chi雷达设计要克服哪些功率限制?


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rp脉冲放大(CPA)是一项光学技术,获得了2018年诺贝尔物理学奖,该技术用于产生强度足够高的短激光脉冲,如果增益介质试图放大非线性信号,它将通过非线性现象破坏自身。通过将放大器夹在脉冲扩展器和压缩器之间来直接产生脉冲。

光学领域的民间传说是,该技术最初是为在电子历史的早期阶段放大雷达信号而开发的,从某种意义上来说,如果您使用的是脆弱的真空管放大器或其他产品,则可以换掉用于适当分散的微波波导的光学衍射光栅,或它们在60年代使用的任何光栅,这将为保护敏感电子设备免受油炸提供了奇迹。

为了超越这种模糊的理解,我试图看一下雷达放大的哪些问题是最初的拉伸-放大-压缩工作的目标(我不确定CPA的名称在其开发过程中是否已经使用过,即使它是否真的用于描述电子系统中的此类系统),也包括1985年跃入光学领域时在电子学中所使用的语言,以及更广泛的发展历史。但是,有些不确定的地方我不太确定,我希望这个SE是询问这些问题的好地方。

原始CPA纸,

放大的chi光脉冲的压缩。D.斯特里克兰和G.穆鲁。光学通讯。 55,447(1985)

承认该技术类似于当时已在雷达中使用的解决方案,并将读者带到了对初学者友好的评论中。

相控阵雷达。E.布鲁克纳。《科学美国人》 252,1985年2月,第94-102页。

但这有点书目末路,因为它没有参考。尤其是,我对这些技术具有显着差异感到震惊。

  • 在光学方面,我们希望有一个短脉冲,并且希望使其变强。然后,这使我们能够研究非线性光学现象,这种现象可以达到相当极端的程度。这意味着我们需要先压缩脉冲,然后再使用它来完成我们要达到的目标。

  • 另一方面,在斯特里克兰(Strickland)和布鲁克纳(Brookner)的描述中,很明显,电子设备仅在最终分析之前真正关心压缩脉冲,并且该系统非常满意地将未压缩的脉冲发射出去,以便与任何平面或“柚子”进行交互。大小的金属物体在那里,然后进行压缩。

罗切斯特(Rochester)报告更容易获得这种观点,

LLE评论,季度报告,1985年10月至12月。纽约州罗彻斯特市激光能量学实验室。§3B,第42-46页

试图更详细一些,我有点困惑。Wikipedia向感兴趣的读者介绍了1960年该技术解密后的评论,

脉冲压缩是提高雷达传输效率的关键。行政长官库克。程序 IRE 48,310(1960)

但我正在努力了解他们试图解决的问题。根据库克的介绍,

在大多数情况下,对于一定范围的最小分辨能力来说,增加检测距离的要求并没有以牺牲常规战术要求为代价。面对这种情况,雷达管设计人员不得不集中精力提高其管的峰值功率,因为​​战术上的考虑不允许通过借助更宽的发射脉冲来增加平均功率来扩展检测范围。结果,在许多情况下,就平均功率而言,高效率的灯管效率低下。为了弥补这种低效率,工程师开发了检测后集成技术来扩展雷达的检测范围。只要考虑使用总可用平均功率,这些技术还会导致进一步的低效率。

在这里尚不清楚什么是“战术要求”,以及为什么以及它们如何影响系统的脉冲宽度,平均功率和峰值功率要求尚不明确。

DickeDarlington的专利在某种程度上帮助确定了问题所在,特别是在天线上发出火花以限制放大器内部及其后的输出元件的雷达脉冲峰值功率方面。(这与光学CPA情况相反,问题在于激光增益介质的强度阈值超过了该阈值,非线性阈值如自聚焦激光灯丝化 会破坏增益介质,但是在反射镜或其他类似“输出”元件上发出高强度脉冲是完全可以的。)但是,库克稍后提到了对峰值功率和平均功率的具体要求还有更多的事情我不清楚。

要将这些混乱归结为一些更具体的问题:

  • chi雷达设计要克服哪些对峰值和平均功率以及雷达脉冲宽度的特定要求?这些纯粹是关于电子产品的“内部”关注,还是存在其他目标和限制难以满足的外部需求?
  • 雷达环境中曾经使用过“ chi脉冲放大”这个名称吗?
  • 光学风格的CPA是拉伸,放大,压缩然后使用脉冲吗?是在雷达应用或更广泛的电子领域中使用吗?

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如今,从DAC引入任意波形要容易得多,可以很容易地为特定需求设计波形并压缩接收到的脉冲,从而以这种方式增加平均功率,如果需要,还可以具有波形多样性。提到的战术要求主要是解决多个目标,如果降低距离分辨率以提高平均功率,这些目标将被掩盖为一个目标。
johnnymopo 2015年

这是个有趣的问题!感谢您在此处发布。
亚当·豪恩

@Adam ooooh,谢谢。我非常怀疑你们是否会觉得有趣。
EP

最后是一个有趣的问题。电离时间取决于介质,然后变成雪崩效应。Kerr&Pockels效应在光学中也很重要。。RF Chirp随时间移动频谱,从而显着改善了增量距离和范围SNR。两者还取决于短的上升时间,这可能与RF中的上升时间不同。仅用于快速评论。
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,18年

Answers:


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无论如何,我都不是雷达专家,但我想我对一般概念已经足够了解,可以回答您的问题。

chi雷达设计要克服哪些对峰值和平均功率以及雷达脉冲宽度的特定要求?这些纯粹是关于电子产品的“内部”关注,还是存在其他目标和限制难以满足的外部需求?

雷达的基本问题是要获得足够的功率以用于总范围,并要获得良好的定时分辨率以实现距离分辨率。很难为微波频率构建大功率放大器。您希望每个发射脉冲中都有很多能量,但也要使脉冲短。正如您在光学中发现的那样,解决方案是通过线性调频脉冲来扩展脉冲,从而使功率放大器以较低的功率工作更长的时间,以便获得相同的脉冲能量。

现在,在雷达中,您不必在将脉冲馈送到天线之前再次对其进行压缩就可以了,—脉冲的工作原理与压缩脉冲在检测物体方面一样好。

实际上,当反射回来时,您会获得其他好处,因为现在您可以放大接收器中的the信号(获得与发射器放大器相同的峰值-平均功率优势),并且您可以使用“匹配滤波器”可在检测之前压缩脉冲,这具有额外的优势,即也可以拒绝许多潜在的干扰源。接收器滤波器发出的窄脉冲为您提供所需的时间分辨率。

雷达环境中曾经使用过“ chi脉冲放大”这个名称吗?

通常不会,因为放大不是使用chi的唯一原因。

光学风格的CPA是拉伸,放大,压缩然后使用脉冲吗?是在雷达应用或更广泛的电子领域中使用吗?

据我所知,这当然是可行的。


对不起,我迟到了,不确定为什么我没有这样做。谢谢你!
EP

回波通常比发射天线和接收天线之间的直接耦合或来自附近目标(包括地面)的反射低很多数量级。在雷达环境中,实际上需要进行放大是一个缺点,因为包括自干扰在内的高功率干扰器可能会掩盖并干扰信号,其中干扰是由接收机自身有限的动态范围引起的。与真正的短脉冲模式但高功率雷达相比,这是使用连续波甚至长脉冲模式的最重要缺点。
hyportnex

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Cook谈论的战术要求是在噪声和干扰中可靠的目标检测,这是检测的问题,以及在连贯背景下可靠的目标分辨率,这是区分的问题。

在常规的脉冲雷达中,这两个问题通过增加脉冲能量和减小脉冲宽度来解决。当同时存在多个目标时,较短的脉冲比较长的脉冲更容易被自己看到,并且由于匹配的滤波器输出信噪比与脉冲形状无关,并且在所有可能的噪声滤波器中最大,这是战术问题通过具有雷达信号来解决该问题,以使其匹配的滤波器的长度尽可能短,以便在时间上很好地分离多个目标返回。因此,对于雷达性能而言,重要的不是雷达脉冲是什么,而是回波脉冲从其匹配的滤波器出来后发生的事情。由于匹配滤波器的输出幅度,因此它的SNR与我们可以操纵,调制,传输的信号能量成正比,只要接收到的SNR 匹配后的滤波器脉冲长度相同,我们就可以达到相同的战术性能。

由于性能取决于发射能量并且与发射功率无关,并且所有雷达发射器都受功率限制,因此雷达设计人员从不故意使用幅度调制,并且所有脉冲内调制都是相位或频率。常规脉冲雷达中最典型且最古老的是线性调频雷达,但是还有许多其他频率或相位调制方案。虽然线性调频脉冲是最古老的,从概念上讲是最简单的,但是对于非常灵敏的雷达,很少使用。其原因是,用于线性调频雷达的匹配滤波器的输出产生了一个偏离其期望峰值的输出(所谓的时间旁瓣),该输出的幅度比有时期望的幅度高,时间更长(振铃)。高级别的“振铃”可防止通过较大目标附近的输出来区分较小目标。

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