接收机概述.ppt

雷达接收机
一、接收机设计基础
噪声系数和灵敏度、动态范围等
二、雷达接收机的结构
三、接收机带宽定义
四、增益控制方法
五、高频地波雷达OSMAR2003接收机及主要部件
放大器、滤波器、混频器、振荡器等
一、接收机设计基础
设计目标:
从噪声背景中,最佳地分离出所需要的回波。
考虑因素:
系统噪声、系统增益、动态范围、带宽、相位和幅度稳定性以及对过载饱和的敏感性等问题。
雷达接收机的具体设计还跟应用背景、发射波形的形式、干扰(不希望的信号)的特性以及接收信号的处理方式等因素有关
噪声及噪声系数
加性噪声、乘性噪声。白(色)噪声、有色噪声
信道中加性噪声的来源的不同,—般分为:
无线电噪声:它来源于别的无线电发射机。
工业噪声:来源于各种电气设备。
自然噪声(天电噪声),指自然界存在的各种电磁波源。
内部噪声。内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声。
按随机噪声的性质进行分类,可分为:
单频噪声:连续波干扰,极窄的频带,但可以实测。
脉冲噪声:无规则,持续时间短。频谱较宽。但频率越高,其频谱强度就越小。
起伏噪声:以热噪声、散弹噪声及宇宙噪声为代表的噪声。在时域内还是在频域内它们总是普遍存在的。
闪烁噪声:在低频段以1/f噪声为主,高频段以热噪声为主。原因是电流通过元器件中不连续点会产生火花,使电阻的电导率发生变化,从而引起电流噪声。
噪声及噪声系数
起伏噪声:对于温度为T,阻值为R的有噪电阻,单边噪声电流功率谱密度和噪声电压功率谱密度分别为
(-1)
为玻尔兹曼常数,
T为热噪声源的绝对温度。可见,热噪声是白噪声。
若把此有噪电阻产生的热噪声作为信号源,则当此信号源与其负载共轭匹配时,所能输出的最大噪声功率,称为该电阻热噪声源的资用噪声功率,或称额定噪声功率。为
其中
(-2)
噪声及噪声系数
闪烁噪声:实际电阻,单边噪声电流功率谱密度和噪声电压功率谱密度分别为
式中K为常数,与电阻材料、制造工艺有关。
为流过电阻的直流电流。
由此可见,当电阻中没有直流电流通过时,电阻中就仅有热噪声,而不会有过剩噪声。故一个实际电阻在低频段以1/f噪声为主,高频段以热噪声为主。因此,从低噪声设计用途考虑,不仅要选闪烁噪声小的电阻,如线绕电阻、金属膜电阻等,而且要尽量减小电阻中的直流压降以减少低频噪声。
(-3)
噪声及噪声系数
结型场效应管JFET(Junction FET)和金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET):
这类器件是通过调制导电沟道的电阻来工作的。因此,在电阻性沟道中必然会产生热噪声。因为导电沟道的电阻值随外加偏压而变,故热噪声大小与偏压有关。除此之外,更为重要的是闪烁噪声,其功率谱密度为
W、L分别为沟道的宽度和长度,K是取决于工艺处理的常数
任何无损耗的纯电抗元件都是无噪声的。
而对于有耗电抗元件,其损耗用电阻表示,此电阻产生的热噪声就是该有耗电抗元件的热噪声
为极间电容。
(-4)
噪声及噪声系数
有噪的两端口网络分析模型
其内部噪声都可以由置于输入端的两个噪声源来等效:
一个与信号源串联的噪声电压源和一个与信号源并联的噪声电流源,把该两端口网络看作一个理想无噪的网络。
其中
是信号电压
是信号源内阻
是输入端短路,网络的输出噪声功率等效到输入端的值。
是输入端开路,网络的输出噪声功率等效到输入端的值。
和
是相关的。
一般情况下,
-1
信号源与网络之间存在两种匹配:
1、使传输功率最大的功率匹配。
2、使系统噪声系数最小的最佳信号源内阻。
噪声系数:表征了信号通过系统后,系统内部噪声造成信噪比恶化的程度。与系统增益无关。
噪声及噪声系数
-1所示的电路,假设:
和
是不相关的。其噪声系数为
可以求出使系统噪声系数最小的最佳信号源内阻为
(-5)
(-6)
(-7)
级联噪声系数
可见,前面几级的噪声系数和增益对系统影响较大。为降低系统的噪声系数,必须降低第一、二级电路的噪声系数并适当提高它们的增益,以降低后面各级的噪声对系统的影响。如果第一级没有增益,反而有损耗,对降低系统的噪声系数是不利的。
噪声及噪声系数
(-8)
无源四端网络的噪声系数等于无源四端网络额定功率增益的倒数
灵敏度:是衡量系统接收微弱信号能力的技术指标。
基底噪声
基底噪声越大、或者要求的输出信噪比越高,为保证输出质量所要输入的信号最低电平就越高,即灵敏度越低。
根据噪声系数的定义:
在阻抗匹配的情况下,由源内阻产生的热噪声送给接收机的噪声功率为其额定功率,即有
此时对应于保证输出信噪比