什么是雷達(dá)(Radar)?“Radio Detection and Ranging ”,意思是無線電檢測和測距。
雷達(dá)通過天線向外發(fā)射毫米波,再接收目標(biāo)反射信號,根據(jù)接收的時間差測得目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)和相對距離。
雷達(dá)測距的原理
最基本的原理就是利用時間差計算距離,被測與雷達(dá)都靜止不動,假設(shè)接收到的發(fā)射出去的信號時間是t,那么距離L=t*v(3*10^8)/2
那么是怎么測移動的速度呢?
這里要提到多普勒效應(yīng)。
當(dāng)移動臺以恒定的速率沿某一方向移動時,由于傳播路程差的原因,會造成相位和頻率的變化,通常將這種變化稱為多普勒頻移。它揭示了波的屬性在運動中發(fā)生變化的規(guī)律。
也就是說當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時,反射信號頻率將高于發(fā)射信號頻率;反之,當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線時,反射信號頻率將低于發(fā)射頻率。
根據(jù)頻率的偏移計算物體移動的速度和方向。
如上圖所示,雷達(dá)發(fā)射的脈沖波,起始是A,結(jié)束是B,AB之間的距離為D,相對速率為Vr,由于目標(biāo)在移動,A和B接觸目標(biāo)的時間就不同,△t=D/(c+Vr)
B點接觸到目標(biāo)后被反射,由于多普勒效應(yīng),頻率發(fā)生變化,那么AB之間的距離Dt也發(fā)生變化
Dt=(c?Vr)*Δt=D*(c+Vr)/(c?Vr)
因為脈沖波的個數(shù)是不會變的
f/ft=D/Dt=1+2Vr/(c-Vr)≈1+2Vr/c
所以頻偏Δf=ft-f=f(1+2Vr/c-1)=f*2Vr/c=2Vr/λ
λ=c/f
通過這里我們也可以明白雷達(dá)為什么大部分都是脈沖波,脈沖波雷達(dá)既可以測速可以測距。
雷達(dá)的設(shè)計
雷達(dá)作為探測工具,發(fā)射功率非常大,雷達(dá)在工作過程中,發(fā)射信號泄漏會對接收機(jī)造成干擾,情況主要有兩種:一種是大信號干擾使得接收機(jī)壓縮增益或出現(xiàn)飽和,甚至造成接收機(jī)阻塞;另一種是發(fā)射信號的邊帶噪聲將微弱的回波信號淹沒,對接收機(jī)的目標(biāo)檢測造成影響。
雷達(dá)與通信不同,通信的信息包含在發(fā)射端,即發(fā)射端知道自己發(fā)射了一個什么信息,接收端通過協(xié)議,也知道需要接收什么。
雷達(dá)發(fā)射端不包含任何信息,信息(目標(biāo))未可知,所以,接收端需要將中間的調(diào)制信息(目標(biāo)),經(jīng)過與發(fā)射混頻,得到一個中頻信號,然后對信號進(jìn)行,幅度相位的處理,接收端與發(fā)射端的設(shè)計思路與通信相同。
也就是說,雷達(dá)與通信最大的不同是信息的處理方式。
雷達(dá)為什么要用相控陣?
雷達(dá)通常不是作為一個獨立的射頻電路出現(xiàn)的,它的出現(xiàn)一般都伴隨著相控陣,為什么要用相控陣?
這要說到雷達(dá)的成像,雷達(dá)具有對運動目標(biāo)(飛機(jī)、導(dǎo)彈等)、區(qū)域目標(biāo)(地面等)進(jìn)行成像和識別的能力。成像就不僅需要知道目標(biāo)的位置和距離,還需要知道目標(biāo)的大小。
距離分辨率
雷達(dá)的分辨率ρ=c/2f,頻率越高,分辨率越高,所以根據(jù)需要探測目標(biāo)大小和分辨率的不同,雷達(dá)的頻率也不同(氣象雷達(dá)通常是L)
方向分辨率
橫向分辨率CR近似為
CR = Rλ/D = 天線目標(biāo)距離*波長/天線尺寸 ,提高方位分辨力的常規(guī)方法只有兩條途徑:一是采用更短的波長,二是研制尺寸更大的天線。
假設(shè)需要0.1m的分辨率,10000MHz信號波長0.03m,距離1000m,那么就需要300m的天線尺寸。這么大的天線顯然不太現(xiàn)實。
這時候就可以通過多個天線陣列去做方向分辨,天線的陣列距離我們是知道的,可以通過對不同陣元接受的信息處理就可以得到方向的圖像。
這就是相控陣在雷達(dá)中的應(yīng)用,如果要成像,要用相控陣。
█?最后的話
射頻的學(xué)習(xí)不再是孤立的器件調(diào)試,而是從整體的角度去理解系統(tǒng),理解器件,理解指標(biāo)。射頻收發(fā)系統(tǒng)的指標(biāo)設(shè)計與分解已經(jīng)快200人加入了,如果你也想提升射頻能力,系統(tǒng)的學(xué)習(xí)射頻,學(xué)習(xí)射頻通信,課程介紹戳鏈接??,除了課程視頻,還有課件PPT,一群一起學(xué)習(xí)的人,遇到問題解決不了,需要咨詢,可以和群友一起討論,也可以咨詢我。
相信能幫助你走的更快、更穩(wěn)、更遠(yuǎn)!
感興趣掃碼咨詢。