第一篇：雷達(dá)原理與應(yīng)用

雷達(dá)與聲納的共性及差別是什么？

雷達(dá)是利用無線電技術(shù)進(jìn)行偵察和測(cè)距的設(shè)備。它可以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并可決定其存在的距離及方向。雷達(dá)將無線電波送出，然后經(jīng)遠(yuǎn)距離目標(biāo)物的反射，而將此能量送回雷達(dá)的記發(fā)機(jī)。記發(fā)機(jī)與目標(biāo)物間的距離，可由無線電波傳雷達(dá)的目標(biāo)物，再由目標(biāo)物回到雷達(dá)所需的時(shí)間計(jì)算出。雷達(dá)的基本原理與無線電通訊系統(tǒng)的原理同時(shí)被人所發(fā)現(xiàn)。赫茲與馬可尼兩人都曾用超短波試驗(yàn)其反射情形，這也就是所謂雷達(dá)回波。赫茲用金屬平面及曲面證明，電波的反射完全合乎光的反射定律。同時(shí)赫茲度量脈沖的波長及頻率，并且計(jì)算其速度也發(fā)現(xiàn)與光相同，這也就是所謂的電磁輻射。雷達(dá)送出短暫的電波訊號(hào)的程序，稱為脈沖程序。雷達(dá)的基本作用原理有些相似于聲波的回聲。唯一與聲波測(cè)量距離的不同點(diǎn)，在于雷達(dá)系統(tǒng)具有一指示器，指示器中包含有一個(gè)與電視收像管相同的觀察管。此管可將雷達(dá)所發(fā)出的脈沖及回波，同時(shí)顯示于其標(biāo)有距離的基線上。還有其他指示器，使雷達(dá)借天線所搜索的資料，制成一個(gè)圖，從圖上立即可以定出目標(biāo)物的區(qū)域距離及方向。因?yàn)槔走_(dá)的作用完全是借電波的反射原理而成，所以必須用頻率在1000兆赫到10 000兆赫的類光微波方行。雷達(dá)所發(fā)射的電波可借拋物面形的反射器，使其成為極度聚焦的波束，這就像探照燈所射出的光束一樣。此波束借旋轉(zhuǎn)天線及拋物體形反射器的精密控制，有系統(tǒng)地對(duì)空間進(jìn)行搜索。當(dāng)波束從目標(biāo)物反回來時(shí)，天線所指的方向，就表示目標(biāo)物對(duì)天線的水平方位角。以角度為單位所表示的水平方位角，通常都顯示于指示器上。為了決定目標(biāo)物與雷達(dá)間的距離，雷達(dá)的發(fā)射脈沖距接收到回波的時(shí)間，必須精確測(cè)定。因?yàn)槔走_(dá)電波在空中以每秒約30萬公里的光速進(jìn)行，因此在每微秒的時(shí)間內(nèi)，電波行進(jìn)約為300米。由于雷達(dá)脈沖必須從雷達(dá)行至目標(biāo)物，再由目標(biāo)物回到雷達(dá)，但目標(biāo)物距雷達(dá)的距離，為雷達(dá)脈沖總行程的一半。約為每微秒l50米。此時(shí)間可利用電子束在陰極射線管的屏幕上，以直線掃描指示出。借電子束，以已知變動(dòng)率（如以每微秒0.01米）作水平偏向，因此電子束打在螢光屏上所留的痕跡，就形成一個(gè)時(shí)間標(biāo)度，或直接用尺，來表示。如雷達(dá)天線送出一個(gè)1微秒長的脈沖，同時(shí)指示器的陰極射線管電子束在屏幕上，以每100微秒0.0254米的變動(dòng)率開始掃描。再假設(shè)雷達(dá)脈沖在30000米的距離從一飛機(jī)反射回天線。當(dāng)1微秒長的脈沖離開天線的同時(shí)，在雷達(dá)指示器的左側(cè)也顯示出一個(gè)0.025厘米長的主脈沖（發(fā)射脈沖）。由天線發(fā)射的脈沖，到飛機(jī)進(jìn)行了30000米的距離，需時(shí)100微秒，然后反回天線也需100微秒。結(jié)果微弱的脈沖回波也顯示于指示器上，其與主脈沖之間有5厘米的距離，或指示為200微秒。由于脈沖本身有1微秒的長度，所以量度距離時(shí)，必須量度兩脈沖的前緣間距離。由于回波信號(hào)太弱，所以一個(gè)單一回波信號(hào)顯示于指示器，很難被發(fā)現(xiàn)。因此回波信號(hào)，必須于每秒內(nèi)，在指示器上重復(fù)顯示數(shù)次，顯示的方法是借電子束隨天線掃描的速率（通常天線以每分鐘15到20轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)）在指示器上掃描而得。雷達(dá)無論在平時(shí)及戰(zhàn)時(shí)，都已被廣泛的應(yīng)用。在二次世界大戰(zhàn)時(shí)使用雷達(dá)的目的，只是為了預(yù)知敵機(jī)的接近。用于預(yù)警網(wǎng)的預(yù)警雷達(dá)，預(yù)警雷達(dá)天線都是極大的轉(zhuǎn)動(dòng)拋物面形反射天線，或靜止雙極矩陣天線。戰(zhàn)時(shí)雷達(dá)的應(yīng)用很快就被擴(kuò)展到地面攔截控制，以及高射炮和探照燈的方向控制等。這些所謂的射擊控制雷達(dá)不僅能察知敵機(jī)的所在，并能自動(dòng)決定高射炮的發(fā)射方向及使其發(fā)射。由于雷達(dá)可度量其與目標(biāo)物間的距離，當(dāng)然也可以從飛機(jī)上測(cè)量距地面的垂直高度。常用的各種脈沖式雷達(dá)就可度量一架飛機(jī)的高度，供飛行員飛行的參考。然而對(duì)很低的高度（低于1000米），因距離太近，脈沖式雷達(dá)的回波有與其發(fā)射出的主脈沖合并的趨勢(shì)。因此大多數(shù)雷達(dá)測(cè)高儀都不用脈沖輸出，而用等幅調(diào)頻電波。雷達(dá)測(cè)高儀的發(fā)射天線，送出一垂直無線電波束，此電波的頻率連續(xù)不斷的變化。當(dāng)信號(hào)離開發(fā)射天線的瞬間，其信號(hào)的頻率為某一頻率。然后當(dāng)信號(hào)由地反射回到測(cè)高儀的接收天線后，因接收機(jī)內(nèi)有一相位鑒別器（或簡(jiǎn)稱為鑒相器），鑒相器可將接收到的回波，與正在發(fā)射出的 1 信號(hào)頻率（或相角）作一比較。因?yàn)楫?dāng)回波回到接收天線，已經(jīng)過了一段時(shí)間，當(dāng)然此時(shí)發(fā)射天線所發(fā)信號(hào)的頻率，也已改變。利用已知每秒周數(shù)的頻率偏差，就可決定出電波由發(fā)射天線到地，在回到接收天線的時(shí)間，因此可計(jì)算出飛機(jī)距地的高度。關(guān)于電波往來所需的時(shí)間與相應(yīng)的高度，事先已經(jīng)算出，并直接標(biāo)示在指示器上，所以可以直接從指示器上讀出飛機(jī)的高度數(shù)值。除此之外，雷達(dá)還可以用在飛機(jī)和船舶的導(dǎo)航，作為某一城市、機(jī)場(chǎng)，高山或某一特定點(diǎn)的辨別符號(hào)用的雷達(dá)指標(biāo)，都已事先標(biāo)示于航行圖上。

聲納的組成和工作原理

聲納是利用水聲傳播特性對(duì)水中目標(biāo)進(jìn)行傳感探測(cè)的技術(shù)設(shè)備,用于搜索、測(cè)定、識(shí)別和跟蹤潛艇和其他水中目標(biāo),進(jìn)行水聲對(duì)抗,水下戰(zhàn)術(shù)通信、導(dǎo)航和武器制導(dǎo)、保障艦艇、反潛飛機(jī)的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)和水中武器的使用等。聲納的工作原理是回聲探測(cè)法。這個(gè)方法是在第一次世界大戰(zhàn)期間研究出來的。用送入水中的聲脈沖探測(cè)目標(biāo),聲脈沖碰到目標(biāo)就反射回來,返回聲源(有所減弱)后被記錄下來。如果知道脈沖的往返時(shí)間,并且知道超聲在水中的傳播的速度,就可以很精確地測(cè)定出目標(biāo)的距離。這當(dāng)然是很有價(jià)值的,尤其是在軍事上。根據(jù)海洋聲學(xué)的歷史記載,意大利物理學(xué)家達(dá)〃芬奇曾于1490 年寫過這樣一段話:“如果使船停航,把一根長管的一端插入水中,而另一端貼緊耳朵,則能聽到遠(yuǎn)處的航船?！边@實(shí)際上是水下被動(dòng)式聲納設(shè)備的雛形。

聲納按其工作方式可分為被動(dòng)式聲納和主動(dòng)式聲納,現(xiàn)在的綜合聲納兼有以上兩種形式。被動(dòng)式聲納又稱為噪聲聲納,主要由換能器基陣(由若干個(gè)換能器按照一定規(guī)律排列組織組合而成)、接火機(jī)、顯示控制臺(tái)和電源等組成。當(dāng)水中、水面目標(biāo)(潛艇、魚雷、水面艦艇等)在航行中,其推進(jìn)器和其他機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪聲,通過海水介質(zhì)傳播到聲納換能器基陣時(shí),基陣將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給接收機(jī),經(jīng)放大處理傳送到顯示控制臺(tái)進(jìn)行顯示和提供聽測(cè)定向。被動(dòng)式聲納主要搜索來自目標(biāo)的聲波,其特點(diǎn)是隱蔽性、保密性好,識(shí)別目標(biāo)能力強(qiáng),偵察距離遠(yuǎn),但不能偵察靜止無聲的目標(biāo),也不能測(cè)出目標(biāo)距離。

主動(dòng)式聲納又稱回聲聲納,主要由換能器基陣、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、收發(fā)轉(zhuǎn)換裝臵、終端顯示設(shè)備、系統(tǒng)控制設(shè)備和電源組成。在系統(tǒng)控制設(shè)備的控制下,發(fā)射機(jī)產(chǎn)生以某種形式調(diào)制的電信號(hào),經(jīng)過發(fā)射換能器變成聲信號(hào)發(fā)送出去當(dāng)聲波信號(hào)在傳播途中遇到目標(biāo)時(shí),一部分聲能被反射回接收換能器再轉(zhuǎn)換成電信號(hào),送入接收機(jī)進(jìn)行放大處理,根據(jù)聲信號(hào)反射回來的時(shí)間和頻率的高低來判斷目標(biāo)的方位、距離和速度,在終端顯示設(shè)備上顯示出來。主動(dòng)聲納可以探測(cè)靜止無聲的目標(biāo),并能測(cè)出其方位和距離。但主動(dòng)發(fā)射聲信號(hào)容易被敵方偵聽而暴露自己,且探測(cè)距離短。

聲納由發(fā)射機(jī)、換能器、接收機(jī)、顯示器、定時(shí)器、控制器等主要部件構(gòu)成。發(fā)射機(jī)制造電信號(hào)，經(jīng)過換能器（一般用壓電晶體），把電信號(hào)變成聲音信號(hào)向水中發(fā)射。聲信號(hào)在水中傳遞時(shí)，如果遇到潛艇、水雷、魚群等目標(biāo)，就會(huì)被反射回來，反射回的聲波被換能器接收，又變成電信號(hào)，經(jīng)放大處理，在熒光屏上顯示或在耳機(jī)中變成聲音。根據(jù)信號(hào)往返時(shí)間可以確定目標(biāo)的距離，根據(jù)聲調(diào)的高低等情況可以判斷目標(biāo)的性質(zhì)。例如，目標(biāo)是潛艇，潛艇是鋼質(zhì)外殼，回聲不僅清晰，而且還有拖長的回鳴；魚群的回聲則低沉而混亂。目標(biāo)如果是運(yùn)動(dòng)的，那么由于“多普勒效應(yīng)”，回聲的音調(diào)應(yīng)有所變化：音調(diào)不斷變高，說明目標(biāo)正向他們靠攏；音調(diào)不斷變低，說明目標(biāo)離我們遠(yuǎn)去了……

聲納可分為兩大類：主動(dòng)聲納和被動(dòng)聲納。前者像雷達(dá)一樣，不停地向外發(fā)射聲信號(hào)，根據(jù)回波判斷目標(biāo)性質(zhì)。后者不主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，只接收目標(biāo)自己輻射的聲音信號(hào)。被動(dòng)聲納因?yàn)椴话l(fā)射信號(hào)，所以不易被敵人發(fā)現(xiàn)，主要用于隱蔽偵察。現(xiàn)代的綜合聲納兼有以上兩種 2 工作方式。

早期潛艇依靠潛望鏡進(jìn)行觀察。但潛望鏡只能觀察水面上的目標(biāo)，對(duì)水下目標(biāo)則無能為力，所以，早期潛艇的事故率很高，經(jīng)常在水下撞上暗礁、水雷和別的潛艇。在第二次大戰(zhàn)期間，沉沒的德國潛艇有100多艘。

現(xiàn)代潛艇裝有多種聲納。例如美國的一種潛艇，裝備不同用途的聲納有15種之多。艇上的聲納偵察儀可截獲和偷聽敵人的聲納信號(hào)；敵我識(shí)別聲納，專門用對(duì)口令的辦法判斷敵我；通信聲納則用來和自己的艦艇通信；有的聲納負(fù)責(zé)導(dǎo)航、測(cè)距、警戒、探雷、測(cè)地貌等等。

有趣的是，潛艇的克星也是聲納。在海中，只有靠聲納才能發(fā)現(xiàn)潛艇，因而存在著潛艇聲納與反潛聲納的對(duì)抗。

許多國家在軍港附近的海區(qū)、重要的海峽、主要的航道等處都安裝了龐大的聲納換能器基陣，靠岸上的電子計(jì)算機(jī)控制海底的數(shù)以千計(jì)的換能器。一旦潛艇來犯，便可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。這種防潛預(yù)警系統(tǒng)早在1952年就已建成，現(xiàn)已發(fā)展到第五代。其警戒范圍可達(dá)幾百公里。

在大西洋的亞速爾群島以北，有一個(gè)叫“阿發(fā)”的水下監(jiān)視系統(tǒng)。它的換能器安裝在幾個(gè)水下塔臺(tái)上，排布成三角形，每邊長約35公里。這種系統(tǒng)能監(jiān)聽進(jìn)出直布羅陀海峽的所有潛艇，并能用三角定位法確定潛艇位臵。

除了這種固定的警戒聲納外，探測(cè)潛艇還可以用機(jī)載聲納進(jìn)行。一架直升機(jī)垂下一根100多米長的電纜，電纜下吊著一部聲納。通過機(jī)身的下降或上升，聲納在海水中的深度也隨之變化。飛機(jī)在海面上飛行時(shí)，便可拖著聲納進(jìn)行大面積探測(cè)。據(jù)國外報(bào)道，這種聲納每小時(shí)可以搜索海面1000平方公里。

新型航空聲納是“無線”式的，不需要用電纜和飛機(jī)連接。它只有10公斤，反潛飛機(jī)將它們投到預(yù)定海域內(nèi)，它們便可漂浮于海上。反潛飛機(jī)可以同時(shí)投放許多這種漂浮聲納。聲納著水后，其天線伸出水面，水聽器沉入水中。水聽器把在海底收到的聲信號(hào)變成電信號(hào)，通過天線發(fā)射出去。反潛飛機(jī)根據(jù)收到的信號(hào)可以判斷潛艇的位臵。

現(xiàn)代水雷也多采用聲納作引信。有一種先進(jìn)的自動(dòng)水雷，依靠聲納作自導(dǎo)裝臵。當(dāng)潛艇從附近經(jīng)過時(shí)可以“自動(dòng)起飛”，搜索并最后擊中目標(biāo)。

雷達(dá) radar

利用微波波段電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備。雷達(dá)是英文radar的音譯，意為無線電檢測(cè)和測(cè)距。雷達(dá)概念形成于20世紀(jì)初，在第二次世界大戰(zhàn)前后獲得飛速發(fā)展。雷達(dá)的工作原理，是設(shè)備的發(fā)射機(jī)通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；雷達(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進(jìn)行處理，提取有關(guān)該物體的某些信息（目標(biāo)物體至雷達(dá)的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等）。雷達(dá)分為連續(xù)波雷達(dá) 3 和脈沖雷達(dá)兩大類。脈沖雷達(dá)因容易實(shí)現(xiàn)精確測(cè)距，且接收回波是在發(fā)射脈沖休止期內(nèi)，所以接收天線和發(fā)射天線可用同一副天線，因而在雷達(dá)發(fā)展中居主要地位。測(cè)量距離實(shí)際是測(cè)量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時(shí)間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成目標(biāo)的精確距離。目標(biāo)方位是利用天線的尖銳方位波束測(cè)量。仰角靠窄的仰角波束測(cè)量。根據(jù)仰角和距離就能計(jì)算出目標(biāo)高度。當(dāng)雷達(dá)和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波頻率與雷達(dá)發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離變化率。當(dāng)目標(biāo)與干擾雜波同時(shí)存在于雷達(dá)的同一空間分辨單元內(nèi)時(shí)，雷達(dá)利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測(cè)和跟蹤目標(biāo)。雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是白天黑夜均能探測(cè)遠(yuǎn)距離的目標(biāo)，且不受霧、云和雨的阻擋，具有全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)，并有一定的穿透能力。因此，它不僅成為軍事上必不可少的電子裝備，而且廣泛應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（如氣象預(yù)報(bào)、資源探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等）和科學(xué)研究（天體研究、大氣物理、電離層結(jié)構(gòu)研究等）。星載和機(jī)載合成孔徑雷達(dá)已經(jīng)成為當(dāng)今遙感中十分重要的傳感器。其空間分辨力可達(dá)幾米到幾十米，且與距離無關(guān)。雷達(dá)在洪水監(jiān)測(cè)、海冰監(jiān)測(cè)、土壤濕度調(diào)查、森林資源清查、地質(zhì)調(diào)查等方面顯示了很好的應(yīng)用潛力。

雷達(dá)和聲納有什么區(qū)別？

雷達(dá)所起的作用和眼睛相似，當(dāng)然，它不再是大自然的杰作，同時(shí)，它的信息載體是無線電波。事實(shí)上，不論是可見光或是無線電波，在本質(zhì)上是同一種東西，都是電磁波，傳播的速度都是光速C,差別在于它們各自占據(jù)的波段不同。其原理是雷達(dá)設(shè)備的發(fā)射機(jī)通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；雷達(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進(jìn)行處理，提取有關(guān)該物體的某些信息(目標(biāo)物體至雷達(dá)的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。

測(cè)量距離實(shí)際是測(cè)量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時(shí)間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成目標(biāo)的精確距離。

測(cè)量目標(biāo)方位是利用天線的尖銳方位波束測(cè)量。測(cè)量仰角靠窄的仰角波束測(cè)量。根據(jù)仰角和距離就能計(jì)算出目標(biāo)高度。

測(cè)量速度是雷達(dá)根據(jù)自身和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的頻率多普勒效應(yīng)原理。雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波頻率與雷達(dá)發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離變化率。當(dāng)目標(biāo)與干擾雜波同時(shí)存在于雷達(dá)的同一空間分辨單元內(nèi)時(shí)，雷達(dá)利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測(cè)和跟蹤目標(biāo)。

聲波是觀察和測(cè)量的重要手段。有趣的是，英文“sound”一詞作為名詞是“聲”的意思，作為動(dòng)詞就有“探測(cè)”的意思，可見聲與探測(cè)關(guān)系之緊密。

在水中進(jìn)行觀察和測(cè)量，具有得天獨(dú)厚條件的只有聲波。這是由于其他探測(cè)手段的作用距離都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到十幾米到幾十米內(nèi)的物體；電磁波在水中也衰減太快，而且波長越短，損失越大，即使用大功率的低頻電磁波，也只能傳播幾十米。然而，聲波在水中傳播的衰減就小得多，在深海聲道中爆炸一個(gè)幾公斤的炸彈，在兩萬公里外還可以收到信號(hào)，低頻的聲波還可以穿透海底幾千米的地層，并且得到地層中的信息。在水中進(jìn)行測(cè)量和觀察，至今還沒有發(fā)現(xiàn)比聲波更有效的手段。

聲納與雷達(dá)如何進(jìn)行敵我識(shí)別？ 聲納的最基本原理 水聲設(shè)備

水聲設(shè)備是根據(jù)聲波可以在水中以一定的速度（海水1500米/秒；淡水1400米/秒）傳播較遠(yuǎn)距離，而且傳播時(shí)遇到目標(biāo)后會(huì)反射回來的原理進(jìn)行工作的。最常見的水聲導(dǎo)航、通訊設(shè)備有：回聲側(cè)深儀、各種類型的聲納等。

聲納是現(xiàn)代大型水面艦艇及潛艇上不可缺少的電子設(shè)備之一。聲納的主要功能是：搜索和跟蹤水下目標(biāo)（潛艇、水雷），對(duì)目標(biāo)進(jìn)行敵我識(shí)別，測(cè)定水下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)要素，以供反潛武器射擊指揮用。其次是水下通訊，探測(cè)水雷，探測(cè)水下情況保障本艦安全航行。

潛艇最大的特點(diǎn)是它的隱蔽性，作戰(zhàn)時(shí)需要長時(shí)間在水下潛航，這就決定它不能浮出水面使用雷達(dá)觀察，而只能依靠聲納進(jìn)行探測(cè)，所以聲納在潛艇上的重要性更為突出，被稱為潛艇的“耳目”。

聲納的工作原理與雷達(dá)相同，可以說是工作在音頻或超音頻頻率上的雷達(dá)。聲納站的各個(gè)組成部分與雷達(dá)站的組成極其相似。

由于聲納工作在超音頻頻率范圍內(nèi)，它輻射信號(hào)的方法與雷達(dá)不同，雷達(dá)采用金屬制成的拋物面天線，而聲納采用水聲換能器。

水生換能器是利用晶體（石英或酒石酸鉀鈉）壓電陶瓷（鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛等）的壓電效應(yīng)或鐵鎳合金的磁致伸縮效應(yīng)來進(jìn)行工作的。所謂壓電效應(yīng)，就是把晶體按一定方向切成薄片，并在晶體薄片上施加壓力，在它的兩端面上會(huì)分別產(chǎn)生正電荷和負(fù)電荷。反之在晶體博片上施加拉伸力時(shí)，它的兩個(gè)端面上就會(huì)產(chǎn)生與加壓力時(shí)相反的電荷。與壓電效應(yīng)相反時(shí)電致伸縮效應(yīng)，即在晶體的兩個(gè)端面上施加交變電壓，晶體就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)械變形。我們利用電致伸縮效應(yīng)和壓電效應(yīng)來產(chǎn)生和接收超聲波。

聲納發(fā)射超聲波時(shí)就把超聲波振蕩電壓加在晶體薄片的兩個(gè)端面上。于是晶體的厚度就會(huì)隨著超聲波振蕩電壓而變化，產(chǎn)生超聲波震動(dòng)。晶體震動(dòng)推動(dòng)周圍的水就產(chǎn)生的超聲波的輻射。

超聲波傳播時(shí)遇到目標(biāo)便產(chǎn)生反射?；夭ㄗ饔迷谒晸Q能器的晶體上，由于壓電效應(yīng)水聲換能器的兩個(gè)端面上便可能得到電信號(hào)。與雷達(dá)天線一樣，水聲換能器不但要發(fā)射和接收超聲波信號(hào)，而且要有尖銳的方向性，只有這樣才能測(cè)定目標(biāo)的方位。聲納設(shè)備是利用很多壓電晶體組成換能器陣來獲得尖銳的方向性的。因此聲吶的水聲換能器體積較大，一般都安裝在艦船艏部的水下部分。

聲納的工作過程可敘述入下：

在發(fā)射控制器的控制下，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生大功率超聲波脈沖振蕩，經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換裝臵由水聲換能器向某一個(gè)方向發(fā)射超聲波。在這個(gè)方向上，超聲波遇到目標(biāo)便反射回來，由水聲換能器接收，變成電信號(hào)。再經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換裝臵送到接收機(jī)放大，最后送到顯示器顯示目標(biāo)的方向和距離。

從工作過程看，發(fā)射超聲波時(shí)發(fā)射機(jī)工作，接收器不必工作；發(fā)射結(jié)束后，接收機(jī)應(yīng)立即工作，以便接收由最近目標(biāo)和最遠(yuǎn)目標(biāo)反射回來的超聲波。顯然發(fā)射機(jī)和接收機(jī)時(shí)交替工作的。因此利用收發(fā)轉(zhuǎn)換裝臵可以使接收機(jī)和發(fā)射機(jī)合用一個(gè)造價(jià)昂貴的水聲換能器。

以上述方式，即聲吶發(fā)射信號(hào)，然后接收由目標(biāo)反射回來的信號(hào)工作的稱為主動(dòng)式聲吶。另外，還有一種被動(dòng)工作方式，即只接收目標(biāo)本身發(fā)出的噪聲（如螺旋槳所發(fā)出的聲音等）來判別目標(biāo)的方向，又稱為噪音側(cè)向聲納。這種聲納不因發(fā)射聲波而被地方捕獲，所以被動(dòng)工作方式對(duì)提高潛艇的隱蔽性有著特殊的意義。

聲納的最基本原理

水聲設(shè)備

水聲設(shè)備是根據(jù)聲波可以在水中以一定的速度（海水1500米/秒；淡水1400米/秒）傳播較遠(yuǎn)距離，而且傳播時(shí)遇到目標(biāo)后會(huì)反射回來的原理進(jìn)行工作的。最常見的水聲導(dǎo)航、通訊設(shè)備有：回聲側(cè)深儀、各種類型的聲納等。

聲納是現(xiàn)代大型水面艦艇及潛艇上不可缺少的電子設(shè)備之一。聲納的主要功能是：搜索和跟蹤水下目標(biāo)（潛艇、水雷），對(duì)目標(biāo)進(jìn)行敵我識(shí)別，測(cè)定水下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)要素，以供反潛武器射擊指揮用。其次是水下通訊，探測(cè)水雷，探測(cè)水下情況保障本艦安全航行。

潛艇最大的特點(diǎn)是它的隱蔽性，作戰(zhàn)時(shí)需要長時(shí)間在水下潛航，這就決定它不能浮出水面使用雷達(dá)觀察，而只能依靠聲納進(jìn)行探測(cè)，所以聲納在潛艇上的重要性更為突出，被稱為潛艇的“耳目”。

聲納的工作原理與雷達(dá)相同，可以說是工作在音頻或超音頻頻率上的雷達(dá)。聲納站的各個(gè)組成部分與雷達(dá)站的組成極其相似。

由于聲納工作在超音頻頻率范圍內(nèi)，它輻射信號(hào)的方法與雷達(dá)不同，雷達(dá)采用金屬制成的拋物面天線，而聲納采用水聲換能器。

水生換能器是利用晶體（石英或酒石酸鉀鈉）壓電陶瓷（鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛等）的壓電效應(yīng)或鐵鎳合金的磁致伸縮效應(yīng)來進(jìn)行工作的。所謂壓電效應(yīng)，就是把晶體按一定方向切成薄片，并在晶體薄片上施加壓力，在它的兩端面上會(huì)分別產(chǎn)生正電荷和負(fù)電荷。反之在晶體博片上施加拉伸力時(shí)，它的兩個(gè)端面上就會(huì)產(chǎn)生與加壓力時(shí)相反的電荷。與壓電效應(yīng)相反時(shí)電致伸縮效應(yīng)，即在晶體的兩個(gè)端面上施加交變電壓，晶體就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)械變形。我們利用電致伸縮效應(yīng)和壓電效應(yīng)來產(chǎn)生和接收超聲波。

聲納發(fā)射超聲波時(shí)就把超聲波振蕩電壓加在晶體薄片的兩個(gè)端面上。于是晶體的厚度就會(huì)隨著超聲波振蕩電壓而變化，產(chǎn)生超聲波震動(dòng)。晶體震動(dòng)推動(dòng)周圍的水就產(chǎn)生的超聲波的輻射。

超聲波傳播時(shí)遇到目標(biāo)便產(chǎn)生反射?；夭ㄗ饔迷谒晸Q能器的晶體上，由于壓電效應(yīng)水聲換能器的兩個(gè)端面上便可能得到電信號(hào)。與雷達(dá)天線一樣，水聲換能器不但要發(fā)射和接收超聲波信號(hào)，而且要有尖銳的方向性，只有這樣才能測(cè)定目標(biāo)的方位。聲納設(shè)備是利用很多壓電晶體組成換能器陣來獲得尖銳的方向性的。因此聲吶的水聲換能器體積較大，一般都安裝在艦船艏部的水下部分。

聲納的工作過程可敘述如下：

在發(fā)射控制器的控制下，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生大功率超聲波脈沖振蕩，經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換裝臵由水聲換能器向某一個(gè)方向發(fā)射超聲波。在這個(gè)方向上，超聲波遇到目標(biāo)便反射回來，由水聲換能器接收，變成電信號(hào)。再經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換裝臵送到接收機(jī)放大，最后送到顯示器顯示目標(biāo)的方向和距離。

從工作過程看，發(fā)射超聲波時(shí)發(fā)射機(jī)工作，接收器不必工作；發(fā)射結(jié)束后，接收機(jī)應(yīng)立即工作，以便接收由最近目標(biāo)和最遠(yuǎn)目標(biāo)反射回來的超聲波。顯然發(fā)射機(jī)和接收機(jī)時(shí)交替工作的。因此利用收發(fā)轉(zhuǎn)換裝臵可以使接收機(jī)和發(fā)射機(jī)合用一個(gè)造價(jià)昂貴的水聲換能器。

以上述方式，即聲吶發(fā)射信號(hào)，然后接收由目標(biāo)反射回來的信號(hào)工作的稱為主動(dòng)式聲吶。另外，還有一種被動(dòng)工作方式，即只接收目標(biāo)本身發(fā)出的噪聲（如螺旋槳所發(fā)出的聲音等）來判別目標(biāo)的方向，又稱為噪音側(cè)向聲納。這種聲納不因發(fā)射聲波而被地方捕獲，所以被動(dòng)工作方式對(duì)提高潛艇的隱蔽性有著特殊的意義。

什么叫聲納?它有什作用和危害?

水下探測(cè)使用“聲納”，這是一種利用聲音進(jìn)行偵察的工具。

聲納由發(fā)射機(jī)、換能器、接收機(jī)、顯示器、定時(shí)器、控制器等主要部件構(gòu)成。發(fā)射機(jī)制造電信號(hào)，經(jīng)過換能器（一般用壓電晶體），把電信號(hào)變成聲音信號(hào)向水中發(fā)射。聲信號(hào)在水中傳遞時(shí)，如果遇到潛艇、水雷、魚群等目標(biāo)，就會(huì)被反射回來，反射回的聲波被換能器接收，又變成電信號(hào)，經(jīng)放大處理，在熒光屏上顯示或在耳機(jī)中變成聲音。根據(jù)信號(hào)往返時(shí)間可以確定目標(biāo)的距離，根據(jù)聲調(diào)的高低等情況可以判斷目標(biāo)的性質(zhì)。例如，目標(biāo)是潛艇，潛艇是鋼質(zhì)外殼，回聲不僅清晰，而且還有拖長的回鳴；魚群的回聲則低沉而混亂。目標(biāo)如果是運(yùn)動(dòng)的，那么由于“多普勒效應(yīng)”，回聲的音調(diào)應(yīng)有所變化：音調(diào)不斷變高，說明目標(biāo)正向他們靠攏；音調(diào)不斷變低，說明目標(biāo)離我們遠(yuǎn)去了……

聲納可分為兩大類：主動(dòng)聲納和被動(dòng)聲納。前者像雷達(dá)一樣，不停地向外發(fā)射聲信號(hào)，根據(jù)回波判斷目標(biāo)性質(zhì)。后者不主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，只接收目標(biāo)自己輻射的聲音信號(hào)。被動(dòng)聲納因?yàn)椴话l(fā)射信號(hào)，所以不易被敵人發(fā)現(xiàn)，主要用于隱蔽偵察?，F(xiàn)代的綜合聲納兼有以上兩種工作方式。

早期潛艇依靠潛望鏡進(jìn)行觀察。但潛望鏡只能觀察水面上的目標(biāo)，對(duì)水下目標(biāo)則無能為力，所以，早期潛艇的事故率很高，經(jīng)常在水下撞上暗礁、水雷和別的潛艇。在第二次大戰(zhàn)期間，沉沒的德國潛艇有100多艘。

現(xiàn)代潛艇裝有多種聲納。例如美國的一種潛艇，裝備不同用途的聲納有15種之多。艇上的 7 聲納偵察儀可截獲和偷聽敵人的聲納信號(hào)；敵我識(shí)別聲納，專門用對(duì)口令的辦法判斷敵我；通信聲納則用來和自己的艦艇通信；有的聲納負(fù)責(zé)導(dǎo)航、測(cè)距、警戒、探雷、測(cè)地貌等等。

有趣的是，潛艇的克星也是聲納。在海中，只有靠聲納才能發(fā)現(xiàn)潛艇，因而存在著潛艇聲納與反潛聲納的對(duì)抗。

許多國家在軍港附近的海區(qū)、重要的海峽、主要的航道等處都安裝了龐大的聲納換能器基陣，靠岸上的電子計(jì)算機(jī)控制海底的數(shù)以千計(jì)的換能器。一旦潛艇來犯，便可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。這種防潛預(yù)警系統(tǒng)早在1952年就已建成，現(xiàn)已發(fā)展到第五代。其警戒范圍可達(dá)幾百公里。

在大西洋的亞速爾群島以北，有一個(gè)叫“阿發(fā)”的水下監(jiān)視系統(tǒng)。它的換能器安裝在幾個(gè)水下塔臺(tái)上，排布成三角形，每邊長約35公里。這種系統(tǒng)能監(jiān)聽進(jìn)出直布羅陀海峽的所有潛艇，并能用三角定位法確定潛艇位臵。

除了這種固定的警戒聲納外，探測(cè)潛艇還可以用機(jī)載聲納進(jìn)行。一架直升機(jī)垂下一根100多米長的電纜，電纜下吊著一部聲納。通過機(jī)身的下降或上升，聲納在海水中的深度也隨之變化。飛機(jī)在海面上飛行時(shí)，便可拖著聲納進(jìn)行大面積探測(cè)。據(jù)國外報(bào)道，這種聲納每小時(shí)可以搜索海面1000平方公里。

新型航空聲納是“無線”式的，不需要用電纜和飛機(jī)連接。它只有10公斤，反潛飛機(jī)將它們投到預(yù)定海域內(nèi)，它們便可漂浮于海上。反潛飛機(jī)可以同時(shí)投放許多這種漂浮聲納。聲納著水后，其天線伸出水面，水聽器沉入水中。水聽器把在海底收到的聲信號(hào)變成電信號(hào)，通過天線發(fā)射出去。反潛飛機(jī)根據(jù)收到的信號(hào)可以判斷潛艇的位臵。

現(xiàn)代水雷也多采用聲納作引信。有一種先進(jìn)的自動(dòng)水雷，依靠聲納作自導(dǎo)裝臵。當(dāng)潛艇從附近經(jīng)過時(shí)可以“自動(dòng)起飛”，搜索并最后擊中目標(biāo)。

倒車?yán)走_(dá)的工作原理：

倒車?yán)走_(dá)的主要作用是在倒車時(shí)，利用超聲波原理，由裝臵于車尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波撞擊障礙物后反射此聲波探頭，從而計(jì)算出車體與障礙物之間的實(shí)際距離，再提示給駕駛者，使停車和倒車更容易、更安全。

倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的組成：1．主機(jī)2．顯示器3．探頭2～8個(gè)

倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品使用發(fā)射和接收一體化超聲波探頭，采用單片機(jī)控制超聲波發(fā)射，發(fā)射的超聲波遇到障礙物反射,探頭接收反射的超聲波送入放大電路進(jìn)行放大，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后送顯示器顯示障礙物距離和方位。

超聲波探頭利用壓電陶瓷作為換能器件實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。給探頭壓電陶瓷片施加一定的超音頻電信號(hào)，壓電陶瓷片將電能轉(zhuǎn)換成聲能發(fā)送超聲波。超聲波作用于探頭壓電陶瓷片，壓電陶瓷片將聲能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，微弱的電信號(hào)經(jīng)放大后送電路處理。

PDC（Parking Distance Control）系統(tǒng)的工作原理就是通常是在車的后保險(xiǎn)杠或前后保險(xiǎn)杠設(shè)臵雷達(dá)偵測(cè)器，用以偵測(cè)前后方的障礙物，幫助駕駛員“看到”前后方的障礙物，或停車時(shí)與它車的距離，此裝臵除了方便停車外更可以保護(hù)車身不受刮蹭。PDC是以超音波感應(yīng)器來偵測(cè)出離車最近的障礙物距離，并發(fā)出警笛聲來警告駕駛者。而警笛聲音的控制 8 通常分為兩個(gè)階段，當(dāng)車輛的距離達(dá)到某一開始偵測(cè)的距離時(shí)，警笛聲音開始以某一高頻的警笛聲鳴叫，而當(dāng)車行至更近的某一距離時(shí)，則警笛聲改以連續(xù)的警笛聲，來告知駕駛者。PDC的優(yōu)點(diǎn)在于駕駛員可以用聽覺獲得有關(guān)障礙物的信息，或它車的距璃。PDC系統(tǒng)主要是協(xié)助停車的，所以當(dāng)達(dá)到或超過某一車速時(shí)系統(tǒng)功能將會(huì)關(guān)閉。

三菱電機(jī)開發(fā)成功車載毫米波雷達(dá)MMIC芯片

〖 http://004km.cn 2003/06/06 11:17 來源：日經(jīng)BP社 作者：田野倉保雄 〗

日本三菱電機(jī)日前宣布，成功開發(fā)出用于車間距離控制系統(tǒng)等的車載毫米波雷達(dá)MMIC（單片微波集成電路）芯片組。目前，該芯片組已開始使用于高級(jí)車輛，采用電動(dòng)控制掃描臂取代了此前通過機(jī)械性方法左右擺動(dòng)掃描臂來進(jìn)行掃描的方式。使用的頻帶為76GHz?！爸С蛛妱?dòng)臂掃描方式、基于MMIC的76GHz頻帶芯片組的成功開發(fā)，在業(yè)界尚屬首次”（該公司）。三菱電機(jī)在此次開發(fā)中，運(yùn)用了此前在90GHz頻帶的地球觀測(cè)衛(wèi)星毫米波傳感器等衛(wèi)星防衛(wèi)領(lǐng)域中所形成的MMIC技術(shù)。

與機(jī)械式相比，電動(dòng)臂掃描方式可進(jìn)行高速掃描，并且可確保較高的可信度。例如，掃描速度達(dá)到掃描1次僅需1/100萬秒?！氨热?，即使與前行車的相對(duì)速度達(dá)到150km/小時(shí)，進(jìn)行1次掃描時(shí)前行車的移動(dòng)距離也不會(huì)超過1mm”（三菱電機(jī)）。

此次開發(fā)成功的芯片組共由8枚芯片組成。具體來說，包括用于信息收發(fā)天線切換開關(guān)的MMIC、5枚用于發(fā)送信息的MMIC芯片（76GHz頻帶放大器、38/76GHz倍頻器、38GHz頻帶放大器、19/38GHz倍頻器及19GHz頻帶放大器）以及2枚接收信息的MMIC芯片（76GHz頻帶低噪音放大器及用于接收信息的音量調(diào)節(jié)裝臵）。通過組裝上述芯片，可構(gòu)成FMCW（頻率調(diào)制連續(xù)波）及脈沖多普勒等各種方式的毫米波雷達(dá)的回路部分。

三菱電機(jī)計(jì)劃在2006年投產(chǎn)該芯片組。該公司表示：“除向其他公司銷售外，目前也正在考慮在自己公司投產(chǎn)嵌入有該芯片組的雷達(dá)模塊”。該芯片組的目標(biāo)價(jià)格為2萬日元（約合人民幣1250元）以下。

第二篇：微波(雷達(dá))感應(yīng)模塊原理以及應(yīng)用調(diào)試

雷達(dá)感應(yīng)開關(guān)原理調(diào)試

一、原理簡(jiǎn)介：

1.主要功能與原理：如上圖所示，上圖是雷達(dá)感應(yīng)開關(guān)模塊的感應(yīng)板的電路原理圖，由集電極外PCB兩層銅箔間的電容、三極管內(nèi)阻、寄生電容等構(gòu)成RC震蕩電路，該震蕩電路震蕩產(chǎn)生高頻信號(hào)，經(jīng)過三極管放大，再經(jīng)過圍繞PCB三邊的天線發(fā)射出去。發(fā)射的2.4-3.2GHz的微波信號(hào)如果遇到移動(dòng)物體，則反射波相對(duì)發(fā)射波就會(huì)有相位變化，回型天線接收到反射信號(hào)，反射波與發(fā)射信號(hào)的相位移頻就會(huì)以3-20MHz左右的低頻輸出（P4）,該信號(hào)再由后級(jí)運(yùn)放放大，驅(qū)動(dòng)繼電器，從而由繼電器控制燈光。另外，中間也可以加上光敏二極管檢測(cè)晝夜光線，作為夜間條件下控制輸出的前提條件。

2.發(fā)射頻率：RC振蕩電路的頻率f=1/2πRC，公式中的R是原理圖中三極管的輸入阻抗，C是PCB上三極管集電極基極引線正反面銅箔之間的電容以及三極管寄生電容組成的總電容。該電容量公式為C=εS/d，式中ε為介質(zhì)（在這里就是指的PCB板材的介電常數(shù)），S為PCB極板面積，d為極板間距也就是PCB厚度。

3.接收：通過回型天線接收反射回來的雷達(dá)波，如果發(fā)射與接收波之間有相位移頻，則輸出低頻信號(hào)P4。

4.發(fā)射避開公共頻段又不能過高：因?yàn)?G和4G手機(jī)信號(hào)和WIFI信號(hào)的頻率范圍在1.8-2.4GHz，模塊的工作頻率盡可能避開這個(gè)頻段，避免相互干擾。一般的發(fā)射頻率2.5GHz左右最佳，頻率過高，則高頻三極管增益降低，感應(yīng)距離近。發(fā)射頻率同天線部分PCB線路板尺寸大小、厚度、布線、三極管輸入阻抗與電容等有關(guān)。

5.發(fā)射頻率與發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度：如果有頻譜儀測(cè)試發(fā)射天線端的發(fā)射信號(hào)，可以測(cè)試到發(fā)射頻點(diǎn)及其發(fā)射信號(hào)幅度。發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度越大，感應(yīng)距離越遠(yuǎn)。但是，高頻三極管來說，隨著頻率的增加，其增益逐漸降低，發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度也就降低。另外，同一個(gè)頻率，三極管的特征頻率fT越大，其高頻增益就越高，感應(yīng)距離也就越遠(yuǎn)，所以，最好設(shè)計(jì)調(diào)整PCB，將頻點(diǎn)做到2.4GHz。6.接收靈敏度：同樣頻率，高頻三極管對(duì)高頻信號(hào)的fT越大，高頻增益越高，接收的移頻信號(hào)輸出幅度越大，感應(yīng)靈敏度就越高，感應(yīng)距離就越遠(yuǎn)。適當(dāng)調(diào)整后級(jí)運(yùn)放的放大倍數(shù)也可以調(diào)整感應(yīng)距離，但是，如果單純的提高后級(jí)運(yùn)放的倍數(shù)，雖然感應(yīng)較遠(yuǎn)距離，但會(huì)將小幅度的其它干擾信號(hào)也放大輸出，造成誤報(bào)。

影響感應(yīng)距離的幾個(gè)因素：A.發(fā)射天線板的尺寸，該尺寸越大，天線越長，則感應(yīng)距離越遠(yuǎn)。B.高頻三極管的特征頻率越高，其高頻增益越大，感應(yīng)距離也就越遠(yuǎn)。C.后級(jí)運(yùn)放的放大倍數(shù)適當(dāng)?shù)母?，其?duì)輸出的移頻信號(hào)放大的幅度大。D.發(fā)射頻率最好在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的2.4GHz。高頻三極管的增益會(huì)隨著頻率的增大而降低降低，頻點(diǎn)太高，發(fā)射信號(hào)功率降低、接收靈敏度也降低。

如果調(diào)試得當(dāng)，使用9GHz的高頻三極管的，天線板尺寸在20*30mm左右時(shí)，感應(yīng)距離會(huì)在3-5米。天線尺寸在30*40mm左右，感應(yīng)距離會(huì)到8-10米。天線尺寸到40*50mm最遠(yuǎn)感應(yīng)距離會(huì)達(dá)到20米左右。如果你想在此基礎(chǔ)上降低感應(yīng)距離，可以調(diào)整降低后面放大板上的運(yùn)算放大器的增益，或者改變輸入的驅(qū)動(dòng)電平，來滿足不同感應(yīng)距離的要求。

7.發(fā)射天線：圍繞天線板3邊，用于將本振頻率信號(hào)發(fā)射出去，天線板尺寸越大，該天線越長，則發(fā)射信號(hào)越強(qiáng)，發(fā)射距離越遠(yuǎn)，感應(yīng)距離也就越遠(yuǎn)，但是，這個(gè)發(fā)射天線又不能形成四邊閉環(huán)。天線對(duì)電源之間的4個(gè)電容主要是對(duì)與發(fā)射頻率相同、從電源串?dāng)_進(jìn)來的其它模塊的信號(hào)與WIFI信號(hào)屏蔽濾波,如果出現(xiàn)串?dāng)_，請(qǐng)調(diào)整電容容量或者數(shù)量，使得濾波頻點(diǎn)同本板發(fā)射頻率相同。8.感應(yīng)信號(hào)放大燈光控制：原理圖中，通過P4輸出感應(yīng)信號(hào)SING OUT到后面的放大電路，將該信號(hào)通過運(yùn)放放大，再去控制光源。為了避免被干擾誤報(bào)，建議在后級(jí)放大電路中采用帶有運(yùn)放功能的CPU，植入信號(hào)判斷程序，從而將其它非感應(yīng)信號(hào)濾除并加入不同狀態(tài)的燈光控制，提高抗干擾能力。

9.回型天線：發(fā)射極外的回型天線接收反射信號(hào)，為了使反射信號(hào)有效穿過回型天線，回型天線后面不敷設(shè)覆銅板。另外，回型天線只需要一個(gè)正弦波形就可以。還可以通過適當(dāng)加寬回型天線線寬、加大波形幅度，并且在線上密布過孔來提高感應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度和靈敏度（注意：PCB三邊和回型天線上的過孔一定要滿鍍錫或者鍍化學(xué)金，以加強(qiáng)發(fā)射接收信號(hào)的強(qiáng)度）。

10.基極外去耦合銅箔天線：基極B外那個(gè)長方形天線（基極與R3之間的矩形銅箔天線）用作與其背面的PCB覆銅板形成的電容退耦合。該去耦尺寸太小，則退耦沒做好，感應(yīng)距離很差并不穩(wěn)定，如果尺寸過大，又會(huì)持續(xù)輸出感應(yīng)信號(hào)，一般24*33mm的天線板的去耦合天線尺寸在3*8mm，如果天線尺寸大于或者小于24*33mm，則該去耦天線同比例增加或者縮小面積。這個(gè)去耦天線的形狀還與感應(yīng)方向性（水平還是垂直）有關(guān)系，設(shè)計(jì)成長條形狀，則是垂直于PCB板的感應(yīng)距離近，水平于PCB方向的感應(yīng)距離遠(yuǎn)。如果想水平與垂直的感應(yīng)距離相等，則可以設(shè)計(jì)成方形的，但是面積不要變。

11.發(fā)射極引出的線條要適當(dāng)寬長一些，這個(gè)線條以及基極外去耦合銅箔與背面銅箔之間的電容，是發(fā)射振蕩電路的電容，電容大小調(diào)整，也會(huì)調(diào)整發(fā)射頻點(diǎn)。

12.高頻三極管：最好采用特征頻率f T為9GHz以上的高頻三極管，f T越高，其在高頻微波頻段的高頻增益就越高，具體到使用中，f T越高，其發(fā)射信號(hào)幅度就越強(qiáng)、接收感應(yīng)微弱微波信號(hào)越靈敏，感應(yīng)的距離就越遠(yuǎn)BFS520-SOT323-N2t與PRF947-SOT323-7N是9GHz的高頻三極管，BFR370F、BFR360F、BFG340F是f T為12GHz的高頻三極管。另外，盡可能的采用SOT323封裝的芯片。因?yàn)镾OT323同SOT23相比較，SOT323封裝的芯片固定在引線框架的背面（見右圖），可以屏蔽正面過來的干擾波。并且，在PCB布線時(shí)，在高頻三極管的背面要敷設(shè)覆銅板，擋住背面進(jìn)來的反射波，提高三極管的抗干擾能力。

13.下雨受潮報(bào)警：該產(chǎn)品發(fā)射的是厘米波，波長較短，任何微波雷達(dá)在下雨時(shí)都容易被雨折射反射，所以，下雨時(shí)，檢測(cè)信號(hào)有可能有輸出。另外，PCB受潮也會(huì)造成板材的介電常數(shù)變化，板間電容變化，發(fā)射頻點(diǎn)變化，因而PCB正反面要涂油防潮。

14.PCB板材：最好采用高頻板材的介電常數(shù)適當(dāng)穩(wěn)定的普通板材（高頻板材成本價(jià)格太高），開始做實(shí)驗(yàn)投板時(shí)，最好多選用厚度1.2mm、1.0mm的板材，從而可能得到不同分布電容的PCB，也會(huì)得到不同的發(fā)射頻率和感應(yīng)距離，最終從中選用最佳的。另外，PCB板材要用品質(zhì)因數(shù)高，并且一定要穩(wěn)定（否則頻率漂移并逐漸感應(yīng)距離近）。

二、調(diào)試建議： 1.發(fā)射頻率過低（低于2.4GHz以下的話，抗干擾能力就差，反射能力差，感應(yīng)距離會(huì)時(shí)遠(yuǎn)時(shí)近，產(chǎn)生誤報(bào)。請(qǐng)調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)震蕩電路集電極與基極外銅箔面積和接收信號(hào)電路或者PCB的板材厚度，改變發(fā)射頻率。（用3GHz以上的頻譜儀可以直觀的測(cè)試發(fā)射接收信號(hào)的頻譜與幅度）。2.感應(yīng)距離近：發(fā)射天線太短、線寬太窄、過孔沒有金屬化，接收天線尺寸小，其相應(yīng)的發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度和接收靈敏度就低，感應(yīng)距離就近。

3.振蕩電路中的阻容器件的均勻性、一致性、溫度穩(wěn)定性要好一些，建議使用優(yōu)質(zhì)溫飄小的精密電阻、電容。

4.一點(diǎn)也不感應(yīng)：A.可能是你的振蕩電路沒有起振，調(diào)整發(fā)射頻率震蕩電路，滿足起振條件。B.可能是高頻三極管的f T太低，對(duì)高頻信號(hào)的放大增益太小，至少要使用f T大于9GHz的高頻三極管。C.天線板尺寸太小，天線太短，發(fā)射信號(hào)太弱。D.三極管的偏置電路有問題，進(jìn)入截止區(qū)或者飽和區(qū)。

5.相互串?dāng)_：直流的電源對(duì)微波波段的濾波不好，造成其它信號(hào)源以及間隔近的模塊之間的微波信號(hào)通過電源串進(jìn)來，產(chǎn)生周圍雜波的干擾，會(huì)誤感應(yīng)而持續(xù)亮燈、感應(yīng)距離近。不要用整流二極管簡(jiǎn)單整流供電，而要采用電源穩(wěn)壓器芯片穩(wěn)壓后供電，并且要調(diào)整四個(gè)濾波電容對(duì)外來同本板發(fā)射頻點(diǎn)相同的高頻信號(hào)濾波。

6.后級(jí)運(yùn)放放大：大家大多使用的之前紅外聲光控開關(guān)上的運(yùn)放BISS0001。最好使用帶有運(yùn)放的單片機(jī)，并在單片機(jī)里面植入對(duì)感應(yīng)信號(hào)判斷的程序，這樣，就會(huì)判斷去除串?dāng)_雜波信號(hào)和非感應(yīng)信號(hào)，還能通過感應(yīng)信號(hào)幅度變化來判斷人體與汽車是由遠(yuǎn)及近再由近到遠(yuǎn)，還是由遠(yuǎn)及近到燈下不走，這樣可以更人性化的延時(shí)控制燈光。7.3.3V供電：使用3.3V供電，就要將高頻三極管的偏置做調(diào)整，提高基極與集電極的偏置壓降，以盡可能提高高頻三極管的工作點(diǎn)，避免因?yàn)殡妷航档投斐傻陌l(fā)射功率降低。

大家使用的原理圖都一樣，做出來的產(chǎn)品的感應(yīng)距離卻不同，原因就是：PCB的布線產(chǎn)生的分布參數(shù)、元器件板材的采用、電源濾波、PCB尺寸、厚度等因素對(duì)產(chǎn)品的影響非常大。

五、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1、天線長度

理論和實(shí)踐證明，當(dāng)天線的長度為無線電波長的1/4時(shí)，無線的發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換效率最高。因此，天線的長度將根據(jù)所發(fā)射和接收的頻率即波長來決定。只要知道對(duì)應(yīng)發(fā)射和接收的中心頻率就可以用下面的公式算出對(duì)應(yīng)的無線電信號(hào)的波長，再將算出的波長除以4就是對(duì)應(yīng)的最佳天線長度。

頻率余波長的換算公式為：波長=300000000/頻率

2、PCB注意事項(xiàng) 天線版背面不能鋪銅 天線中增加過孔增加阻抗

注意器件布局，應(yīng)當(dāng)原理高頻三極管和天線。

3、距離調(diào)節(jié)電阻選擇

距離調(diào)節(jié)電阻即為放大倍數(shù)的調(diào)節(jié),該電阻的大小應(yīng)該根據(jù)你天線實(shí)際輸出信號(hào)大小而定，需要經(jīng)過大量測(cè)試來判定你天線板信號(hào)的大小好壞,一般正常的信號(hào)在0.5v左右(天線長短粗細(xì)決定其質(zhì)量)。

第三篇：導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的原理及應(yīng)用

導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的原理及應(yīng)用

導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的原理及應(yīng)用

一、導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)概述

料位是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要參數(shù)。料位測(cè)量的方法很多，針對(duì)不同的工況和介質(zhì)可以使用不同測(cè)量原理的料位計(jì)，吹氣法、靜壓式、浮球式、重錘式、超聲波等幾種常用的料位測(cè)量儀表，都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)運(yùn)用先進(jìn)的雷達(dá)測(cè)量技術(shù)，以其優(yōu)良的性能，尤其是在槽罐中有攪拌、溫度高、蒸汽大、介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)疤等惡劣的測(cè)量條件下，顯示出其卓越的性能，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

二、原理及技術(shù)性能

雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波，導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)利用了電磁波的特殊性能來進(jìn)行料位檢測(cè)。電磁波的物理特性與可見光相似，傳播速度相當(dāng)于光速。其頻率為300MHz-3000GHz。電磁波可以穿透空間蒸汽、粉塵等干擾源，遇到障礙物易于被反射，被測(cè)介質(zhì)導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大，回波信號(hào)的反射效果越好。雷達(dá)波的頻率越高，發(fā)射角越小，單位面積上能量（磁通量或場(chǎng)強(qiáng)）越大，波的衰減越小，導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的測(cè)量效果越好。１.導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的基本原理

導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)組成：它主要由發(fā)射和接收裝置、信號(hào)處理器、天線、操作面板、顯示、故障報(bào)警等幾部分組成。

發(fā)射－反射－接收是導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)工作的基本原理。雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射最小5.8GHz的雷達(dá)信號(hào)。反射回來的信號(hào)仍由天線接收，雷達(dá)脈沖信號(hào)從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)間與傳感器到介質(zhì)表面的距離以及物位成比例。即：h=?H–vt/2? 式中?h為料位；H為槽高；?v為雷達(dá)波速度；t為雷達(dá)波發(fā)射到接收的間隔時(shí)間； ２.導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量料位的先進(jìn)技術(shù)：(１)回波處理新技術(shù)的應(yīng)用

從導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的測(cè)量原理可以知道，導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)是通過處理雷達(dá)波從探頭發(fā)射到介質(zhì)表面然后返回到探頭的時(shí)間來測(cè)量料位的，在反射信號(hào)中混合有許多干擾信號(hào)，所以，對(duì)真實(shí)回波的處理和對(duì)各種虛假回波的識(shí)別技術(shù)就成為導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)能夠準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵因素。(２)測(cè)量數(shù)據(jù)處理：

由于液面波動(dòng)和隨機(jī)噪聲等因素的影響，檢測(cè)信號(hào)中必然混有大量噪聲。為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度，必須對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，盡可能消除噪聲。

經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用數(shù)據(jù)平滑方法可以達(dá)到滿意的效果。此方法也可有效的克服罐內(nèi)攪拌器對(duì)測(cè)量的影響。(３)導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的特點(diǎn)：

由于導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)采用了上述先進(jìn)的回波處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，加上雷達(dá)波本身頻率高，穿透性能好的特點(diǎn)，所以，導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)具有比接觸式料位計(jì)和同類非接觸料位計(jì)更加優(yōu)良的性能。①可在惡劣條件下連續(xù)準(zhǔn)確地測(cè)量。②操作簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。③準(zhǔn)確安全且節(jié)省能源。④無需維修且可靠性強(qiáng)。⑤幾乎可以測(cè)量所有介質(zhì)。

三、安裝應(yīng)注意的問題

（１）當(dāng)測(cè)量液態(tài)物料時(shí)，傳感器的軸線和介質(zhì)表面保持垂直；當(dāng)測(cè)量固態(tài)物料時(shí)，由于固體介質(zhì)會(huì)有一個(gè)堆角，傳感器要傾斜一定的角度。

（２）盡量避免在發(fā)射角內(nèi)有造成假反射的裝置。特別要避免在距離天線最近的1/3錐形發(fā)射區(qū)內(nèi)有障礙裝置（因?yàn)檎系K裝置越近，虛假反射信號(hào)越強(qiáng)）。若實(shí)在避免不了，建議用一個(gè)折射板將過強(qiáng)的虛假反射信號(hào)折射走。這樣可以減小假回波的能量密度，使傳感器較容易地將虛假信號(hào)濾出。（３）要避開進(jìn)料口，以免產(chǎn)生虛假反射。

（４）傳感器不要安裝在拱形罐的中心處（否則傳感器收到的虛假回波會(huì)增強(qiáng)），也不能距離罐壁很近安裝，最佳安裝位置在容器半徑的１／２處。

（５）要避免安裝在有很強(qiáng)渦流的地方。如：由于攪拌或很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)等，建議采用導(dǎo)波管或旁通管測(cè)量。

（６）若傳感器安裝在接管上，天線必須從接管伸出來。喇叭口天線伸出接管至少１０mm。棒式天線接管長度最大100或250mm。接管直徑最小250mm?？梢圆扇〖哟蠼庸苤睆降姆椒ǎ詼p少由于接管產(chǎn)生的干擾回波。

（７）關(guān)于導(dǎo)波管天線：導(dǎo)波管內(nèi)壁一定要光滑，下面開口的導(dǎo)波管必須達(dá)到需要的最低液位，這樣才能在管道中進(jìn)行測(cè)量。傳感器的類型牌要對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)波管開孔的軸線。若被測(cè)介電常數(shù)小于４，需在導(dǎo)波管末端安裝反射板，或?qū)?dǎo)波管末端彎成一個(gè)彎度，將容器底的反射回波折射走。

四、應(yīng)用中存在的問題及解決方法

有些工況下所使用的導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)，因?yàn)閭鞲衅靼惭b位置不當(dāng)及條件所致，出現(xiàn)了一些問題，下面將對(duì)一些使用中的問題提出解決方案,供大家參考。1．探頭結(jié)疤和頻繁故障的解決方法

第一個(gè)辦法是將探頭安裝位置提高，但是有時(shí)候安裝條件限制，不能提高的情況下，就應(yīng)采用將料位測(cè)量值與該槽的泵聯(lián)鎖的辦法，解決這一難題：將最高料位設(shè)定值減小0.5m左右，當(dāng)料位達(dá)到該最高值時(shí)，即可停進(jìn)料泵或開啟出料泵。2．導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)被淹相應(yīng)的改進(jìn)辦法? 解決這種問題的辦法是將導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)改為導(dǎo)波管式測(cè)量。仍在原開孔處安裝導(dǎo)波管式導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)，導(dǎo)波管高于排汽管0.2m左右，?這樣一來，即使出現(xiàn)料漿從排汽管溢出的惡劣工況，也不會(huì)使料位計(jì)天線被料漿淹沒，而且避免了攪拌器渦流的干擾及大量蒸汽從探頭處冒出，減少了對(duì)探頭的損害，同時(shí)由于導(dǎo)波管聚焦效果好，接收的雷達(dá)波信號(hào)更強(qiáng)，取得了很好的測(cè)量效果。使用導(dǎo)波管測(cè)量方式，可以改善表計(jì)測(cè)量條件，提高儀表測(cè)量性能,具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。3．關(guān)于泡沫對(duì)測(cè)量的影響：

干泡沫和濕泡沫能將雷達(dá)波反射回來，對(duì)測(cè)量無影響；中性泡沫則會(huì)吸收和擴(kuò)散雷達(dá)波，因而嚴(yán)重影響回波的反射甚至沒有回波。當(dāng)介質(zhì)表面為稠而厚的泡沫時(shí)，測(cè)量誤差較大或無法測(cè)量，在這種工況下，導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)不具有優(yōu)勢(shì)，這是其應(yīng)用的局限性。

4．對(duì)于天線結(jié)疤的處理：

介電常數(shù)很小的掛料在干燥狀態(tài)下對(duì)測(cè)量無影響，而介電常數(shù)很高的掛料則對(duì)測(cè)量有影響。可用壓縮空氣吹掃（或清水沖洗），且冷卻的壓縮空氣可降低法蘭和電器元件的溫度。還可用酸性清洗液清洗堿性結(jié)疤，但在清洗期間不能進(jìn)行料位測(cè)量。

五、結(jié)束語

導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)是目前各類料位測(cè)量儀表計(jì)中適用范圍最廣、測(cè)量最精確、維護(hù)最方便的料位測(cè)量儀表。隨著其價(jià)格的進(jìn)一步降低，性價(jià)比的提高，應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，在料位測(cè)量中發(fā)揮越來越重要的作用。本文對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，旨在為廣大維護(hù)人員更好地使用和掌握它，希望能對(duì)大家提供一些借鑒和幫助。

導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì) 工作原理：導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)是一種微波物位計(jì)，它是微波（雷達(dá)）定位技術(shù)的一種運(yùn)用。它是通過一個(gè)可以發(fā)射能量波（一般為脈沖信號(hào)）的裝置發(fā)射能量波，能量波在波導(dǎo)管中傳輸，能量波遇到障礙物反射，反射的能量波由波導(dǎo)管傳輸至接收裝置，再由接收裝置接收反射信號(hào)。根據(jù)測(cè)量能量波運(yùn)動(dòng)過程的時(shí)間差來確定物位變化情況。由電子裝置對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行處理，最終轉(zhuǎn)化成與物位相關(guān)的電信號(hào)。能量輻射水平低，該設(shè)備使用能量波的是脈沖能量波（頻率一般比智能雷達(dá)物位計(jì)低）。一般脈沖能量波的最大脈沖能量為1mW左右（平均功率為1μW左右），不會(huì)對(duì)其他設(shè)備以及人員造成輻射傷害。適用范圍及特點(diǎn)：導(dǎo)波微波物位儀表用于對(duì)液體、漿料及顆粒料等介電常數(shù)比較小的介質(zhì)的進(jìn)行接觸連續(xù)測(cè)量，適用于溫度、壓力變化大、有惰性氣體或蒸汽存在的場(chǎng)合。具有以下特點(diǎn)

1、通用性強(qiáng)：可測(cè)量液位及料位，可滿足不同溫度、壓力、介質(zhì)的測(cè)量要求，最高測(cè)量溫度可達(dá)800℃，最大壓力可達(dá)5MPa，并可應(yīng)用于腐蝕、沖擊等惡劣場(chǎng)合。

2、防掛料：獨(dú)特的電路設(shè)計(jì)和傳感器結(jié)構(gòu)，使其測(cè)量可以不受傳感器掛料影響，無需定期清潔，避免誤測(cè)量。

3、免維護(hù)：測(cè)量過程無可動(dòng)部件，不存在機(jī)械部件損壞問題，無須維護(hù)。

4、抗干擾：接觸式測(cè)量，抗干擾能力強(qiáng)，可克服蒸汽、泡沫及攪拌對(duì)測(cè)量的影響。

5、準(zhǔn)確可靠：測(cè)量量多樣化，使測(cè)量更加準(zhǔn)確，測(cè)量不受環(huán)境變化影響，穩(wěn)定性高，使用壽命長。主要技術(shù)參數(shù)： 正常工作條件：環(huán)境溫度：-20～50℃；相對(duì)濕度：5%～100%（包括直接濕）；環(huán)境壓力：86kPa～108 kPa；測(cè)量范圍： 0～6米，纜式最大可達(dá)35米；過程連接： 螺紋 或者法蘭；過程溫度：-40-250℃；過程壓力： 0.1～6Mpa；工作頻率： 1.8GHz；響應(yīng)速度： ≥0.2s（根據(jù)具體情況而定）重 復(fù) 性： ± 3mm ；分 辨 率： 1mm ；電流信號(hào)： 4～20mA/HART；精

度： <0.1% ；通訊接口： HART 通訊協(xié)議 ；電

源： 24V DC(+/-10%)/波紋電壓：1Vpp；耗 電 量： max22.5mA ；防爆認(rèn)證： Exia II CT6 ；外殼保護(hù)等級(jí)： IP68；兩線制接線： 供電和信號(hào)輸出公用一根兩芯線；電纜入口： 兩個(gè)M20ⅹ1.5（電纜直徑5 … 9mm）。型號(hào)及說明： TQ-DLUL 廠家代號(hào) C1 8㎜纜式探頭/不銹鋼（最大量程35m、-40~250℃）探頭型式及材料 C2 10㎜桿式探頭/不銹鋼（最大量程6m、-40~250℃）C3 同軸管式探頭/不銹鋼（最大量程6m、-40~350℃）0 螺紋連接 過程連接 1 標(biāo)準(zhǔn)法蘭 0 一體化（普通型）電子部件相關(guān) 1 分離型（3m電纜）2 其他 P 普通型 防爆選項(xiàng) I 本安型 1 現(xiàn)場(chǎng)顯示 顯示及編程器 2 編程器 3 現(xiàn)場(chǎng)顯示+編程器 4 無 X 客戶的特殊要求：如防爆外殼、量程等 其他選項(xiàng)

第四篇：雷達(dá)料位計(jì)的原理及應(yīng)用

雷達(dá)料位計(jì)的原理及應(yīng)用

一、概述

料位是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要參數(shù)。料位測(cè)量的方法很多，針對(duì)不同的工況和介質(zhì)可以使用不同測(cè)量原理的料位計(jì)，吹氣法、靜壓式、浮球式、重錘式、超聲波等幾種常用的料位測(cè)量儀表，都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。雷達(dá)料位計(jì)運(yùn)用先進(jìn)的雷達(dá)測(cè)量技術(shù)，以其優(yōu)良的性能，尤其是在槽罐中有攪拌、溫度高、蒸汽大、介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)疤等惡劣的測(cè)量條件下，顯示出其卓越的性能，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

二、原理及技術(shù)性能

雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波，雷達(dá)料位計(jì)利用了電磁波的特殊性能來進(jìn)行料位檢測(cè)。電磁波的物理特性與可見光相似，傳播速度相當(dāng)于光速。其頻率為300MHz-3000GHz。電磁波可以穿透空間蒸汽、粉塵等干擾源，遇到障礙物易于被反射，被測(cè)介質(zhì)導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大，回波信號(hào)的反射效果越好。雷達(dá)波的頻率越高，發(fā)射角越小，單位面積上能量（磁通量或場(chǎng)強(qiáng)）越大，波的衰減越小，雷達(dá)料位計(jì)的測(cè)量效果越好。

１.雷達(dá)料位計(jì)的基本原理

雷達(dá)式料位計(jì)組成：它主要由發(fā)射和接收裝置、信號(hào)處理器、天線、操作面板、顯示、故障報(bào)警等幾部分組成。

發(fā)射－反射－接收是雷達(dá)式料位計(jì)工作的基本原理。雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射最小5.8GHz的雷達(dá)信號(hào)。反射回來的信號(hào)仍由天線接收，雷達(dá)脈沖信號(hào)從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)間與傳感器到介質(zhì)表面的距離以及物位成比例。即：h= H–vt/2

式中 h為料位；H為槽高； v為雷達(dá)波速度；t為雷達(dá)波發(fā)射到接收的間隔時(shí)間； ２.雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量料位的先進(jìn)技術(shù)：(１)回波處理新技術(shù)的應(yīng)用

從雷達(dá)料位計(jì)的測(cè)量原理可以知道，雷達(dá)料位計(jì)是通過處理雷達(dá)波從探頭發(fā)射到介質(zhì)表面然后返回到探頭的時(shí)間來測(cè)量料位的，在反射信號(hào)中混合有許多干擾信號(hào)，所以，對(duì)真實(shí)回波的處理和對(duì)各種虛假回波的識(shí)別技術(shù)就成為雷達(dá)料位計(jì)能夠準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵因素。(２)測(cè)量數(shù)據(jù)處理：

由于液面波動(dòng)和隨機(jī)噪聲等因素的影響，檢測(cè)信號(hào)中必然混有大量噪聲。為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度，必須對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，盡可能消除噪聲。

經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用數(shù)據(jù)平滑方法可以達(dá)到滿意的效果。此方法也可有效的克服罐內(nèi)攪拌器對(duì)測(cè)量的影響。

(３)雷達(dá)料位計(jì)的特點(diǎn)：

由于雷達(dá)料位計(jì)采用了上述先進(jìn)的回波處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，加上雷達(dá)波本身頻率高，穿透性能好的特點(diǎn)，所以，雷達(dá)料位計(jì)具有比接觸式料位計(jì)和同類非接觸料位計(jì)更加優(yōu)良的性能。①可在惡劣條件下連續(xù)準(zhǔn)確地測(cè)量。②操作簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。③準(zhǔn)確安全且節(jié)省能源。④無需維修且可靠性強(qiáng)。⑤幾乎可以測(cè)量所有介質(zhì)。

三、安裝應(yīng)注意的問題

（１）當(dāng)測(cè)量液態(tài)物料時(shí)，傳感器的軸線和介質(zhì)表面保持垂直；當(dāng)測(cè)量固態(tài)物料時(shí)，由于固體介質(zhì)會(huì)有一個(gè)堆角，傳感器要傾斜一定的角度。

（２）盡量避免在發(fā)射角內(nèi)有造成假反射的裝置。特別要避免在距離天線最近的1/3錐形發(fā)射區(qū)內(nèi)有障礙裝置（因?yàn)檎系K裝置越近，虛假反射信號(hào)越強(qiáng)）。若實(shí)在避免不了，建議用一個(gè)折射板將過強(qiáng)的虛假反射信號(hào)折射走。這樣可以減小假回波的能量密度，使傳感器較容易地將虛假信號(hào)濾出。（３）要避開進(jìn)料口，以免產(chǎn)生虛假反射。

（４）傳感器不要安裝在拱形罐的中心處（否則傳感器收到的虛假回波會(huì)增強(qiáng)），也不能距離罐壁很近安裝，最佳安裝位置在容器半徑的１／２處。

（５）要避免安裝在有很強(qiáng)渦流的地方。如：由于攪拌或很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)等，建議采用導(dǎo)波管或旁通管測(cè)量。

（６）若傳感器安裝在接管上，天線必須從接管伸出來。喇叭口天線伸出接管至少１０mm。棒式天線接管長度最大100或250mm。接管直徑最小250mm?？梢圆扇〖哟蠼庸苤睆降姆椒?，以減少由于接管產(chǎn)生的干擾回波。

（７）關(guān)于導(dǎo)波管天線：導(dǎo)波管內(nèi)壁一定要光滑，下面開口的導(dǎo)波管必須達(dá)到需要的最低液位，這樣才能在管道中進(jìn)行測(cè)量。傳感器的類型牌要對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)波管開孔的軸線。若被測(cè)介電常數(shù)小于４，需在導(dǎo)波管末端安裝反射板，或?qū)?dǎo)波管末端彎成一個(gè)彎度，將容器底的反射回波折射走。

四、應(yīng)用中存在的問題及解決方法

有些工況下所使用的雷達(dá)料位計(jì)，因?yàn)閭鞲衅靼惭b位置不當(dāng)及條件所致，出現(xiàn)了一些問題，下面將對(duì)一些使用中的問題提出解決方案,供大家參考。1．探頭結(jié)疤和頻繁故障的解決方法

第一個(gè)辦法是將探頭安裝位置提高，但是有時(shí)候安裝條件限制，不能提高的情況下，就應(yīng)采用將料位測(cè)量值與該槽的泵聯(lián)鎖的辦法，解決這一難題：將最高料位設(shè)定值減小0.5m左右，當(dāng)料位達(dá)到該最高值時(shí)，即可停進(jìn)料泵或開啟出料泵。

2．雷達(dá)料位計(jì)被淹相應(yīng)的改進(jìn)辦法

解決這種問題的辦法是將雷達(dá)料位計(jì)改為導(dǎo)波管式測(cè)量。仍在原開孔處安裝導(dǎo)波管式雷達(dá)料位計(jì)，導(dǎo)波管高于排汽管0.2m左右，這樣一來，即使出現(xiàn)料漿從排汽管溢出的惡劣工況，也不會(huì)使料位計(jì)天線被料漿淹沒，而且避免了攪拌器渦流的干擾及大量蒸汽從探頭處冒出，減少了對(duì)探頭的損害，同時(shí)由于導(dǎo)波管聚焦效果好，接收的雷達(dá)波信號(hào)更強(qiáng)，取得了很好的測(cè)量效果。使用導(dǎo)波管測(cè)量方式，可以改善表計(jì)測(cè)量條件，提高儀表測(cè)量性能,具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。3．關(guān)于泡沫對(duì)測(cè)量的影響：

干泡沫和濕泡沫能將雷達(dá)波反射回來，對(duì)測(cè)量無影響；中性泡沫則會(huì)吸收和擴(kuò)散雷達(dá)波，因而嚴(yán)重影響回波的反射甚至沒有回波。當(dāng)介質(zhì)表面為稠而厚的泡沫時(shí)，測(cè)量誤差較大或無法測(cè)量，在這種工況下，雷達(dá)料位計(jì)不具有優(yōu)勢(shì)，這是其應(yīng)用的局限性。4．對(duì)于天線結(jié)疤的處理：

介電常數(shù)很小的掛料在干燥狀態(tài)下對(duì)測(cè)量無影響，而介電常數(shù)很高的掛料則對(duì)測(cè)量有影響?？捎脡嚎s空氣吹掃（或清水沖洗），且冷卻的壓縮空氣可降低法蘭和電器元件的溫度。還可用酸性清洗液清洗堿性結(jié)疤，但在清洗期間不能進(jìn)行料位測(cè)量。

五、結(jié)束語

雷達(dá)料位計(jì)是目前各類料位測(cè)量儀表中適用范圍最廣、測(cè)量最精確、維護(hù)最方便的料位測(cè)量儀表。隨著其價(jià)格的進(jìn)一步降低，性價(jià)比的提高，應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，在料位測(cè)量中發(fā)揮越來越重要的作用。本文對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，旨在為廣大維護(hù)人員更好地使用和掌握它，希望能對(duì)大家提供一些借鑒和幫助。

第五篇：雷達(dá)原理論文

雷達(dá)原理論文

姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)：

指導(dǎo)老師：

2014年3月

雷達(dá)的隱身與反隱身技術(shù)

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，隱身和反隱身技術(shù)具有重要作用和戰(zhàn)略意義, 上個(gè)世紀(jì)的局部戰(zhàn)爭(zhēng)已充分證實(shí)了這一點(diǎn)，如美國的F-117飛機(jī)在1989年入侵巴拿馬和1991年轟炸伊拉克的戰(zhàn)爭(zhēng)中大顯神威, 這就是隱身技術(shù)應(yīng)用的成功實(shí)例。隱身技術(shù)的迅速發(fā)展對(duì)戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)防御系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn),迫使人們考慮如何摧毀隱身兵器并研究反隱身技術(shù)。

隱身與反隱身技術(shù)越來越受到人們的重視。目前應(yīng)用于武器系統(tǒng)中的探測(cè)手段有雷達(dá)、紅外、激光和聲波等,而雷達(dá)在各種探測(cè)器中占有相當(dāng)重要的地位,因此研究雷達(dá)的隱身和反隱身技術(shù)勢(shì)在必行。

雷達(dá)基本原理

雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的功率饋送到天線，由天線將能量以電磁波的形式輻射到空間，電磁波脈沖在空間傳輸過程中遇到目標(biāo)會(huì)產(chǎn)生反射，雷達(dá)就是利用目標(biāo)對(duì)電磁波的反射、應(yīng)答等來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的。但雷達(dá)的探測(cè)距離有一定范圍,雷達(dá)探測(cè)的基本原理和系統(tǒng)特征可以用雷達(dá)方程來描述:

Rmax?42PGG??ttr?4??3Smin

式中：Pt為雷達(dá)發(fā)射功率，Smin 為雷達(dá)最小可檢測(cè)信號(hào)，Gt為發(fā)射天線的增益，Gr為接收天線的增益，?為雷達(dá)工作波長，?為目標(biāo)的雷達(dá)散射截面積（RCS）。

雷達(dá)截面積是目標(biāo)對(duì)入射雷達(dá)波呈現(xiàn)的有效散射面積。從公式中可以看出雷

1達(dá)最大作用距離Rmax與目標(biāo)的雷達(dá)截面積?的 次方成正比。因此,要減小雷達(dá)

4的最大作用距離可以通過減小目標(biāo)的RCS 來實(shí)現(xiàn)。目前用來減小目標(biāo)RCS的主要途徑有兩種：一是改變飛機(jī)的外形和結(jié)構(gòu)，稱之為外形隱身；二是采用吸收雷達(dá)波的涂敷材料和結(jié)構(gòu)材料，稱之為材料隱身。

雷達(dá)隱身技術(shù)

雷達(dá)隱形技術(shù)是一種不讓雷達(dá)觀測(cè)到的技術(shù)和方法，用于對(duì)付雷達(dá)偵察。這是一種最早出現(xiàn)、最常用的隱形技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種隱形武器上2

1)雷達(dá)隱形技術(shù)原理

雷達(dá)隱形技術(shù)原理是通過降低己方目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS,達(dá)到隱形目的.所謂目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS，就是定量表征目標(biāo)散射強(qiáng)弱的物理量.目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS,越小，雷達(dá)接收能量越小，因而使敵方偵察雷達(dá)難于對(duì)己方目標(biāo)作出正確的判斷,從而達(dá)到隱形目的。(2)減少雷達(dá)散射截面的途徑

一是采用材料隱形技術(shù)，即采用吸波材料或透波材料，使目標(biāo)不反射或少反射雷達(dá)波，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS。雷達(dá)吸波材料是抑制目標(biāo)鏡面反射最有效的方法，早在二戰(zhàn)后期，德國潛艇的潛望鏡上就涂敷了吸波材料。這就是雷達(dá)隱形的初次嘗試?，F(xiàn)在吸波材料技術(shù)種類很多，一般采用鉛鐵金屬粉、不銹鋼纖維、石墨粉、鐵氧體等具有特殊電磁性能的物質(zhì)來制成，它們具有吸波雷達(dá)波的特性。吸波材料按其使用方法可分為涂料型和結(jié)構(gòu)型。目前廣泛使用的涂料型鐵氧體吸波材料可大幅度降低反射回波。

二是采用外形隱形技術(shù)，即對(duì)己方的武器裝備采用特殊的形狀，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS。外形隱形技術(shù)歷史不長，發(fā)展很快，應(yīng)用十分廣泛。目前已成為隱形技術(shù)中最重要和最有效的技術(shù)途徑。所謂外形隱形技術(shù)，就是合理地設(shè)計(jì)武器裝備的外形，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS；同時(shí)使目標(biāo)的回波偏離偵察雷達(dá)的視向。

對(duì)飛行器而言，最重要的威脅方向通常是在鼻錐方向某一角度范圍內(nèi)，因此多以減小飛行器頭部方向RCS為重點(diǎn)。由于外形技術(shù)與飛行器的氣動(dòng)性能直接相關(guān)，有時(shí)會(huì)影響其飛行速度和機(jī)動(dòng)性等，因此二者必須進(jìn)行折中處理。例如：隱形飛機(jī)F117A就是采用以外形技術(shù)為主、吸波材料為輔的隱形方案。其形狀是一個(gè)前后緣不平行的復(fù)雜多面體，飛機(jī)大部分表面都后傾，與垂直方向呈大于30°角，并采用大后掠角機(jī)翼和V形雙垂尾。這種奇特外形使F117A在飛行過程中，雷達(dá)上下散射，產(chǎn)生時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的微弱回波，雷達(dá)很難探測(cè)到這些信號(hào)，這就大大降低了F117A的雷達(dá)散射截面RCS，提高了其隱形效果。

雷達(dá)反隱身技術(shù)

反隱身技術(shù)是研究如何使隱身措施的效果降低甚至失效的技術(shù)。雷達(dá)隱身是主要發(fā)展和使用的隱身技術(shù)，因此反雷達(dá)隱身也是當(dāng)前重點(diǎn)發(fā)展的反隱身技術(shù)。

電磁隱形的核心問題在于降低RCS。因?yàn)镽CS越小,雷達(dá)就越難對(duì)目標(biāo)做出正確判斷。削減 RCS的方法多種多樣,但大體上不外乎隱身材料和外形設(shè)計(jì)這兩大方向。因此 ,雷達(dá)反隱身技術(shù)的研究也不外乎圍繞這兩大方向來開展。

1.采用長波或毫米波雷達(dá)

長波雷達(dá)可以對(duì)付隱身飛機(jī)的外形調(diào)整設(shè)計(jì)及現(xiàn)用的RAM(雷達(dá)吸波材料),使得隱身飛機(jī)外形設(shè)計(jì)與RAM涂層厚度有難以實(shí)現(xiàn)的過高要求。目前發(fā)展很快的長波雷達(dá)是OTH(超視距)雷達(dá),其工作波長達(dá)10m～60m(頻率為 5MHz～28MHz),完全在正常雷達(dá)工作波段范圍之外。這種雷達(dá)靠諧振效應(yīng)探測(cè)大多數(shù)目標(biāo),幾乎不受現(xiàn)有RAM的影響。毫米波雷達(dá)是反隱身技術(shù)的有效途徑。由于頻率為30 GHz, 94 GHz,140GHz的毫米波在目前隱身技術(shù)所能對(duì)抗的波段之外,同時(shí)毫米波雷達(dá)具有天線波束窄、分辨率高、頻帶寬、抗干擾力強(qiáng)并對(duì)目標(biāo)細(xì)節(jié)反應(yīng)敏感等特點(diǎn),使得目標(biāo)外形圖像可在雷達(dá)熒屏上直接顯示出來,因而具有反隱身能力。目前對(duì)長波或毫米波雷達(dá)主要研究解決如下問題: VHF雷達(dá)(頻率160MHz～180MHz、波長1.65m～1.90m)在探測(cè)低飛目標(biāo)或?qū)Ω度斯じ蓴_時(shí)存在嚴(yán)重問題；OTH雷達(dá)提供的跟蹤和定位數(shù)據(jù)不夠精確;毫米波雷達(dá)(頻率約為 94 GHz)探測(cè)概率不高。

2.采用雙/多基地雷達(dá)

雙 /多基地雷達(dá)系統(tǒng)是將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分臵在2個(gè)或2個(gè)以上不同的站址,其中包括地面、空中、海上或衛(wèi)星等多種平臺(tái)。利用遠(yuǎn)離發(fā)射機(jī)的接收機(jī)接收隱身飛機(jī)偏轉(zhuǎn)的雷達(dá)波,從側(cè)面探測(cè)隱身目標(biāo),并因無源而不會(huì)受到反輻射導(dǎo)彈的威脅。目前正在研究解決的主要問題是,不論是雙站還是多站雷達(dá),接收機(jī)都必須在發(fā)射波束的作用范圍之內(nèi)并與發(fā)射機(jī)精確同步。解決這個(gè)問題的一個(gè)辦法是,采用廣角天線并利用GPS。

3.采用無載頻超寬波段雷達(dá)

無載頻超寬波段雷達(dá)被稱為“反隱身雷達(dá)”,無載頻脈沖可覆蓋 L、S、C等波段。產(chǎn)生這種脈沖的小型低功率雷達(dá)已廣泛用于民用。目前,正是積極探索適用于防空的無載頻超寬波段雷達(dá),以及研究解決提高無載頻超寬波段雷達(dá)平均功率和在沒有載頻引導(dǎo)下保證寬波段接收機(jī)能區(qū)分出噪聲與目標(biāo)回波的問題。

4.采用激光雷達(dá)和紅外探測(cè)系統(tǒng)

由于隱身飛機(jī)主要是針對(duì)雷達(dá)電磁波隱身,其聲、光、紅外隱身效果較之雷達(dá)隱身相差很大,所以采用光學(xué)、紅外、紫外探測(cè)器 ,可彌補(bǔ)雷達(dá)探測(cè)的缺陷。英國宇航公司曾將“輕劍” 雷達(dá)改裝成光電跟蹤系統(tǒng),在6 km的距離上截獲和跟蹤了 B-2隱形轟炸機(jī)。目前正在研究解決的主要問題是 ,提高其作用距離以及在惡劣環(huán)境下的使用效能。

5.發(fā)展空基或天基平臺(tái)雷達(dá)

隱身飛行器的隱身重點(diǎn)一般放在鼻錐方向±45°角范圍內(nèi)。因此,將探測(cè)系統(tǒng)安裝在空中或衛(wèi)星上進(jìn)行俯視 ,可提高探測(cè)雷達(dá)截面較小目標(biāo)的概率。美空軍的 E-3A預(yù)警機(jī)和海軍正在研制的“鉆石眼”預(yù)警機(jī)以及高空預(yù)警氣球,都能有效地探測(cè)隱身目標(biāo)。美國還正在研制預(yù)警飛艇、預(yù)警直升機(jī)、預(yù)警衛(wèi)星等。此外 ,俄羅斯、英國、印度等國都很重視發(fā)展預(yù)警機(jī)的工作。

中國在雷達(dá)反隱身技術(shù)上也取得了一定的突破。

中國曾展出過一款“諧振雷達(dá)”，據(jù)稱，該雷達(dá)是一種新概念雷達(dá)，利用電磁諧振現(xiàn)象使目標(biāo)回波信號(hào)增強(qiáng)10-100倍，可連續(xù)觀察和跟蹤飛機(jī)、隱身飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等多種飛行目標(biāo)和水面目標(biāo)，有目標(biāo)識(shí)別能力。成為入侵目標(biāo)的克星，可以提供距離量程為600-2000公里的多種規(guī)格。

隱身技術(shù)與反隱身技術(shù)之間的競(jìng)爭(zhēng)，最終將會(huì)使得兩種技術(shù)相互促進(jìn)，共同發(fā)展。任何一方的技術(shù)突破帶來的失衡必然會(huì)導(dǎo)致另一方技術(shù)的奮起直追。技術(shù)上的領(lǐng)先和創(chuàng)新將是未來戰(zhàn)爭(zhēng)中出奇制勝的法寶。