1、授課教師：授課教師： 楊宏春楊宏春第第 7 章章 超寬帶接收機(jī)超寬帶接收機(jī)7.1 超寬帶接收機(jī)概述超寬帶接收機(jī)概述7.1.1 影響超寬帶接收機(jī)發(fā)現(xiàn)能力的主要因素影響超寬帶接收機(jī)發(fā)現(xiàn)能力的主要因素沖激信號(hào)帶寬沖激信號(hào)帶寬雷達(dá)距離分辨率雷達(dá)距離分辨率沖激信號(hào)時(shí)寬沖激信號(hào)時(shí)寬雷達(dá)速度分辨率雷達(dá)速度分辨率沖激信號(hào)能量沖激信號(hào)能量雷達(dá)探測距離雷達(dá)探測距離討論討論 雷達(dá)發(fā)現(xiàn)能力取決于帶寬、時(shí)寬和能量的乘積雷達(dá)發(fā)現(xiàn)能力取決于帶寬、時(shí)寬和能量的乘積7.1.2 寬帶、超寬帶接收機(jī)的典型形式寬帶、超寬帶接收機(jī)的典型形式 外差式超寬帶雷達(dá)接收機(jī)外差式超寬帶雷達(dá)接收機(jī) 超寬帶沖激脈沖雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)超寬帶沖激脈沖雷達(dá)時(shí)

2、域接收機(jī) Chirp 線性調(diào)頻雷達(dá)接收機(jī)線性調(diào)頻雷達(dá)接收機(jī) 脈間步進(jìn)頻雷達(dá)接收機(jī)脈間步進(jìn)頻雷達(dá)接收機(jī) 脈沖相位編碼脈間步進(jìn)雷達(dá)接收機(jī)脈沖相位編碼脈間步進(jìn)雷達(dá)接收機(jī)討論討論 外差式和沖激脈沖雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)是最典型的接收機(jī)，相對帶外差式和沖激脈沖雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)是最典型的接收機(jī)，相對帶 寬可大于寬可大于25%7.2 沖激雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)沖激雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)7.2.1 沖擊雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)的內(nèi)涵沖擊雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)的內(nèi)涵將接收天線接收到的微弱時(shí)變周期窄脈沖信號(hào)經(jīng)放大器放大和將接收天線接收到的微弱時(shí)變周期窄脈沖信號(hào)經(jīng)放大器放大和高速采樣后，送至高速采樣后，送至A/D變換器和數(shù)字信號(hào)處理器處理或由計(jì)算變換器和數(shù)字

3、信號(hào)處理器處理或由計(jì)算機(jī)控制的雷達(dá)成像設(shè)備中成像。機(jī)控制的雷達(dá)成像設(shè)備中成像。信號(hào)控制系統(tǒng)信號(hào)控制系統(tǒng)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)TR開關(guān)開關(guān)收發(fā)天線收發(fā)天線射頻前端模塊射頻前端模塊數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理7.2.2 沖擊雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)的原理結(jié)構(gòu)沖擊雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)的原理結(jié)構(gòu)低噪放低噪放 LNA濾波器濾波器功分器功分器射頻模塊原理結(jié)構(gòu)射頻模塊原理結(jié)構(gòu)7.2.3 描述沖擊雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)的主要參數(shù)描述沖擊雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)的主要參數(shù)(1) 接收機(jī)帶寬接收機(jī)帶寬接收機(jī)帶寬主要是指接收機(jī)帶寬主要是指LNA滿足功率增益、噪聲系數(shù)、輸入滿足功率增益、噪聲系數(shù)、輸入輸出駐波、穩(wěn)定性性能的頻帶范圍輸出駐波、穩(wěn)定性性

4、能的頻帶范圍(2) LNA噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)S：信噪比下降的倍數(shù)：信噪比下降的倍數(shù)outoutininNSNSS/ 多級放大器噪聲系數(shù)多級放大器噪聲系數(shù) 21312111SSSSSSSSin、Nin分別為輸入端信號(hào)和噪聲功率分別為輸入端信號(hào)和噪聲功率用用dB表示噪聲系數(shù)表示噪聲系數(shù))lg(10)dB(SS 用用Te表示噪聲系數(shù)表示噪聲系數(shù))1(0 STTeTe=293 K(3) LNA功率增益與增益平坦度功率增益與增益平坦度功率增益功率增益G：信號(hào)源和負(fù)載為：信號(hào)源和負(fù)載為50 時(shí)，輸出、輸入功率比時(shí)，輸出、輸入功率比outinPPG 增益平坦度增益平坦度 G

5、：帶內(nèi)最大、最小增益差：帶內(nèi)最大、最小增益差(4) 雷達(dá)接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍雷達(dá)接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍：動(dòng)態(tài)范圍：LNA輸入信號(hào)的最小、最大功率范圍輸入信號(hào)的最小、最大功率范圍 動(dòng)態(tài)范圍下限取決于噪聲性能；動(dòng)態(tài)范圍下限取決于噪聲性能； 動(dòng)態(tài)范圍上限取決于動(dòng)態(tài)范圍上限取決于LNA非線性指標(biāo)。非線性指標(biāo)。TSBMkP0min 動(dòng)態(tài)范圍下限動(dòng)態(tài)范圍下限PminM表示系統(tǒng)信號(hào)噪聲比表示系統(tǒng)信號(hào)噪聲比動(dòng)態(tài)范圍上限動(dòng)態(tài)范圍上限P1dB：輸出偏離線性范圍：輸出偏離線性范圍1 dB點(diǎn)點(diǎn)(5) 端口駐波比和反射損耗端口駐波比和反射損耗按按LNA噪聲系數(shù)設(shè)計(jì)匹配電路，可能偏離駐波比最佳狀態(tài)；噪聲系數(shù)設(shè)計(jì)匹配電路，可能偏

6、離駐波比最佳狀態(tài)；一般地，輸入端口駐波比要求一般地，輸入端口駐波比要求 1.5-3； 輸出端口駐波比輸出端口駐波比 2-3(6) 系統(tǒng)穩(wěn)定性系統(tǒng)穩(wěn)定性絕對穩(wěn)定條件：絕對穩(wěn)定條件：LNA輸入輸出端反射系數(shù)輸入輸出端反射系數(shù) 滿足滿足11 12 條件穩(wěn)定：條件穩(wěn)定：LNA輸入、輸出端反射系數(shù)輸入、輸出端反射系數(shù)大于大于1的穩(wěn)定態(tài)的穩(wěn)定態(tài)條件穩(wěn)定動(dòng)態(tài)范圍條件穩(wěn)定動(dòng)態(tài)范圍211222112221122221121SSSSSSSSk 放大器在放大器在 s輸入平面的絕對穩(wěn)定充要條件輸入平面的絕對穩(wěn)定充要條件 0012112211kSSS放大器在放大器在 L輸入平面的絕對穩(wěn)定充要條件輸入平面的絕對穩(wěn)定充要條

7、件 0012112222kSSS7.2.4 探地雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)舉例探地雷達(dá)時(shí)域接收機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)舉例(1) 地層參數(shù)的衰減地層參數(shù)的衰減電磁波在介質(zhì)中隨距離衰減的計(jì)算公式為電磁波在介質(zhì)中隨距離衰減的計(jì)算公式為 221121 (a) 衰減常數(shù)隨電導(dǎo)率的變化衰減常數(shù)隨電導(dǎo)率的變化(b) 衰減常數(shù)隨電導(dǎo)率的變化衰減常數(shù)隨電導(dǎo)率的變化1E-51E-41E-30.010.111E-30.010.1110 f=110MHz r=3 r=5 r=7 r=91E-91E-81E-71E-61E-51E-71E-61E-51E-41E-3 f=110MHz r=3 r=5 r=7 r=92040608010

8、02.0 x10-44.0 x10-46.0 x10-48.0 x10-41.0 x10-31.2x10-31.4x10-31.6x10-31.8x10-32.0 x10-3r =10-5 f=110MHz f=1.1GHz f=11GHz f=110GHz(a) 衰減常數(shù)隨介電常函數(shù)的變化衰減常數(shù)隨介電常函數(shù)的變化2040608010001234567891011121314151617181920r =10-1 f=110MHz f=1.1GHz f=11GHz f=110GHz(b) 衰減常數(shù)隨介電常函數(shù)的變化衰減常數(shù)隨介電常函數(shù)的變化0.02.0 x1084.0 x1086.0 x10

9、88.0 x1081.0 x1098.4x10-48.4x10-48.4x10-48.4x10-48.4x10-48.4x10-4 f(Hz)r=7, =10-50.02.0 x1084.0 x1086.0 x1088.0 x1081.0 x1090123456789 f(Hz)r=7, =10-1(a) 衰減常數(shù)隨頻率的變化衰減常數(shù)隨頻率的變化(b) 衰減常數(shù)隨頻率的變化衰減常數(shù)隨頻率的變化(2) 電磁波在地層中的傳輸速度電磁波在地層中的傳輸速度電磁波在地層中傳輸速度計(jì)算公式電磁波在地層中傳輸速度計(jì)算公式 2/121121 v10610710810910100.1000.1050.1100.

10、1150.1200.1250.130=10-5,r=7fHzv (ns/s) 10710810910100.000.050.100.15 fHzv (ns/s)=0.1,r=7(3) 接收機(jī)靈敏度接收機(jī)靈敏度依頻域雷達(dá)方程依頻域雷達(dá)方程 4322)4(RGPPtr 考慮地層衰減考慮地層衰減 TSBMkPr0 依接收機(jī)靈敏度計(jì)算公式依接收機(jī)靈敏度計(jì)算公式取取M=1并帶入公式的其它相關(guān)參數(shù)，可計(jì)算得到并帶入公式的其它相關(guān)參數(shù)，可計(jì)算得到Pr(4) 發(fā)射機(jī)最小功率發(fā)射機(jī)最小功率xtrerRGPP 4443100122)4( 其中其中 211100114rr 01234567891E-71E-61E-51E-41E-30.010.11 Pr(W)r (m)0123456781E-71E-61E-51E-41E-30.010.11 Pr(W)r (m)prr變化曲線變化曲線(5) 接收機(jī)分辨率接收