雷达技术入门：雷达的基本组成之发射机和接收机

雷达作为现代感知技术的核心装备，其性能的实现依赖于各组成部分的协同工作。以典型单基地脉冲雷达为例，其基本组成主要包括天线、发射机、接收机、信号处理机、终端设备以及同步设备等。这些组件各司其职，共同完成从电磁波发射、目标探测到信息输出的全过程。

一、发射机

发射机是雷达系统的“动力源”，负责产生辐射所需强度的高频脉冲功率。其波形特征为脉冲宽度τ（决定距离分辨力）和重复周期Tᵣ（决定最大不模糊距离）的高频脉冲串。根据产生方式的不同，发射机可分为直接振荡式和功率放大式两类，二者各有特点。

直接振荡式发射机

直接振荡式发射机采用磁控管振荡器等器件，在脉冲调制器控制下直接产生高频脉冲功率，并通过馈线直接馈送至天线。

这种方式的优点是结构简单、成本低，但频率稳定度较低，且难以产生复杂的脉冲波形（如线性调频、相位编码等），因此多用于对频率稳定性要求不高的常规雷达。

功率放大式发射机

功率放大式发射机（又称主振放大式）则采用高稳定度的频率源（如频率综合器）作为频率基准，在低功率电平上形成所需波形的高频脉冲串作为激励信号，再通过发射机中的末级功放（如行波管、速调管）进行放大，最终获得大的脉冲功率馈给天线。

这种方式的优点是频率稳定度高（便于对回波信号进行相参处理），且能够产生各种复杂的脉冲压波形（如脉冲压缩雷达所需的线性调频信号），因此广泛应用于现代高性能雷达。

二、天线

天线是雷达与空间电磁环境交互的“窗口”，其核心功能是将发射机产生的电磁能量定向辐射到空间，同时收集目标反射的回波能量。天线的性能直接影响雷达的观测距离、测向精度和分辨力。

方向性与波瓣宽度

脉冲雷达天线通常具有极强的方向性，通过将辐射能量集中在窄波束内，以获得较大的观测距离。天线的方向性越强（即波瓣越窄），雷达测向的精度和分辨力就越高。

常用的微波雷达天线为抛物面反射体，其馈源放置在焦点上，通过抛物面的反射将高频能量聚成窄波束，实现能量的高效定向辐射与接收。

波束扫描方式

天线波束在空间的扫描是实现全方位目标探测的关键。传统方式采用机械转动天线，通过天线控制系统控制天线在空间的扫描，并将天线指向的角度数据实时传输至终端设备。

随着技术发展，电子扫描方式逐渐成为主流：

相控阵天线

阵列天线

三、天线收发开关

脉冲雷达的天线通常是收发共用的，这需要高速开关装置（称为天线收发开关）来实现发射与接收状态的切换。其工作原理如下：

发射状态：天线与发射机接通，同时与接收机断开，防止强大的发射功率进入接收机，烧毁接收机的高放混频部分；

接收状态：天线与接收机接通，同时与发射机断开，避免微弱的接收功率因发射机旁路而减弱。天线收发开关属于高频馈线的一部分，通常由高频传输线和放电管组成，也可采用环行器、隔离器等器件实现。其性能直接影响雷达的收发隔离度和系统可靠性。

四、接收机

接收机是雷达系统的“感知核心”，负责将天线接收到的微弱回波信号放大到足以进行信号处理的电平，同时抑制内部噪声，保证高灵敏度。

现代雷达接收机多采用超外差式结构，由高频放大（部分雷达无高频放大）、混频、中频放大、检波、视频放大等电路组成。

接收机的核心任务

接收机的首要任务是放大微弱回波信号。由于回波信号极其微弱（可能低于噪声电平），因此接收机的第一级通常采用低噪声高频放大器，以最大限度降低噪声系数，提高信噪比。中频放大器则设计为发射信号的匹配滤波器，通过匹配滤波提高峰值信号噪声功率比，为后续信号处理奠定基础。

信号处理与检波

对于需要复杂信号处理的雷达（如需分辨固定杂波和运动目标回波的雷达），部分信号处理任务由接收机完成。接收机中的检波器通常为包络检波器，用于取出调制包络并送至视频放大器；若后续需进行多普勒处理，则可采用相位检波器替代包络检波器，以提取回波信号的相位信息。

五、信号处理机

信号处理机的核心任务是消除不需要的信号（如杂波、干扰）及干扰，同时增强由目标产生的回波信号，为后续检测判决提供高质量的数据

处理技术

动目标显示（MTI）：通过抑制固定杂波（如地面、海面反射），保留运动目标回波，实现运动目标的检测；

脉冲多普勒雷达：利用多普勒滤波器区分运动目标与杂波，适用于强杂波环境（如气象杂波）；

脉冲压缩处理：对复杂信号（如线性调频信号）进行匹配滤波，实现距离分辨力的提升。

=数据处理与目标识别

许多现代雷达在检测判决后还需进行数据处理，如自动跟踪（根据目标回波建立轨迹，预测未来位置）、目标识别（通过回波特征区分目标类型）。为应对输入端的杂波剩余，可采用恒虚警（CFAR）等技术进行补救，确保检测性能的稳定性。

六、终端设备

终端设备是雷达系统的“人机交互界面”，负责将处理后的信号以直观方式呈现给操作人员或后续系统。最简单的终端是显示器，如平面位置显示器（PPI），可根据目标亮弧的位置读取目标的距离和方位角。

此外，自动检测和跟踪设备（ADT）可对原始视频信号进行处理：按距离方位分辨单元分别积累，经门限检测取出较强回波，消除大部分噪声，对每个目标建立航迹跟踪，并将处理后的信息送至终端显示器。这些功能通常依赖数字计算机实现，实现雷达系统的自动化与智能化。

七、同步设备

同步设备是雷达系统的“时钟与频率基准”，由频率综合器（产生严格相位关系的各种频率振荡）和时间标准（提供统一时钟）组成。频率综合器确保雷达各分机保持全相参工作（即发射信号与接收信号的相位关系稳定），时间标准则保证各分机的同步运行，是雷达系统稳定工作的基础。

结语

典型单基地脉冲雷达，不同类从发射机的功率产生到天线的定向辐射，从接收机的微弱信号放大到信号处理的智能提取，再到终端的信息输出，雷达各组成部分的协同工作，共同实现了对目标的精准探测与信息获取。