸系數(檢波效率)、輸入電阻和失真

493)失真理想情況下，包絡檢波器的輸出波形應與調幅波包絡線的形狀完全相同。在實際的應用中上，電路中各種因素的影響，二者之間總會有一些差別，亦即檢波器輸出波形有某些失真。產生的失真主要有：惰性失真、負峰切割失真、非線性失真、頻率失真

圖3-26惰性失真

1)惰性失真

在二極管截止期間,電容C兩端電壓下降的速度取決于RC的時常數。2)負峰切割失真(底邊切割失真)

直流負載電阻R與交流(音頻)負載電阻不相等，而且調幅度ma相當大的情況下引起的。檢波器及輸出端電路如圖3-26所示。圖3-27檢波器及輸出端電路50（4）頻率失真

耦合電容Cc

的存在主要影響檢波的下限頻率Ωmin。濾波電容C對上限頻率Ωmax影響較大圖3-28負峰切割失真波形（3）非線性失真非線性失真是由檢波二極管伏安特性曲線的非線性所引起的。這時檢波器的輸出音頻電壓不能完全和調幅波的包絡成正比，會產生其它的頻率分量。

3.3.4同步檢波同步檢波器又稱為相干檢波器。抑制載波的雙邊帶和單邊帶的包絡波形，與調制信號變化不同，不能直接反映調制信號的變化規律，頻譜中沒有載波的頻率分量，不能用包絡檢波器解調，只能采用同步檢波同步檢波器，必須給檢波器輸入一個與信號載波同頻同相的本地參考信號，圖3-29同步檢波器方框圖3.5 調頻與鑒頻1、什么是角度調制？

頻率調制和相位調制是統稱，是用調制信號去控制載波信號的頻率或相位實現的。載波的頻率或相位隨調制信號線性變換，都表現為載波的總相位變換，或者載波的角度變化，顧，調頻和調相都屬于角度調制。3.5.1 調頻信號用調制信號控制載波的頻率稱為調頻。產生調頻信號的方法很多，歸納起來主要有兩類：第一類是直接調頻，就是用調制信號直接控制載波的瞬時頻率。第二類是間接調頻，先將調制信號積分，然后對載波進行調相，結果得到調頻波，即由調相變調頻。在信號調制中常以一個高頻正弦信號作為載波信號。一個正弦信號有幅值、頻率、相位三個參數，可以對這三個參數進行調制，分別稱為調幅(AM)、調頻(FM)和調相(PM)。也可以用脈沖信號作載波信號?？梢詫γ}沖信號的不同特征參數作調制，最常用的是對脈沖的寬度進行調制，稱為脈沖調寬。常用的調制方法

3.5.1調頻信號用調制信號控制載波的頻率稱為調頻。第一類是直接調頻。第二類是間接調頻。調頻信號的方法主要有兩類：

56

3.5.2調頻電路1調頻電路主要性能指標（1）線性的調頻特性。調頻電路輸出信號的瞬時頻偏△f

與調制電壓UΩm

的關系，也就是調頻器的調制特性。調頻特性曲線如圖3-30

所示。調頻特性曲線的線性度要好，線性范圍越寬，最大頻偏△fm也大，調頻波與調制信號在較寬范圍內呈線性關系。圖3-30調頻特性曲線57（2）調頻靈敏度。單位調制電壓變化所產生的頻率偏移，稱為調頻靈敏度kf。調制特性曲線在原點處的斜率就是調頻靈敏度。頻靈敏度kf

越大，相同的調制信號產生的△fm

越大，調制信號的控制作用就越強，但過高的靈敏度對調頻電路性能帶來不利影響。58（3）載波頻率穩定度。也稱為中心頻率穩定度，調頻的瞬時頻率就是以載頻fc

為中心而變化的，中心頻率是調頻波的基準，因此，為了防止產生較大的失真，載波頻率fc

要穩定。同時也要求載波振蕩的幅度要保持恒定，無寄生調幅，或者寄生調幅盡可能小。（4）頻偏。在正常的調制信號作用下，能達到的最大頻率偏移。在調頻時，調頻特性線性部分能夠實現的頻偏。最大頻偏△fm

調頻特性曲線限制。因此如何擴展最大線性頻偏是調頻器設計中需要考慮的問題，通?？梢杂帽额l器實現頻偏的擴展。592直接調頻

直接調頻的基本原理是用調制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率。振蕩器的頻率在中心頻率隨調制信號的幅度波動。振蕩頻率的頻偏正比于調制信號的幅度值。（1）變容二極管直接調頻變容二極管是一種電壓控制可變電抗元件，變容二極管PN結的結電容隨反向電壓變化，反向電壓增加時其電容減小，反向電壓減小時其電容增大，這個結電容的大小能靈敏地隨反向偏壓而變化。將變容二極管作為可控電容元件，應用到振蕩器的振蕩回路