雷达原理习题解答

根据给定的文件信息，以下是对雷达原理课程后习题解答中的关键知识点的详细解析。 ### 第一章 #### 1-1 解析 本题主要考查了雷达系统中的基本物理量计算，包括目标距离、波长以及多普勒频率等。 **目标距离**: \[ R = \frac{c\tau}{2} = \frac{3\times10^8\times1.5\times10^{-6}}{2} = 225 \text{ m} \] 其中，\( c \) 表示光速，单位为 \( \text{m/s} \)，\( \tau \) 表示往返时间的一半，单位为秒。 **波长**: \[ \lambda = \frac{c}{f} = \frac{3\times10^8}{3000\times10^3} = 0.1 \text{ m} \] 这里，\( f \) 是雷达的工作频率，单位为赫兹 (Hz)。 **多普勒频率**: \[ f_d = \frac{2v_r}{\lambda} = \frac{2\times500}{0.1} = 10^4 \text{ Hz} = 10 \text{ kHz} \] 其中，\( v_r \) 表示目标相对于雷达的径向速度，单位为 \( \text{m/s} \)。 **线速度**: \[ V = v_r \cdot \cos(\theta) = 500 \cdot \cos(60^\circ) = 250 \text{ m/s} \] 这里的 \( \theta \) 表示雷达与目标之间的角度。 #### 1-2 解析 此题考查的是雷达最大作用距离以及最小可检测信号强度的计算。 **最大作用距离**: \[ R_{\text{max}} = \frac{c\tau_{\text{max}}}{2} = \frac{3\times10^8 \times 1.04\times10^{-4}}{2} = 15.6 \text{ km} \] **最小可检测信号强度**: \[ S_{\text{min}} = kS_i = 10^{(S_i - 10)/10} = 10^{(-27 - 10)/10} = 0.0051 \text{ mW} \] 这里的 \( S_i \) 表示雷达接收到的最小信号强度，单位为分贝毫瓦 (dBm)。 ### 第二章 #### 2-1 解析 本题主要考查了雷达发射机的平均功率、峰值功率和工作比的概念。 **重复周期**: \[ T_r = 1 \text{ ms} \] **平均功率**: \[ P_{\text{av}} = \frac{P_0}{T_r} = \frac{2400 \text{ W}}{1 \text{ ms}} = 2.4 \times 10^6 \text{ W} \] 其中，\( P_0 \) 是雷达发射机的峰值功率。 **工作比**: \[ D = \frac{T_p}{T_r} = \frac{3 \mu s}{1 \text{ ms}} = 0.003 \] 这里，\( T_p \) 是脉冲宽度。 #### 2-2 解析 本题考查了不同类型的雷达发射机的选择依据。 **主振放大式发射机**: - 优点：对于发射信号的频率、相位和谱纯度有较高要求的情况。 - 应用场景：用于需要精确控制信号特性的雷达系统。 **单级振荡式发射机**: - 优点：结构简单，成本较低。 - 应用场景：对于信号质量要求不高或者成本敏感的应用场景。 #### 2-3 解析 本题考查了雷达发射机的旁瓣电平计算。 **旁瓣电平**: \[ L_{\text{c}} = -50 \text{ dBc} \] 这里的 \( L_{\text{c}} \) 表示相对于载波的旁瓣电平。 #### 2-4 解析 本题考查了雷达发射机中各个部件的作用。 - **V2** 的作用是在阴极负高压作用下产生高功率的电磁振荡，并通过耦合探针将能量输出到腔外。 - **VD1** 和 **VD2** 的作用分别是为了防止PFN向电源放电和改善放电期间PFN与负载的匹配。 #### 2-5 解析 本题考查了雷达发射机中PFN（脉冲形成网络）的充电和放电等效电路。 **PFN特性阻抗**: \[ Z_c = \sqrt{\frac{L}{C}} = \sqrt{\frac{25 \mu H}{100 pF}} = 500 \Omega \] **脉冲宽度**: \[ \tau = \pi\sqrt{LC} = \pi\sqrt{25 \mu H \times 100 pF} = 0.942 \mu s \] #### 2-6 解析 本题考查了PFN的特性阻抗计算及匹配条件。 **PFN特性阻抗**: \[ Z_c = \sqrt{\frac{L}{C}} = \sqrt{\frac{25 \mu H}{100 pF}} = 500 \Omega \] **匹配放电要求**: \[ R' = 167.5 \Omega \] 为了满足匹配放电的要求，需要调整等效阻抗。 #### 2-7 解析 本题考查了PFN的谐振充电要求和匹配放电要求。 **谐振充电要求**: \[ L_{\text{ch}} = \frac{1}{4\pi^2f^2} = 8.44 \mu H \] **匹配放电要求**: \[ L_{\text{ch}} = 33.76 \mu H \] 为了满足不同的工作频率，需要调整充电电感的大小。 ### 第三章 #### 3-1 解析 本题考查了不同类型的放大器噪声性能比较。 **行波管高放**: - 噪声系数：\( F = 6 \text{ dB} = 3.98 \) - 等效噪声温度：\( T_e = 864.2 \text{ K} \) **参量放大器**: - 噪声系数：\( F = 1.8 \text{ dB} = 1.51 \) - 等效噪声温度：\( T_e = 147.9 \text{ K} \) **量子放大器**: - 等效噪声温度：\( T_e = 10 \text{ K} \) 从以上计算可以看出，量子放大器的噪声性能最佳，其次是参量放大器，行波管放大器的噪声性能最差。 #### 3-2 解析 本题考查了放大器的噪声温度计算。 **噪声温度**: \[ T_A = \left(F - 1\right) \times T_0 = (3.98 - 1) \times 290 \text{ K} = 864.2 \text{ K} \] 这里，\( T_0 \) 表示环境温度，通常取值为 290 K。 通过对这些习题的解答，我们可以深入理解雷达系统中的基本物理量及其计算方法，同时也能掌握雷达发射机的设计原理及不同放大器的噪声性能比较等内容。