民機通信導航與雷達-第六章-氣象雷達課件

本章學習要點①了解氣象雷達基礎知識；②理解雷達收發(fā)電路的基本工作原理；③理解雷達天線的基礎知識；④了解顯示器的基本工作原理；課時分配2學時第六章氣象雷達本章學習要點第六章氣象雷達本章主要內容第一節(jié)氣象雷達基礎；第二節(jié)雷達收發(fā)電路的基本工作原理；第三節(jié)雷達天線基礎

；第四節(jié)顯示器的基本工作原理

；本章主要內容一、氣象雷達的基本功用及工作概況基本功用：機載氣象雷達用于在飛行中實時探測前方航路上瞬息萬變的氣象狀況，是保證飛行安全的重要機載電子設備之一；工作方式:氣象氣象與湍流地圖第一節(jié)氣象雷達基礎一、氣象雷達的基本功用及工作概況基本功用：工作方式:氣象第（一）雷達對氣象目標及其它空中障礙物的探測１.雷達對氣象目標的探測圖6-1雷達所提供的氣象目標顯示圖像O：代表飛機的位置OA：代表飛機縱軸線的延長線弧形亮線:代表不同距離的距離標志圈，在距離標志圈的一端顯示由該圈所代表的距離（海里）數O點出發(fā)的明亮射線：代表方位線，可以判讀目標相對于飛機縱軸的方位

機載氣象雷達通過不斷掃掠的天線向飛機前方及其兩側扇區(qū)輻射功率強大的雷達脈沖信號，同時接收由降雨區(qū)等含水氣象目標所產生的雷達回波?；夭ㄐ盘栐诶走_接收機和顯示器中經過復雜的處理，最終以光信號——明亮的目標圖像的形式在顯示器上顯現出來。（一）雷達對氣象目標及其它空中障礙物的探測O：代表飛機2.氣象雷達對其它空中目標和障礙物的探測

對云霧、雪花等不能有效探測，對晴空湍流也不能檢測氣象雷達的這一特性，對在惡劣氣象條件下和夜間飛行的飛機，以及在地形復雜地區(qū)飛行的飛機來說，具有特別重要的意義。但是，必須強調指出，決不能把氣象雷達作為防撞引導設備來應用。機載氣象雷達除了能發(fā)現和探測空中氣象目標外，還能有效地發(fā)現和探測航路上的山峰、相遇飛機等目標。這些目標也能和降雨區(qū)等氣象目標一樣，有效地反射雷達電波。2.氣象雷達對其它空中目標和障礙物的探測對云霧、（二）氣象雷達的地形觀察功能把雷達波束指向地面時，利用地表不同地物對雷達電波反射特性的差異，可以在雷達顯示器上顯示出飛機前下方扇區(qū)內的地表特征的圖像，這就是氣象雷達工作于“地圖”方式時的地形觀察功能。當雷達電波投射到大地表面時，不同地表特征便形成了強弱差別明顯的雷達回波。根據雷達回波的這一特性，氣象雷達便可在顯示器上顯示出地表特征的平面位置分布圖形來。

圖6-2圖6-2是雷達工作于地圖方式時的顯示畫面，畫面清晰地顯示出海岸線、湖泊（箭頭2）及較寬的河流（箭頭1）的輪廓線。飛行員利用這種地貌特征的平面位置圖形，可以方便地判斷出飛機的位置。

（二）氣象雷達的地形觀察功能把雷達波束指向地面時，利用地表不二、雷達的基本組成圖6-3機載氣象雷達系統(tǒng)機載氣象雷達的基本組件為雷達收發(fā)組、雷達天線、顯示器、控制盒和波導系統(tǒng)。機載氣象雷達還需由垂直陀螺提供傾斜和俯仰穩(wěn)定信號，傾斜和俯仰信號可以由單獨的垂直陀螺組件提供，也可由慣性基準系統(tǒng)提供。圖6－3是由一部雷達收發(fā)組、一部顯示控制器、天線及波導組成的氣象雷達方塊圖。二、雷達的基本組成圖6-3機載氣象雷達系統(tǒng)（一）雷達收發(fā)組

結構：由雷達發(fā)射機和雷達接收機兩部分基本電路組成

作用：雷達發(fā)射機用于產生強力的、周期性的微波脈沖信號

雷達接收機用于接收和處理由天線接收的雷達回波信號機載氣象雷達的工作頻率為9333，9345或9375MHz。這一波段屬于Ｘ波段。由于雷達的工作波長僅為3.2cｍ，所以雷達發(fā)射電路及接收電路中的高頻部分是由各種微波器件組成的雷達收發(fā)組總是安裝在盡量靠近天線的位置，例如前設備艙或機鼻罩內，以盡可能縮短連接波導的長度。（一）雷達收發(fā)組結構：由雷達發(fā)射機和雷達接收機兩部分基本電（二）雷達天線組

種類：氣象雷達所使用的天線有平板型天線和拋物面天線作用：把發(fā)射機所產生的強力脈沖信號形成很窄的雷達波束輻射到空中，并接收由雷達目標反射回來的回波信號。特點：雷達天線的一個顯著特點是需要進行復雜的運動。除了要自動地進行周期性的往復掃掠——方位掃掠外，還需要自動進行天線的傾斜俯仰修正運動。雷達天線組安裝在飛機雷達罩（機鼻罩）內的密封艙前隔板上。雷達罩用于保護雷達天線，保持飛機的流線型外形。雷達罩是用非金屬材料制成的，應能保證電磁波的順利穿透。（二）雷達天線組種類：氣象雷達所使用的天線有平板型天線和拋民機通信導航與雷達-第六章-氣象雷達課件（三）顯示器與控制盒彩色顯示器在顯示氣象目標時通常用綠、黃、紅以及紫紅色來表示強度逐漸增大的降水區(qū)。其所顯示的目標圖像的亮度與目標的距離、面積、降雨率無關在顯示地面目標時，通常用藍綠色、黃色、紫紅色來代表反射強度不同的地面目標。黑白雷達顯示器則用明亮程度的不同來反映目標反射特性的強弱。黑白雷達顯示器則用明亮程度的不同來反映目標反射特性的強弱。（三）顯示器與控制盒彩色顯示器在顯示氣象目標時通常用綠、黃、（四）波導系統(tǒng)

作用：用于實現雷達收發(fā)組和天線之間的射頻能量的傳輸。

特點：由于雷達信號是頻率極高的微波信號，所以不能用一般無線電設備所用的同軸電纜來傳輸，只能用封閉的波導系統(tǒng)傳送。發(fā)射機產生的功率強大的雷達發(fā)射信號，通過波導系統(tǒng)傳送給天線，輻射到空中去；同一部天線所接收的雷達回波信號，也是經過同一波導系統(tǒng)傳送給雷達收發(fā)組中的接收機的。結構：由剛性波導和軟波導組成。在有的氣象雷達的波導系統(tǒng)中，還裝設有一個波導開關和等效負載。（四）波導系統(tǒng)作用：用于實現雷達收發(fā)組和天線之間的射頻能三、氣象雷達的基本工作原理（一）氣象雷達對目標的探測1．目標對雷達信號的反射

機載氣象雷達之所以選擇頻率為9300—9400MHZ范圍內的Ｘ波段的信號，其基本原因之一就是因為雨區(qū)及其它空中降水氣象目標能夠對這一波段的信號產生有效的反射。不同氣象目標對雷達信號的反射程度,還與它們本身的含水密度及狀態(tài)等有關氣象雷達所輻射的是能量集中在極短時間內的射頻脈沖信號。采用脈沖發(fā)射信號，可以有效地探測和區(qū)分空中的氣象目標。三、氣象雷達的基本工作原理（一）氣象雷達對目標的探測1．目標

2．回波信號的接收

雷達的接收機和發(fā)射機是共用一部雷達天線工作的。信號的發(fā)射與回波信號的接收過程交替進行。雷達發(fā)射機在極短時間中產生的功率強大的脈沖信號，通過天線輻射出去。在這短短的幾微秒內，雷達接收機的輸入端是關閉的，不與天線連通。雷達發(fā)射過程結束后，雷達工作于接收狀態(tài)，此時天線與接收機輸入端相連接，不同距離處目標所產生的回波信號由天線接收而加至接收機進行復雜的處理。

雷達工作在接收狀態(tài)的時間遠遠大于它的發(fā)射時間，幾乎等于脈沖的周期，一般為2000—8000。在這段接收時間中，距離飛機約400nmile范圍內的明顯氣象目標所產生的回波信號，都能夠被雷達所接收。2．回波信號的接收3．天線波束及其掃掠

雷達發(fā)射機所產生的脈沖射頻信號，由雷達天線匯聚成束后向空中某一方向輻射出去。在某一瞬間，雷達天線指向空間某一方向，此時，我們可以簡單認為只有在這一方向的目標才會被雷達波束照射到，從而產生相應的回波信號而被雷達所探測；其它方位的目標，由于不可能被雷達信號照射到，所以在這一瞬間是不會產生回波而被雷達探測到。為了探測飛機航路前方及其左右兩側的氣象情況，氣象雷達天線在一定范圍內進行往復方位掃掠。通過天線的周期性方位掃掠，雷達就可以探測這一方位范圍內被波束所依次照射到的目標。氣象雷達對目標的上述探測過程如左圖3．天線波束及其掃掠為了探測飛機航路前方及其左右兩側的氣象（二）氣象雷達對目標距離的測定雷達天線所輻射的電磁波是以光速c在空中向前傳播的。在氣象雷達中，通過度量所接收到的目標回波信號與發(fā)射脈沖之間的時間間隔，就可以確定目標相對于飛機的距離。設目標的距離為R，則信號往返于飛機與該目標之間所需的時間t為：

例如，對于距離為1km的目標來說，信號往返所需的時間為6.67μs。這樣，對于距離為10km，100km的目標來說，回波信號相對于發(fā)射脈沖的時間延遲就是66.7，667μs

。同樣，對于距離為1nmile的目標，其回波延遲為12.36；10nmile，100nmile處的目標則為123.6和1236μs

，以此類推。（二）氣象雷達對目標距離的測定（三）雷達顯示目標方位的基本原理前已說明，由于雷達天線所形成的輻射波束是寬度很窄的圓錐形波束，因而可以認為當天線指向某一方位時只有該方位的目標回波才能被雷達所接收?；谶@一事實，只要把接收到回波信號時的天線方位值正確地傳送到顯示器中去，使回波圖像顯示在熒光屏上的對應方位，就能正確地顯現出該目標的實際方位。在模擬式的機載氣象雷達中，是利用同步器或旋轉變壓器一類機電式同步系統(tǒng)來實現上述目的的。在現代數字式氣象雷達中，實現上述顯示目標方位的過程和電路要復雜得多，但其基本思想則是一致的。（三）雷達顯示目標方位的基本原理四、雷達信號及其基本參數氣象雷達發(fā)射機所產生的雷達發(fā)射信號，是一種工作頻率在9300—9400MHz之間的周期性脈沖射頻信號，如下圖所示。

在雷達短暫的發(fā)射期內，雷達發(fā)射機產生功率很大的等幅正弦振蕩，形成包絡形狀為矩形的周期性脈沖發(fā)射信號；在兩次發(fā)射脈沖的間隔期內，接收機接收來自由不同距離的目標所反射回來的回波信號?；夭ㄐ盘柕姆冗h遠小于發(fā)射信號，在時間上延遲于發(fā)射脈沖一定的時間，但其頻率仍可認為與發(fā)射信號相同。四、雷達信號及其基本參數氣象雷達發(fā)射機所產生的雷達發(fā)射信號，1．工作頻率

雷達的工作頻率即雷達發(fā)射信號的頻率。工作頻率也可以稱為射頻頻率，通常用來表示。氣象雷達的工作頻率是固定的，通常在9300—9400ＭＨｚ范圍內選擇，例如9333MHZ，9345MHZ，9375MHZ。只有少數氣象雷達的工作頻率為Ｃ波段的5440MHZ。1．工作頻率2．脈沖重復周期或脈沖重復頻率雷達發(fā)射機所產生的周期性脈沖射頻信號的重復頻率稱為雷達的脈沖重復頻率，常記為PRF。有時，也習慣用脈沖重復周期PRT來表示雷達脈沖信號的發(fā)射間隔時間。脈沖重復周期是周期性脈沖信號相鄰兩個脈沖之間的間隔時間，應從脈沖的前沿測量到下一個脈沖的前沿時刻，如圖所示。3．脈沖寬度通常所定義的脈沖寬度τ，指高頻脈沖包絡半功率點（0.707電壓點）之間或前后沿0.5點之間的時間間隔。在需要進一步說明脈沖波形的特性時，則以脈沖最大值的10%處的時間間隔為脈沖底部寬度；脈沖最大值的90％處的間隔為脈沖頂部寬度。2．脈沖重復周期或脈沖重復頻率3．脈沖寬度4．脈沖功率與平均功率雷達發(fā)射機在脈沖期間所輸出的信號功率稱為脈沖功率，常用符號來表示。脈沖功率是決定雷達探測范圍的主要因素之一。提高脈沖功率，所發(fā)射的信號能量增大，遠距離目標所產生的回波信號能量也相應增大，因而能夠增大雷達的探測范圍。機載氣象雷達的脈沖功率為100瓦至幾十千瓦。舊式雷達的功率較大，通常為幾十千瓦。新式雷達在探測范圍相同的情況下，發(fā)射功率遠低于舊式雷達。平均功率指在整個發(fā)射周期中雷達發(fā)射信號的功率，常用表示。氣象雷達的平均功率從1瓦左右到幾十瓦不等。4．脈沖功率與平均功率5．占空比

脈沖占空比也叫脈沖占空系數或脈沖工作比，占空比等于脈沖寬度與脈沖重復周期的比值，即脈沖寬度與脈沖重復頻率的乘積。5．占空比五、氣象雷達的工作方式（一）氣象方式氣象方式是機載氣象雷達最基本的工作方式。氣象方式在蘇式雷達中稱為“障礙物”方式。雷達工作于氣象方式時，顯示器上所呈現的是空中氣象目標及其它目標的平面位置分布圖形。此時，天線波束在飛機前方及左右兩側的扇形區(qū)域內往復掃掠，以探測飛機航路前方扇形平面中的氣象目標，通常是飛機所處的飛行高度層中的目標。天線所輻射的是很窄的錐形波束，俗稱“鉛筆波束”。雷達發(fā)射機產生周期性射頻脈沖信號，經由波導系統(tǒng)輸往天線輻射。天線所接收的空中氣象目標及其它目標的回波，經由波導系統(tǒng)輸入到接收機進行放大及其它處理。五、氣象雷達的工作方式（一）氣象方式（二）地圖工作方式

地圖方式是各型機載氣象雷達所共有的一個基本工作方式，在蘇式雷達中稱為“觀察”方式。雷達以地圖方式工作時，呈現在熒光屏上的是飛機前下方地面的地表特征。在一些舊式氣象雷達中，地圖方式時的天線波束形狀是不同于氣象方式的余割平方波束，俗稱為“寬波束”。這種波束在水平面內仍然是很窄的，其水平波束寬度與探測空中目標時的窄波束相同；所不同的是寬波束的能量在垂直平面內分布范圍較寬，向天線電軸前下方約30°俯角的范圍內輻射。利用這種余割平方波束，就可以照射飛機前下方較寬范圍內的地面區(qū)域，達到視察地形的目的。（二）地圖工作方式（三）測試方式大多數新型機載氣象雷達都設置有功能完善的機內測試電路，以對雷達進行快速的性能檢查。下圖是一種典型的雷達測試圖形。當選擇測試方式時，顯示器上即顯現如圖6-7所示的彩色測試帶及其它自檢信息。

（四）準備方式有的氣象雷達設置有準備方式，以使發(fā)射機中的高頻功率振蕩器及顯示器有一定的加溫準備時間。準備時間約70ｓ，有的則長達3—4min。應用全固態(tài)器件的雷達通常不需要設置準備方式。在準備方式，發(fā)射機不產生射頻振蕩，因此天線不會輻射電磁能量。（三）測試方式一、電路組成與結構特點（一）收發(fā)組的功用和組成各型氣象雷達收發(fā)組都是由發(fā)射電路、接收電路、收發(fā)轉換電路三部分基本電路及電源供給電路、狀態(tài)監(jiān)控電路等組成的，如圖。除此之外，通常還把控制天線穩(wěn)定的電路設置在收發(fā)組中。

第二節(jié)雷達收發(fā)電路的基本工作原理（一）收發(fā)組的功用和組成第二節(jié)雷達收發(fā)電路的基本工作原理發(fā)射機電路作用:用于產生功率強大的周期性脈沖射頻信號。它所產生的發(fā)射信號經由收發(fā)轉換開關輸出，通過波導系統(tǒng)傳送到天線上輻射。接收處理電路

作用:用于對天線所接收的微弱的回波信號進行放大及其它處理，產生視頻回波信號或相應的視頻信息輸送給顯示器。收發(fā)轉換電路

作用:能自行完成雷達天線及波導系統(tǒng)與發(fā)射機或接收機之間的良好連接，并使接收端與發(fā)射端互相隔離。發(fā)射機電路電源供給電路輸入的電源通常由收發(fā)組內的電源供給電路轉換為各種不同的直流穩(wěn)定電壓，供給收發(fā)組內的各部分電路，以及雷達系統(tǒng)的其它組件。

監(jiān)控電路特點:在高電壓、大功率的狀態(tài)下工作作用:主要用于監(jiān)控發(fā)射機振蕩器、調制器、高壓電源等電路的工作狀況。天線穩(wěn)定放大電路這一部分電路的工作原理將在天線一節(jié)中予以說明。電源供給電路（二）收發(fā)組電路的結構特點

分類:可以分為高頻部分與中、低頻部分

特點:

高頻率:雷達信號為Ｘ波段的微波信號。

大功率:收發(fā)組中的中、低頻電路的工作頻率為數十或上百兆赫，其電路結構與一般電子設備相似，是由集成器件或分立元件組成的電路板。

（二）收發(fā)組電路的結構特點高頻率:雷達信號為Ｘ波段的微波信號（三）兩種類型的發(fā)射電路1．單級振蕩式發(fā)射電路發(fā)射機中的調制器用于實現對磁控管振蕩器的控制，以使磁控管振蕩器形成的周期性脈沖射頻信號的重復周期、脈沖寬度、幅度符合要求。2．主振放大式發(fā)射電路

雷達所需的發(fā)射功率是通過功率放大器保證的。

（三）兩種類型的發(fā)射電路（四）雷達維護中的一些注意事項散熱問題雷達收發(fā)組設置有專用的冷卻風扇，以利于散熱。有的收發(fā)組面板上裝有超溫指示器。防磁使用磁控管的雷達收發(fā)組的磁控管外裝有磁性很強的永久磁鐵工作中應注意避免影響它們的磁性，也要防止其它器具被磁化。電磁輻射及其它雷達所輻射的微波波束能量集中。這種微波有害人體健康。

（四）雷達維護中的一些注意事項二、發(fā)射電路的基本工作原理（一）磁控管振蕩器

1．磁控管的構造

磁控管是一種特殊的電真空器件。如下圖是典型的磁控管的外形圖。由圖可見，它是由陽極及陽極散熱片、陰極、燈絲和外加永久磁鐵等幾部分組成的。民機通信導航與雷達-第六章-氣象雷達課件陽極及陽極槽孔:用純銅制成的圓柱形導體，兩端封閉，內部抽成高度真空;(由圖可以看到8個規(guī)則的圓形槽孔)槽孔的幾何形狀及尺寸決定了磁控管振蕩器的振蕩頻率;控管振蕩器不需要外加振蕩元件

陰極與燈絲:陰極外表面敷有脈沖放射能力很強的氧化物;磁控管陽極A和陰極K之間加有極高的直流電壓外加永久磁鐵:作用在磁控管內部陽極與陰極之間的作用空間，其方向與管軸平行;磁控管內部電子的運動是受外加永久磁鐵所產生的恒定磁場控制的

陽極及陽極槽孔:用純銅制成的圓柱形導體，兩端封閉，內部抽成高下圖是磁控管的剖面示意圖,圖中以表示磁場射入紙面。永久磁鐵的磁性很強，其磁感應強度可達幾千高斯。由于在管內作用空間中，磁場與由陽、陰極之間的直流高壓所形成的電場互相垂直，所以這類振蕩器件稱為正交型振蕩器件。正是由于正交的電場與磁場的共同作用，才使管內電子的運動形成特殊的軌跡，從而產生振蕩。下圖是磁控管的剖面示意圖,圖中以表示磁場射入紙面。永久磁2．磁控管產生振蕩的基本原理（1）電子在正交電磁場中的運動加熱陰極所發(fā)出的電子群，在陽極與陰極之間的直流高壓所形成的直流電場的作用下，會被加速而高速飛向陽極。但是，當電子具有一定的速度后，由于受到與其運動方向相垂直的恒定磁場的作用，會在磁場力的作用下改變其運動方向，最終使電子沿所謂滾輪線而不是沿徑線向陽極運動。

如圖所示，圖中所畫的是展開的部分陽極表面與陰極圖形，圖中只畫出了三個電子運動的軌跡。2．磁控管產生振蕩的基本原理加熱陰極所發(fā)出的電子群（2）振蕩的產生與維持所產生的振蕩的頻率，主要決定于等效電容和等效電感的數值，即決定于槽孔和槽口的幾何形狀與尺寸。所建立的交變電磁振蕩會延伸到陽極與陰極表面之間的作用空間。圖中表示某一瞬間的交變電場的分布情況。所產生的交變電磁場同樣會對后續(xù)電子的運動產生影響，最終使管內作用空間的電子群聚成旋轉的車軸狀的運動電子云，不斷地從陰極飛向陽極，使振蕩得以加強和維持。（2）振蕩的產生與維持3．交變電磁能的輸出磁控管內所產生的高頻電磁振蕩的磁場，集中在槽孔空間內。在陽極某槽孔壁上開孔，裝設耦合環(huán)，即可將管內所產生的高頻電磁振蕩能量耦合到與磁控管輸出裝置緊連的波導中去。4．磁控管振蕩器的電源電路與振蕩的調制從原理上講，磁控管振蕩器的外電路只是它的陰極負高壓的供給電路和燈絲電路，十分簡單。陰極負高壓的高壓電源電路，實際上是受調制器控制的。當調制管導通時，直流負高壓通過調制器加至陰極，磁控管振蕩的條件得到滿足，即可產生高頻電磁振蕩，這就是雷達脈沖信號的作用期間。調制器關閉時，沒有直流負高壓作用到陰極，磁控管就停止振蕩，這就是雷達發(fā)射脈沖之間的接收期。3．交變電磁能的輸出（二）脈沖調制器1．脈沖調制器的基本功用脈沖調制器的基本功用是控制脈沖的波形，以形成具有一定寬度和形狀的周期性脈沖射頻信號。2．電子開關調制器調制器主要是由調制管、儲能元件（電容）、峰化電感、阻尼二極管等組成的，見右圖。（二）脈沖調制器當外加觸發(fā)脈沖（正極性）加到調制管的控制柵極時，調制管導通，儲能電容通過導通的調制開關迅速放電，在與磁控管并連的分布電容兩端建立起脈沖高壓——作用在磁控管陰極與陽極之間的負高壓。當外加觸發(fā)脈沖消失后，調制管截止，分布電容通過峰化電感迅速放電，加在磁控管兩端的直流高壓也隨之消失，磁控管停止振蕩。峰化電感除了作為充、放電的通路外，還可以起到縮短脈沖后沿的作用。

阻尼二極管用于消除脈沖尾部振蕩。當外加觸發(fā)脈沖（正極性）加到調制管的控制柵極時，調制管導通3．由可控硅與仿真線組成的調制器調制器利用可控硅（SCR）作為電子開關；利用仿真線（脈沖形成網路PFN）作儲能元件并控制脈沖的寬度與波形；利用脈沖變壓器實現阻抗匹配，升高脈沖電壓。扼流圈為充電元件。電路簡圖見右圖。

外加觸發(fā)脈沖加到可控硅的控制極時，脈沖高壓，使磁控管振蕩器產生射頻振蕩仿真線放電完畢后，可控硅開關截止，磁控管停止振蕩，從而成一定寬度的脈沖射頻信號。3．由可控硅與仿真線組成的調制器外加觸發(fā)脈沖加到可控硅的控制（三）主振——放大式發(fā)射電路右圖為一種典型的彩色氣象雷達發(fā)射電路的原理方塊圖,振蕩源利用晶體振蕩器產生兩路頻率穩(wěn)定的激勵信號輸至變頻器，兩路信號的頻率分別為763.88MHz和13.88MHz。變頻器輸出兩者的和頻的信號，經緩沖放大后加至脈沖調制電路。所形成的周期性脈沖信號的頻率遠低于發(fā)射頻率；其信號功率同樣也遠低于發(fā)射機的功率要求。信號在功率放大器中進行組合放大；再在功率倍頻器中兩次倍頻組合，最后形成頻率9333MHz的功率符合要求的周期性脈沖射頻信號。（三）主振——放大式發(fā)射電路三、收發(fā)轉換電路（一）收發(fā)轉換開關收發(fā)轉換開關應能滿足兩方面的要求:

機載氣象雷達所使用的收發(fā)開關是由波導器件組成的環(huán)流器。環(huán)流器的內部裝有一定形狀的鐵氧體。鐵氧體的非互易特性和波導器件內電磁場的幅度與相位分布特性，共同形成了它所特有的收發(fā)轉換功能，使環(huán)流器的四個端口之間的電磁能量的傳輸，只能沿1→2，2→3，3→4的方向傳輸，而不能逆向傳輸。應能實現天線與發(fā)射機或接收機的電氣連接。應能保證發(fā)射機輸出端與接收機輸入端之間的距離。三、收發(fā)轉換電路應能實現天線與發(fā)射機或接收機的電氣連接。如左圖所示的原理圖。

發(fā)射機產生的功率強大的射頻脈沖信號接至1端，由2端輸出，經波導系統(tǒng)輸往天線。由1端進入環(huán)流器的發(fā)射信號是不會耦合到3端去的。接收機的高頻輸入端與3端相連接，由天線輸入的微弱的回波信號，即由2端耦合到3端而進入接收機。4端裝設有匹配負載。

（二）放電管放電管裝在接收機的高頻輸入端。它的功用是保護接收機的混頻器晶體。如左圖所示的原理圖。發(fā)射機產生的功率強大的射頻脈沖信號接至1圖6-18氣體放電管結構圖圖6-18是氣體放電管的結構原理圖。放電管兩端是封閉的。封閉端面上有能使電磁能量通過的窗口。管內上下壁間裝有兩對錐形電極，形成放電間隙。管內充滿惰性氣體，所以稱為氣體放電管。放電管電離后，能量被反射回來，沿端口3傳輸到端口4，被裝在端口4的匹配負載吸收。

接收機混頻器的晶體是十分靈敏的，因而極易被逸漏過來的發(fā)射能量所損壞。裝設在混頻器之前的放電管，可以在發(fā)射期間阻塞接收機，起到對接收機的保護作用。圖6-18氣體放電管結構圖圖6-18是氣體放電管的結構四、接收電路的基本工作原理（一）接收電路的基本組成與工作概況

機載氣象雷達接收機通常都采用二次變頻的超外差式接收電路。下圖為一種常見的氣象雷達接收電路的組成方塊圖。按照信號的工作頻率，我們可以把接收電路分為高頻、中頻、視頻三個基本組成部分以及其它附屬電路。四、接收電路的基本工作原理（一）接收電路的基本組成與工作概況1．高頻部分組成:由信號混頻器和本機振蕩器等電路組成。作用:接收機高頻部分的基本任務，就是通過變頻降低回波信號的頻率，以利于對信號進行放大及進行其它處理。特點:第一中頻信號頻率為30MHz、60MHz、166.6MHz或其它與此相近的數值。2．中頻部分作用:放大回波信號和濾除噪聲。特點:中頻電路包括第一中頻放大器、第二本機振蕩器、第二混頻器和第二中頻放大器。氣象雷達常用的第二中頻頻率有10.7MHz、13.8MHz等。1．高頻部分組成:由信號混頻器和本機振蕩器等電路組成。23．視頻檢波電路用于產生對應于中頻回波信號包絡的視頻回波信號、放大視頻信號并進行其它處理。

數字式接收電路的數字信號處理過程比較復雜，它可以形成高質量的視頻信息輸往顯示器。4．接收機中的其它電路除對信號進行放大、處理的主電路及自頻調電路外，接收機中通常還設置有自動增益控制電路（ＡＧＣ）、時間靈敏度控制電路（ＳＴＣ）、自檢信號產生電路以及監(jiān)測電路等附屬電路。3．視頻檢波電路用于產生對應于中頻回波信號包絡的視頻回波信（二）信號混頻器圖（ａ）為射頻回波信號，它是脈沖信號。其射頻頻率與發(fā)射信號頻率一致。

圖（ｂ）為本機振蕩信號，它連續(xù)等幅正弦振蕩，其頻率比回波信號頻率（即發(fā)射信號頻率）低了一個中頻。

回波信號與本機振蕩信號在混頻器中相混頻所產生的差頻信號就是頻率降低了的中頻回波信號，其頻率為，振幅包絡與所輸入的射頻脈沖信號一致。

（二）信號混頻器圖（ａ）為射頻回波信號，它是脈沖信號。其射頻1．微波二極管上述信號變頻過程，是借助于微波二極管的非線性特性實現的。

需要指出的是，為了保證電路的性能，必須使一對混頻二極管的特性盡可能地一致，因此在需要時總是成對地更換混頻二極管。微波二極管的外形不同于一般的高頻二極管，如圖所示。當回波信號和本機振蕩信號共同作用在混頻二極管兩端時，就在電路中產生了這兩個信號頻率的各種組合頻率。適當設計電路，選擇合適的二極管，可以產生較強的差頻信號。

1．微波二極管上述信號變頻過程，是借助于微波二極管的非線性特2．信號混頻器的基本結構雷達信號混頻器通常采用平衡混頻電路，但其結構與高頻、甚高頻接收機中的平衡混頻器有很大的不同。雷達回波信號與本機振蕩信號均為9300ＭＨz左右的微波信號，所以混頻器是用波導器件組成的，其電路結構簡圖見下圖回波信號自三分貝電橋的一端輸入，均勻地分配到如圖所示的上、下二路波導里；本機振蕩信號則加到電橋的另一輸入端，通過耦合孔作用到兩個混頻二極管上。兩個混頻管的特性是對稱的，但極性相反。2．信號混頻器的基本結構雷達信號混頻器通常采用平衡混頻電路，（三）本機振蕩器

1．本機振蕩器的結構和基本工作原理

現代氣象雷達通常利用各種微波固體器件來產生本振信號，下圖為P-90雷達收發(fā)組所應用的本機振蕩器的結構簡圖。當供給耿氏二極管所需的直流電壓時，即可在諧振腔內激勵起所需頻率的微波振蕩，直流電壓（在P-90中為9ｖ）通過射頻濾波器加至耿氏二極管，以消除本機振蕩器和供電源之間的射頻耦合，保證振蕩的穩(wěn)定。這種本機振蕩器是由耿氏二極管、變容二極管和波導器件等組成的（三）本機振蕩器1．本機振蕩器的結構和基本工作原理現代2．對本振頻率的控制對本機振蕩器的控制電壓是由自動頻率微調電路產生的。

在變容二極管兩端的控制電壓改變時，它的等效電容隨之變化，從而使本振頻率按照自頻調電路所產生控制電壓而變化，達到控制本振頻率的目的。在利用自動頻率微調系統(tǒng)來穩(wěn)定中頻頻率的雷達接收機中，本機振蕩器所提供的本振信號的頻率可以在它的中心頻率附近的一個范圍內加以控制調節(jié)，如圖所示。

2．對本振頻率的控制對本機振蕩器的控制電壓是由自動頻率微調（四）中頻與視頻電路

1．中頻放大器：中頻放大器由第一中頻放大器和第二中頻放大器組成。通常，雷達接收機的中頻放大器包括4至6級調諧放大器。（1）中頻放大器的增益與增益控制中頻放大器必須具有很高的增益，以提高雷達對遠距離目標的探測能力。

中頻放大器還必須具有足夠的動態(tài)范圍，以使強信號和弱信號都能順利通過中頻放大器，最終在顯示器上顯示出來。

（四）中頻與視頻電路1．中頻放大器：中頻放大器由第一中頻放（2）中頻放大器的通頻帶采用多級調諧放大器，可以獲得較為理想的通頻帶——具有一定寬度的接近矩形的通頻帶，如圖所示。這種中頻放大特性可以保證回波信號能量的順利通過和放大，有效地濾除噪聲，并抑制鄰道的各種干擾信號。

（2）中頻放大器的通頻帶采用多級調諧放大器，可以獲得較為理想（3）對數中頻放大器

定義:中頻放大器輸出端的信號幅度與輸入幅度的對數成正比的放大器特點:能在輸入信號幅度變化范圍很大的情況下，大大壓縮放大器輸出電壓的變化范圍;能夠有效地放大弱信號

2．第二混頻器與第二本機振蕩器

第一中頻放大器輸出的中頻回波信號，在第二混頻器中與第二本振信號相混頻，所產生的差頻信號輸至第二中頻放大器進行放大。

第二本機振蕩器應能提供頻率穩(wěn)定的第二本振信號

（3）對數中頻放大器定義:中頻放大器輸出端的信號幅度與輸入3．檢波與視頻放大電路在采用黑白顯示器的雷達顯示器上，最強的雷雨中心區(qū)域呈現為環(huán)繞明亮回波的中心黑洞。

視頻輪廓電路的方塊圖見下圖,當輪廓電路輸入端的視頻信號幅度尚未達到輪廓電平時，反向放大通道是截止的，因而視頻信號由正向放大通道放大輸出。只有超過輪廓電平的視頻信號，才能進入此反向放大通道，產生與正常視頻極性相反的反向視頻，它在輪廓電路輸出端與正向視頻相加抵消，從而在顯示器上顯現為黑洞。

數字式雷達接收機的視頻處理電路比較復雜。在對視頻信號進行一系列復雜的處理后，使視頻信號的質量大為提高，最后以數字視頻信息的形式輸送給顯示器。3．檢波與視頻放大電路在采用黑白顯示器的雷達顯示器（五）自動增益控制與靈敏度時間控制電路

1．自動增益控制（AGC）

右圖為自動增益電路的原理方塊圖，自動增益電路取樣控制門電路的工作由同步定時電路（或程序控制電路）所產生的AGC波門控制。這一波門與發(fā)射觸發(fā)信號同步，它的作用是使取樣控制門只在每一個發(fā)射周期后期的部分時間內開啟，例如8.2ｍｓ周期的最后2ｍｓ內開啟。這樣，就使得進入自動增益控制電路的只是雷達作用距離之外的視頻噪聲。

自動增益控制電壓產生電路的功用是根據所輸入的取樣噪聲電平，產生一個增益控制直流電壓，加到中頻放大器調節(jié)中頻放大器的增益。

（五）自動增益控制與靈敏度時間控制電路1．自動增益控制（A2．靈敏度時間控制電路（STC）

靈敏度時間控制電路又可以稱為“時間增益控制電路”、“近程增益控制電路”或“近距增益電路”。它的作用是降低雷達接收機在接收近距離目標時的增益，使一定范圍內不同距離處同樣性質（反射能力及反射面積相同）的目標的輸出近乎相等。靈敏度時間控制電路產生一個幅度隨時間變化的ＳＴＣ電壓去控制中放的增益。ＳＴＣ電壓的波形見右圖

ＳＴＣ控制電壓通常是利用電容器的充放電過程來產生的。

2．靈敏度時間控制電路（STC）靈敏度時間控制電五、本機振蕩頻率的自動微調（一）頻率控制關系

直接振蕩式雷達收發(fā)組中的自動頻率電路所控制的是接收機本機振蕩器的振蕩頻率，而不是發(fā)射機的振蕩頻率。

當雷達發(fā)射頻率發(fā)生頻率漂移時，自頻率微調電路自動調節(jié)接收機本機振蕩器的振蕩頻率，使兩者的差頻穩(wěn)定在接收機的額定中頻附近，其控制關系見右圖五、本機振蕩頻率的自動微調（一）頻率控制關系直接振蕩式雷達（二）自動頻率微調電路的工作過程1．跟蹤狀態(tài)

定義:在雷達正常工作時，發(fā)射信號的頻率可能產生緩慢的漂移。此時，自頻調電路自動微調本機振蕩頻率，以跟蹤發(fā)射頻率。這種工作狀態(tài)，稱為跟蹤狀態(tài)

設發(fā)射信號的頻率向增大的方向漂移，此時自頻調混頻器輸出的差頻信號（）也隨之增高，并高于額定中頻。于是，鑒頻器所產生的負極性的誤差電壓幅度增大，使控制電壓產生電路所輸出的正極性的直流控制電壓()增大。這樣，本機振蕩頻率隨之增高，從而保持差頻（）穩(wěn)定不變。

上述過程可表示如下：（穩(wěn)定）（二）自動頻率微調電路的工作過程1．跟蹤狀態(tài)定義:在雷達正2．搜索狀態(tài)

產生條件:當發(fā)射信號頻率發(fā)生突變，超出正常的自頻調跟蹤范圍，或發(fā)射機尚未產生正常發(fā)射信號輸出時，自頻調電路處于搜索工作狀態(tài)

形成方式:周期性搜索電壓是利用電容器的充放電形成的

注意事項:以上過程是在(即)的情況下自頻調系統(tǒng)的跟蹤和搜索過程。2．搜索狀態(tài)產生條件:當發(fā)射信號頻率發(fā)生突變，超出正常的一、天線的組成與工作概況（一）天線高頻部分的工作概況

組成:輻射器天線波導部分和波導旋轉關節(jié)天線組內的傳輸波導特點:具有很強的方向性,把信號能量集中在天線軸線方向的很窄的范圍內

（二）天線的運動概況方位掃掠

天線掃掠的范圍一般為80o或90o,天線的方位掃掠速率一般為每分鐘14次至18次。第三節(jié)雷達天線基礎

一、天線的組成與工作概況（一）天線高頻部分的工作概況組成:天線的穩(wěn)定

天線的人工俯仰

人工俯仰的范圍一般為±15o

當飛機的俯仰或傾斜角度沒有超過一定極限時，穩(wěn)定機構都能使天線波束軸掃掠平面與水平面平行。例如，當飛機上仰時，穩(wěn)定修正機構使天線進行相對于飛機機身平面的下俯修正運動；當飛機傾斜時，穩(wěn)定修正機構同樣能夠把波束軸修正到水平面內，如圖中虛線所示。修正運動是自動進行的

天線的穩(wěn)定天線的人工俯仰當飛機的俯仰或傾斜角度沒有二、天線高頻系統(tǒng)（一）天線的方向性特性與增益

1．方向性特性

天線匯聚電磁能的能力，可用波瓣的寬度來衡量。通常，用水平面內的方向圖和垂直面內的方向圖的波瓣張角來表示。氣象雷達天線的波瓣張角（即波瓣寬度）是指方向圖中主波鍵的兩個半功率點之間的夾角，見右圖天線口徑尺寸越大，波瓣張角越小，或者說天線的方向性越好。波瓣寬度為3o—5o。有的使用拋物面天線的雷達，可在工作于地圖方式時形成能量比較分散的余割平方波束，即寬波束。

二、天線高頻系統(tǒng)（一）天線的方向性特性與增益2．天線增益系數Ｇ

雷達天線匯聚電磁能量的能力，也可用天線增益系數Ｇ來衡量雷達天線具有良好的方向性，它的天線增益系數總大于1雷達天線的增益，常用增益分貝數表示雷達天線的增益，可達33—35dB

（二）平板型天線現代機載氣象雷達常用平板型天線，如上圖。在面向天線前方的波導壁上，開有很多窄長的縫隙。波導內的電磁波就是從這些縫隙中輻射出來的，每一條縫隙相當于一個等效的天線。因此，可以把這種微波天線稱為縫隙波導天線。這種天線對縫隙的長度、寬度及位置要求極其嚴格。維護中應注意避免天線的變形。2．天線增益系數Ｇ雷達天線匯聚電磁能量的能力，也可用天線增（三）拋物面天線特點:這種天線可以形成窄波束和寬波束兩種不同的波束組成:由輻射器、拋物面反射器、擴散檔等組成。結構如右圖所示1．拋物反射面的特性拋物反射面是對稱于軸線的旋轉拋物面

作用是把電磁波，匯聚成軸向的波束電磁能量只沿天線軸向傳播而不會偏離軸線方向波束是具有一定的寬度

（三）拋物面天線特點:這種天線可以形成窄波束和寬波束兩種不同2．輻射器與波束轉換器

組成:由一段圓形的波導和前面的錐形波導、反射片構成

作用:改變電磁波的極化方向

3．擴散檔組成:由平行的極細金屬柵條組成，有的則由鍍銀鋼絲編成

作用:形成電磁能量分布范圍較寬的余割平方波束

2．輻射器與波束轉換器組成:由一段圓形的波導和前面的錐形波三、天線方位系統(tǒng)（一）組成天線方位系統(tǒng)是由各種電機、傳感器及其它機電部件組成的，其組成方塊圖見右圖。圖中的虛線表示機械傳動關系，雙線為波導。方位系統(tǒng)的基本功用可以分為以下三個方面：驅動輻射器進行往復掃掠。把天線波束軸的掃掠信息傳送給顯示器；實現對穩(wěn)定信號的修正。三、天線方位系統(tǒng)（一）組成天線方位系統(tǒng)是由各種電機、傳感器及（二）方位掃掠與換向

1．方位電機及其驅動信號氣象雷達天線通常用步進電機或兩相異步電機來驅動天線進行方位掃掠應用平板型天線的方位系統(tǒng)通常用步進電機來驅動天線進行方位掃掠。電機的驅動信號為兩相脈動信號

2．方位掃掠的換向改變電機一相繞組中的電流方向，即可改變電機的轉向對兩相異步電機的換向通過機械換向機構和繼電器來實現利用步進電機的方位掃掠換向通過換向電路控制激勵信號的相位關系來實現（二）方位掃掠與換向氣象雷達天線通常用步進電機或兩相異步電機3．方位人工轉動方位人工轉動系統(tǒng)通過同步器來控制旋轉方位人工轉動旋鈕時，帶動與旋鈕機械交連的同步器轉子一起轉動。3．方位人工轉動方位人工轉動系統(tǒng)通過同步器來控制（三）天線掃掠傳感裝置作用:用于感受天線的方位掃掠信息并將信息傳送給顯示器

天線掃掠傳感裝置見下圖，當方位電機驅動天線進行方位掃掠時，也同時通過傳動機構帶動傳感器的轉子一起轉動，從而在傳感器件的繞組中產生相應的電信號，輸送給顯示器在數字式氣象雷達中,通過對電機驅動信號的控制來實現天線掃掠傳感（三）天線掃掠傳感裝置作用:用于感受天線的方位掃掠信息并將信（四）對陀螺信號的方位修正

俯仰系統(tǒng)所需要的俯仰修正信號與天線的方位角有關有的雷達只需對陀螺俯仰信號進行修正，所用的修正器件可稱為俯仰余弦修正器

四、天線姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)與人工俯仰（一）姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)

姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)的主要部件為傾斜和俯仰前置放大器、方位解算器、功率放大器、俯仰驅動電機及減速機構、俯仰同步器及俯仰測速電機。穩(wěn)定系統(tǒng)的組成方塊圖見右圖

（四）對陀螺信號的方位修正俯仰系統(tǒng)所需要的俯仰修正信號與天垂直陀螺及穩(wěn)定信號垂直陀螺的轉子高速轉動時具有定軸特性幅度與飛機的俯仰角或傾斜角成比例，相位與俯仰或傾斜方向有關。

俯仰與傾斜前置放大器:俯仰和傾斜信號加至收發(fā)組中的俯仰前置放大器和傾斜前置放大器分別進行電壓放大

俯仰放大器及穩(wěn)定解除控制對俯仰信號進行功率放大穩(wěn)定解除控制電路的工作狀態(tài)受顯示器或控制盒上的穩(wěn)定鍵或穩(wěn)定解除開關的控制垂直陀螺及穩(wěn)定信號垂直陀螺的轉子高速轉動時具有定軸特性俯俯仰電機驅動結構俯仰同步器用于產生與輸入的陀螺穩(wěn)定信號相抵消的信號俯仰測速電機用于產生與俯仰電機轉速有關的負回授信號

天線穩(wěn)定過程:當俯仰電機驅動天線輻射器俯仰到一定角度時，被俯仰電機同時驅動的俯仰同步器產生的信號恰與方位解算器輸出的穩(wěn)定信號相抵消，俯仰放大器的輸入電壓趨向于零，于是俯仰電機停止轉動。上述修正過程是一個動態(tài)的平衡過程。（二）人工俯仰控制人工俯仰的范圍是±15°工作過程與上述飛機俯仰時的自動修正過程相似

俯仰電機驅動結構俯仰同步器用于產生與輸入的陀螺穩(wěn)定信號相抵消一、顯示信息與控制功能（一）平面位置顯示器

定義:像機載氣象雷達這樣的能夠顯示目標的平面幾何位置和強弱信息的顯示器，稱為平面位置顯示器，簡稱為PPI顯示器。1．目標的存在及強弱情況氣象雷達顯示器以輝亮的回波圖像來表示目標的存在對黑白顯示器而言，氣象目標的強弱程度反映為熒光屏上對應回波區(qū)象的明暗程度相同距離處的雨區(qū)降雨率越大，熒光屏上與其相對應的回波圖像的亮度越亮；反之則越暗。這種顯示目標的存在及其強弱的方式稱為輝度顯示。

第四節(jié)顯示器的基本工作原理

一、顯示信息與控制功能（一）平面位置顯示器定義:像目標反射能力極弱或無目標弱目標中等強目標距標圈對應色彩氣象方式黑綠黃紅藍地圖方式黑青黃紫紅綠在彩色顯示器中，氣象目標的強弱則由不同的色彩來區(qū)分，如下表所示：2．目標的平面位置幾何信息——距離與方位

一般情況下，氣象雷達所顯示的是飛機所處的飛行高度平面中目標平面位置圖像。只有在人為地俯仰天線一定角度時，顯示器上才顯示相應俯仰平面中的氣象目標分布情況。目標反射能力極弱或無目標弱目標中等強目標距標圈對應氣象方式（二）控制功能雷達的工作方式與電源通斷控制通過利用相應的方式按鍵或旋鈕來實現

下圖為一種典型的彩色氣象雷達控制顯示器的面板圖。

1.電源斷開鍵2.準備鍵3.氣象鍵4.循環(huán)鍵5.地圖鍵6.亮度旋鈕7.俯仰旋鈕8.方位刻度9.凍結（保持）旋鈕10.目標警告按鈕11.扇形掃掠按鈕12.方位按鈕13.熒光屏14.距離選擇按鈕15.增益控制按鈕16.穩(wěn)定控制按鈕

方式選擇與電源控制（二）控制功能雷達的工作方式與電源通斷控制通過利用相應的方式距離選擇：用于選擇顯示器所顯示的距離范圍；改變所選擇的距離，并不改變雷達的探測范圍。選擇較小的顯示距離，可以獲得較大的圖像比例，以利于較細致地觀察近距離目標；選用較大的距離，可以獲知較大范圍的氣象狀況，及早選擇安全有利的避繞航線。顯示畫面控制

凍結或保持：把某一瞬間的畫面保持在顯示器上不變，這種方式稱為凍結（FRZ）或保持（HOLD）左右選擇與扇形區(qū)域選擇：顯示飛機左前方或右前方的目標分布圖像，或者改變顯示器顯示的扇區(qū)范圍

天線人工俯仰控制

利用天線俯仰旋鈕可以使天線的掃掠平面上仰或下俯，控制的范圍為土15°

距離選擇：用于選擇顯示器所顯示的距離范圍；改變所選擇的距離，增益控制：天線穩(wěn)定控制亮度調節(jié)：

亮度調節(jié)（INT）用于調節(jié)整個顯示畫面的亮度

將增益旋鈕順時針轉動，可以提高接收機的增益增益旋鈕同時還控制自動增益控制與人工增益調節(jié)之間的轉換。天線穩(wěn)定(STAB)控制用于控制天線是否受垂直陀螺穩(wěn)定信號的穩(wěn)定

增益控制：天線穩(wěn)定控制亮度調節(jié)：亮度調節(jié)（INT）用于調二、顯示器的基本組成電路氣象雷達顯示器由顯像管、偏轉電路、視頻處理電路、高壓電源與低壓電源電路等基本部分組成。此外，距標電路也通常設置在顯示器中；有的雷達把控制雷達整機工作的定時同步電路也裝在顯示組內；現代氣象雷達顯示器還包括字符產生器及其它接口電路。下圖為雷達顯示器的原理方塊圖，圖中只表示了實現顯示功能的功能電路，各種控制調節(jié)元件沒有畫出

二、顯示器的基本組成電路氣象雷達顯示器由顯像管、偏轉顯像管

顯像管是雷達顯示器的核心部分。它是一種特殊的電真空器件，其管端的熒光屏朝向顯示器的前方。管內電子束轟擊熒光屏內側表面上敷涂的熒光質，使被轟擊區(qū)域的熒光質發(fā)出明亮的可見光，產生相應的輝亮圖像或彩色圖像。高壓電源電路高壓電源電路用于產生顯像管各電極所需的直流高壓產生供給顯像管其它各控制極的直流電壓，以實現電子束的聚焦

偏轉電路

偏轉電路用于產生控制顯像管內電子束偏轉的掃描信號——周期性的鋸齒形掃描電壓顯像管顯像管是雷達顯示器的核心部分。它是一種特視頻放大及處理電路

功用是對由接收機輸至顯示器的回波視頻信號進行放大及一系列的處理。經放大、處理后的視頻脈沖信號加至顯像管的陰極，控制電子束的產生與密度

標志產生電路距離標志圈由距標脈沖產生。距標產生電路用于產生所需的距標脈沖和方位標志脈沖。低壓電源電路低壓電源電路產生顯示器各部分電路所需要的各種直流電壓

其它功能電路不同型別的顯示器中還可能包含有一些實現其它功能的電路。如定時電路、字符產生電路、故障監(jiān)測電路等

視頻放大及處理電路功用是對由接收機輸至顯示器的回波視三、顯像管的基本工作原理（一）顯像管的基本結構種類:顯像管可以分為磁偏式和電偏式兩種。氣象雷達顯示器無一例外地應用磁偏式顯像管。組成:密封的玻殼及熒光屏、電子槍、偏轉線圈三個基本部分組成。作用:在其熒光屏上產生亮度或色彩由外加視頻控制信號控制的輝亮光點，亮點的位置決定于偏轉信號的瞬時值，從而形成目標的平面位置顯示畫面特點:一種密封的電真空器件

三、顯像管的基本工作原理種類:顯像管可以分為磁偏式和電偏式兩電子槍組成:陰極、燈絲、控制極、加速陽極等組成作用:用于產生聚焦于熒光屏的電子束,發(fā)射電子束并實現對電子束的聚焦和加速。

右圖為一種磁偏式顯像管的結構原理圖控制極也可稱第一柵極，但兩端不封閉。它離陰極最近，用于控制陰極放射電子流的密度加速陽極實際上是涂在管內壁上靠近熒光屏一端的導電石墨層，由玻殼上的陽極帽引入陽極高壓。加速陽極的作用是對電子流加速，使其獲得足夠的速度去轟擊熒光質，以產生明亮的輝斑。

電子槍組成:陰極、燈絲、控制極、加速陽極等組成右圖玻殼與熒光屏

作用:玻殼用于安裝電子槍及偏轉線圈發(fā)光的顏色取決于熒光質的材料；發(fā)光的亮度取決于電子束的密度和速度，也與材料有關。熒光質輝光所能保持到一定程度的時間，叫做余輝時間。按余輝時間來分，可以分為短余輝——0.001s以下，中余輝——0.001s-0.1s和長余輝——0.1s以上三種。黑白氣象雷達顯示器一般用長余輝管。偏轉線圈組成:由水平偏轉線圈與垂直偏轉線圈兩部分組成種類:空心偏轉線圈與鐵心偏轉線圈作用:用于產生與管軸相垂直的均勻偏轉磁場

玻殼與熒光屏作用:玻殼用于安裝電子槍及偏轉線圈偏轉如圖所示，圖（a）是空心偏轉線圈中的水平偏轉線圈，它產生垂直方向的水平偏轉磁場。線圈由兩組完全相同的馬鞍形線圈組成。圖（b）是具有圓形鐵芯的偏轉線圈的原理圖。當同一偏轉電流通過這兩組線圈時，在鐵芯內產生大小相等、方向相反的磁動勢，迫使磁力線通過中央空間——管內空間完成回路，形成水平方向的垂直偏轉磁場，如圖中虛線所示。如圖所示，圖（a）是空心偏轉線圈中的水平偏轉線圈，它產生垂直（二）聚焦原理陰極放射的電子流，受到加速陽極、第一陽極等電極的吸引而加速飛向熒光屏。與此同時，電子流還被管內電場或外加聚焦磁場匯聚成束——聚焦，從而在到達熒光屏時形成直徑很小的電子束。利用管內電場實現聚焦的過程稱為靜電聚焦；利用外加電場實現聚焦則稱為磁聚焦。1．靜電聚焦

靜電聚焦由管內陽極，控制極、陰極之間的電場實現。第二陽極、第一陽極、控制極及陰極的形狀、位置及各自的電位，決定了各電極之間的電場分布狀況。正確選擇各極電位，可以使電子流通過極間電場時受到偏向管軸的作用力而匯聚成束，見下頁圖（a）（二）聚焦原理陰極放射的電子流，受到加速陽極、第一陽管內電場對電子束的匯聚特性，與光學透鏡十分相似，見圖（b）。第二陽極與第一陽極之間形成的透鏡為主聚焦透鏡，第一陽極、控制板、陰極之間形成的透鏡為預聚焦透鏡。當電子流通過透鏡時，透鏡左邊部分凸向陰極，對電子束起匯聚作用；右邊部分凹向陰極，對電子束起發(fā)散作用。但是，由于電子進入右邊凹透鏡區(qū)時的速度大于在左邊凸透鏡區(qū)時的速度，所以不易偏折；加之匯聚電場比發(fā)散電場強，因而總的效果是使電子束通過透鏡后能匯聚于一點。陰極所放射的電子流通過預聚焦透鏡后，在管軸A上所形成的電子束橫截面積遠較陰極處?。唤汚點之后又分散開來的電子束，再經主聚焦透鏡聚焦后，在熒光屏上所形成的電子束橫截面積更小。

管內電場對電子束的匯聚特性，與光學透鏡十分相似，見圖2．磁聚焦

有的磁偏式顯像管中電子束的聚焦主要依靠聚焦線圈來實現。聚焦線圈套在管頸上，位于偏轉線圈與陰極之間，其結構如圖所示。線圈裝在以軟鐵制成的屏蔽罩內，屏蔽罩內表面一端開有小槽。當線圈中通過直流電流時，所產生的磁場即從槽口透入管內，使電子產生偏向管軸方向的運動。適當調節(jié)聚焦電流，即可使電子流匯聚于熒光屏處。2．磁聚焦有的磁偏式顯像管中電子束的聚焦主要依靠（三）電子束的偏轉氣象雷達顯示器通過偏轉線圈來實現對電子束的偏轉掃描。下圖為垂直偏轉原理圖。圖中黑點表示垂直偏轉線圈所形成的水平方向的偏轉磁場，在此瞬間是射出紙面的，磁場與管軸相垂直。高速運動的電子束沿管軸方向進入偏轉磁場以后，受到磁場力的作用而發(fā)生偏轉?？刂破D電流的大小以改變磁場力，即可改變電子束飛離偏轉磁場時與管軸之間的夾角，從而使電子束在熒光屏上的偏轉距離隨偏轉電流而變化。

改變偏轉電流的方向，即可使電子束向反方向偏轉。（三）電子束的偏轉氣象雷達顯示器通過偏轉線圈來實現對四、極坐標掃描與電視掃描（一）極坐標掃描極坐標掃描又叫距離－方位掃描，即掃描。在極坐標掃描的顯示器中，光點在掃描信號的控制下由掃描起點O——它代表飛機的位置——作徑向直線掃描，形成徑向掃描線；與此同時，掃描線隨著天線的掃掠同步旋轉，從而形成扇形的平面掃描畫面。這里，徑向掃描對應于目標的距離信息；掃描線的旋轉反映目標的方位信息，從而共同形成反映目標距離－方位信息的平面位置顯示畫面，如圖所示。四、極坐標掃描與電視掃描極坐標掃描又叫距離－方位掃描1．距離掃描與鋸齒波距離掃描下圖表示當線性增長的鋸齒電流通過垂直偏轉線圈中時，在熒光屏上形成垂直方向的距離掃描過程。在鋸齒掃描信號的起始時刻（），通過偏轉線圈的掃描電流等于零、電子束不發(fā)生偏轉，光點位于熒光屏上的掃描起點Ｏ；通過偏轉線圈的電流與時間成正比地增長，使光點逐漸偏離掃描起點，時間

、時光點的位置分別為Ａ、Ｂ；時刻，鋸齒掃描電流達到最大值，距離掃描也達到其掃描終點P；以后，掃描電流迅速回復到起始值0，光點也迅速回到掃描起點O，這就是掃描回程。

1．距離掃描與鋸齒波下圖表示當線性增長的鋸齒電流通過周期性掃描信號

通過偏轉線圈的鋸齒形掃描電流為周期性電流，它的重復周期和起始時刻均與發(fā)射機產生的發(fā)射脈沖周期完全一致。這一關系借助于同步定時脈沖來實現，見下圖（a）掃描信號的正程寬度