关于脉冲压缩雷达线性接收机的级联设计研究

脉冲压缩雷达线性接收机和常规的脉冲雷达接收机不同，它是匹配滤波器系统的一种实际实现。脉冲压缩雷达，是一种低截获概率雷达。它较少受到与发射编码信号不同的干扰信号的影响。通常噪声系数、频率特性是雷达接收机的两个最重要的指标。本文就是从噪声系数、频率特性两方面来阐述脉冲压缩雷达线性接收机各级电路的级联关系。

一、总噪声系数和各级噪声系数的关系

因为雷达接收机往往由多级电路构成（如图1所示），所以必须建立总的噪声系数和各级噪声系数的关系。

图1 接收机级联示意图

设NF1和NF2为第一级和第二级的噪声系数，KP1和KP2为其额定功率增益，根据噪声系数定义第一级噪声系数NF1为：

NF1=（S1/N1）i/（S1/N1）o （1）

式中：（S1/N1）i为第一级输入端的信噪比；（S1/N1）o为第一级输出端的信噪比。式（1）可写为：

NF1=（S1i/S1o）×（N1o/N1i）=N1o/（KP1×N1i） （2）

式中：KP1=S1o/S1i为第一级的额定功率增益；N1i=KTf为第一级输入端理想信号源内阻的额定功率增益；N1o为第一级的输出额定功率增益，它包括两部分：信号源内阻的热噪声经过第一级电路后的输出N1o′=KTfKP1以及第一级电路本身的噪声输出N1o″，故（2）式可写作：

NF1=N1o/（KP1×N1i）=（N1o′+N1o″）/（KP1×N1i）=（KTfKP1+N1o″）/KP1KTf=1+N1o″/KP1KTf （3）

所以第一级电路本身的噪声输出额定功率N1o″为：

N1o″=（NF1-1）KP1KTf （4）

同理，对于第二级电路也可得：

N2o″=（NF2-1）KP2KTf （5）

若将第一级与第二级电路联在一起，则总的噪声系数为NF=（S1/N1）i/（S2/N2）o=（S1i/S2o）×（N2o/N1i）。因S1i/S2o=KP1×KP2及N1i=KTf，故：

NF=N2o/（KP1×KP2×KTf） （6）

而第二级最后输出的全部噪声功率N2o应包括三部分：（1）信号源内阻热噪声经两级电路后的输出；（2）第一级本身噪声输出经第二级放大；（3）第二级本身的噪声功率输出，即：

N2o=KTfKP1×KP2+N1o″KP2+N2o″ （7）

将（4）、（5）两式代入（7）式得N2o=KTfKP1×KP2+（NF1-1）KP1KTfKP2+（NF2-1）KP2KTf，则由（6）式，可得两级电路总的噪声系数NF表达式：

NF=NF1+（NF2-1）/KP1 （8）

推广到多级电路，用同样的方法可推导出n级联的噪声系数：

NF=NF1+（NF2-1）/KP1+（NF3-1）/KP1×KP2+……+（NFn-1）/KP1×KP2×……×KPn （9）

二、 两种接收机的级联设计比较

由（9）式可以看出，要使接收机的总噪声系数NF小，就需要各级噪声系数小和额定功率增益大。各级内部噪声影响大小是相异的，越靠近前级，它的噪声系数和额定功率增益对接收机系统的影响越大。下面举例说明脉冲压缩雷达线性接收机的设计。某线性接收机前端为场效应放大器和混频器，噪声系数为2.5dB，增益为32dB；压缩网络为SAW色散延迟线和放大器，其噪声系数为30dB，增益为10dB；主中放为集成宽带放大器，噪声系数为5dB，增益为50dB，有如下级联方式：

主中放位于压缩网络之前，如图2所示。

图2 接收机级联

图2中NF1=2.5dB=1.78；KP1=32dB=1585；NF2=5dB=3.16；KP2=50dB=100000；NF3=30dB=1000。由（9）式可知：

NF=NF1+（NF2-1）/KP1+（NF3-1）/KP1×KP2=1.782=2.51dB

三、接收机级联的频率特性分析

通过上文从噪声系数的角度分析了脉冲压缩线性接收机的级联问题，我们可以看出因为接收系统各部分的功能不尽相同，所以设计的接收系统各部分频率特性不一定相同，但接收系统总的带宽取决于频率特性最窄的滤波器，因此在设计时一般后一级的带宽不应大于前一级的带宽，宽--限--窄的中频放大电路形式是比较理想的级联电路。

参考文献：

[1] Merr ill I skolnik . 雷达手册[ M].北京：电子工业出版社，2003

[2] 雷达技术编写组. 雷达接收机[ M].上海：上海人民出版社，1977