在雷達接收機中,經常看到關于接收機線性放大和不能飽和的表述,為何?
一、為何接收機要線性
首先來說接收機要線性放大。接收機的作用是:
1.將天線接收到的極其微弱的回波信號放大,使接收機后面的信號處理能夠順利進行。比如,對于數字信號處理來說,接收機接收到的信號要先進行數字化,而數字化的過程中,需要進行量化,也就是說對于0.1-0.15mV的電壓,我們定義它為010,對于0.15-0.20mV的電壓我們定義它為011,等等等等。如果電壓過小,如果都是0.01V以下的,則不容易進一步進行拆分,同時,也不容易有相應的器件,最終導致無法定義出這么多等級,從而無法量化。這里涉及數字化的一些知識,無法說得特別詳細,舉例是為了說明,不代表真實得電壓哦。
2.使信號能夠保留其特征,比如頻率,相位,脈沖與噪聲的大小比例關系等信息。因為這些信息是信號處理最終正確與否的前提(包括包絡檢波,相位檢波,目標檢測等)。比如,如果信號放大不是線性的,比例關系就改變了,那么原先小得信號大了,大的信號相對變小了,最終解讀出來的信息就是有誤差甚至是錯誤的。
明白了以上原理,線性放大就不言而喻了。
二、為何要防止飽和
首先來說說飽和。所謂飽和就是輸入信號太大,經過放大后,很多信號的峰值已經達到了放大器的最大輸出電壓。放大器的輸出信號電壓不可能比放大器電壓大,因為一個器件的輸出電壓不可能大過它本身的電壓(器件本身的供電是確定的,想象一個電路,它的輸出怎么可能比電源的電壓還高呢(這里不考慮變壓器,因為變壓器在這些器件中不會使用,一般只在電源中會使用)?
雷達信號,經過壓縮或者檢波后,都是針對尖峰進行處理的(比如檢測的過程)。對于有尖峰的輸入信號,如果出現了飽和的情況,輸出信號就不在是尖峰的樣子,而是出現峰頂變平的狀態(變平的地方就對應放大器的最大電壓),也就是波形"失真"了(由原先有尖峰的狀態變成出現很多平坦峰值的狀態)。那“失真”會導致什么呢?主要有這些后果:
1.會導致頻譜擴展。了解一點信號處理的同學,如果波形變化了,那么頻率就會增加,也就是這里說的擴展,會出現一些原先沒有的頻率,這自然是不好的。
2.能量分散。由于這個信號總的能量基本是確定,頻譜擴展會導致有一些頻率出現在了雷達處理的頻帶之外,這些能量都是浪費掉的,也就導致信號噪聲比(SNR)的損失,因為噪聲是在所有頻率上都存在的,它不會變小。信噪比的無謂損失是不能接受的,因為它影響到最終的信號檢測。
3.同時相位也出現異常。對信號進行傅里葉變換后,相位的變化將導致信號的分析和測量出現極大問題,如果嚴重,則雷達就會喪失部分功能,比如基于脈沖多普勒技術的雷達信號處理。
三、如何處理
所有的接收機在設計之初,都是要求設計成線性的,這個問題在設計中進行限制,而防止飽和,會在雷達中采用STC或AGC的控制技術,有些雷達中還有用限幅器的,其目的都是為了接收機的輸入符合要求,不能太大或太小。
在雷達受到干擾后,設計不好的雷達也會出現飽和的問題。
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