全相參雷達頻率源設計的幾點探討

趙文峰+李曉莉

摘要：針對全相參雷達進行了概念闡述，重點針對全相參雷達頻率源的設計進行分析，強調運用系統集成的觀點來分析雷達頻率源的設計，分析了一本振、二本振以及相關的RF接收系統等，為全相參雷達頻率源的設計提供了較多的參考。

關鍵詞：全相參雷達；頻率源設計；探討與研究

引言

相參性雷達在我國雷達的應用中十分普遍，主振放大式雷達由頻率綜合器產生各種相關相參信號。相參雷達具有一定的優點，這也是其近年來獲得廣泛應用的關鍵所在。現代全相參多普勒雷達作為全相參雷達的一種主要類型，對于頻率源的穩定性提出了較高的要求，本文便是為了對全相參雷達進行相應的頻率源設計的探討。

一、全相參雷達概述

相參性雷達是指雷達系統的發射信號、本振電壓、相參震蕩電壓和定時器的觸發脈沖均由同一基準信號發出，這些信號之間可以保持較穩定的相位關系，這種雷達系統稱為全相參雷達。而非相參雷達則在發射信號和本振信號的相位方面不具有一致性，接收機混頻信號與發射信號各自單獨產生。

相比于非相參雷達，相參雷達具有多方面的優點，比如其頻率較為穩定，中頻全相參或本振鎖相相參在整個接受信號期間都持續存在。可以更好的進行接收信號的相位判斷。以便進行多普勒信息的獲取。

二、全相參雷達頻率源的設計

全相參雷達對于頻率源有較高的要求，其短期相對頻偏 值具有一本振頻率高，對于短穩的要求較高，即的值，該值定義為短期相對穩定度。短穩較小說明相噪反應較低。同時，全相參雷達的二本振及相參信號頻率值較低。在相同的頻偏之下，全相參雷達對于短穩的要求要比一本振少，這一數值大約是.因而在全相參雷達的穩定工作中起到重要作用的是一本振。全相參雷達在軍事和氣象方面都有較大的應用，一般軍用雷達對頻率源的要求更高，而氣象雷達的種類繁多，用處也不同，它對輸出頻率帶寬的要求不嚴格，相比軍用全相參雷達而言對頻率源的要求也有了一定的降低。

氣象用雷達對于頻率源的輸出功率起伏要求要比軍用雷達的頻率源更嚴，因為它常用功率電平來標示，故而要求輸出功率要足夠小。同時，氣象雷達為了操作簡單往往使用一次混頻，對于頻率源輸出信號通道之間的隔離要求較高，往往要求達到100db之上。對于RF接收而言，為了實現高靈敏度、抗鏡象干擾多采用低噪聲放大并加二次變頻技術，在軍用雷達和氣象雷達上，這一點是共同的要求。而在選取一本振還是二本振變頻方面，由于一本振跳頻、因而合成較為復雜。RF接收中頻恒定，二本振跳頻容易實現，因而一般采用二本振設計。

圖1 頻率源、RF接收圖

2.1.頻率源工程科學設計

全相參雷達頻率源的工程設計需要根據雷達具體的使用環境來決定，以氣象雷達為例，其要求的寬頻帶頻率捷變較小，對于相噪、雜散、通道隔離性等具有較高的要求。因而頻率源的設計需要保證以下幾點：

首先，為了保障相對較低的相噪和雜散，同時達到高隔離的要求，就必然要求該頻率源具有良好的電磁兼容設計，具備較好的去耦濾波措施，平衡輸入和輸出在控制接口的設計中具有重要意義。同時要保障良好的印制板中信號走向設計，保證元器件的施放不會產生額外的相噪和雜散。

其次，應對較低的相噪，選用長、短期頻率穩定度都較好的恒溫晶振是不錯的選擇，并合理設計倍頻次數，正確選用倍頻電路，設計良好的信號功率電平和放大器電路。

最后，設計良好的低雜散并保證較高的通道隔離性，這要求不僅在電容方面還要在電路設計方面具有良好的設計與匹配性。合理的濾波器設計對于電路匹配設計有較大的作用，也有助于實現高通道隔離性。

2.2.一本振合成

一本振的合成由參考頻率源首先發出一定頻率的參數，根據一定的路徑到達一本振之后轉去中頻接收。F1相噪譜密度以下述公式計算：

S0（W）={Sr（W）+N2[SN（W）+SVLF（W）/K2]+SVPD（W）/}+[1/（HG（s））]﹒[SVCO（W）+SVFM（W）/S2]（1）

該式子描述了一本振在合成過程中的相關過程，G（S）是環路開環增益函數，Sr（W）是參考源相噪譜密度，SN（W）是分頻器引入的相噪譜密度，SVPD（W）是PD引入的相噪譜密度。SVCO（W）是VCO相噪譜密度。SVFM（W）是電源紋波、噪聲和振動造成VCO寄生調頻。Kd是PD鑒相靈敏度。K0是VCO壓控靈敏度。

在該式中，具備低通特性的等效環路輸入相噪由后式VCO及相關因素造成。具備高通特性，不難看出N2的大小將導致環路帶內相噪惡化的主要因素，由于N的數值較大，則會造成f1相噪明顯變大。在一本振合成的過程中，可以看出間接合成相比于直接合成而言具有更好的集成程度、模塊化程度較高，調試的工作量較小。

2.3.二本振及RF接收設計

二本振的作用是實現部分跳頻的實現，其計算公式為n1（16）n2（2）=n（32）.對于振頻較低的二本振而言，可以適當增加其工作時間，可以保證較好的合成設備量、性能指標。在工程技術方面，RF接收——中頻濾波器相對帶寬=BW/f一中頻5%，S、C波段的中頻設計一般為400-500兆赫茲，故而一般不會影響RF接收設計。

總結

本文重點是從相對專業和系統化的觀念來分析幾種雷達頻率源設計的方法，對軍用和氣象用雷達等不同的形式需要的雷達頻率源的不同進行了相應的分析，為相關的研究提供可資借鑒的經驗。

參考文獻：

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[2]PengGe，LingjiangKong，JianyuYang，Bin Zhao.Performance analysis of the full coherent netted radar system[P].IET International Conference on Radar Systems （Radar 2012），2012.

簡介：趙文峰，男（1983.5——），四川達州市人，工程師，本科，研究方向：火控雷達頻綜。

二作李曉莉，女（1986.8——），四川達州市人，助理工程師，本科，研究方向：火控雷達頻綜。