毫米波系统应用技术ppt课件.ppt

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1、微波技术新进展微波技术新进展变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分毫米波的特点 毫米波有三个基本特点：毫米波有三个基本特点： 波长极短波长极短( (频率极高频率极高) ) 带宽很宽带宽很宽 在空间传播与大气环境关系密切在空间传播与大气环境关系密切变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 大气和降雨对毫米波传播的影响显著大气和降雨对毫米波传播的影响显著“大气窗口大气窗口”：35、94、140和和220GH

2、z四个频段上衰减较小四个频段上衰减较小大气吸收频带：大气吸收频带：60，120，183GHz频段上衰减最大频段上衰减最大13000ft海拔高度海平面高度变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 频带极宽频带极宽通常选用大气吸收以外的通常选用大气吸收以外的“窗口窗口” 波长波长(mm)： 8.6 3.2 2.1 1.4 频率频率(GHz)： 35 94 140 220 带宽带宽(GHz)： 16 23 26 70可见，毫米波频谱资源十分丰富，可用于可见，毫米波频谱资源十分丰富，可用于“信息信息高速公路

3、高速公路”。丰富的频带资源提供了抗干扰、抗。丰富的频带资源提供了抗干扰、抗截获的另一有效途径截获的另一有效途径宽带扩频技术宽带扩频技术变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分8mm和3mm窗口频段的大气和传播效应对比单单程程损损耗耗( (d dB B/ /k km m) )参参 数数35GHz94GHz晴晴朗朗大大气气衰衰减减0.120.4雨雨衰衰减减(mm/h)0.25(细细雨雨)1.0(小小雨雨)4.0(中中雨雨)16.0(大大雨雨)0.070.241.04.00.170.953.07.4云云衰

4、衰减减雨雨云云干干云云5.140.5035.043.78雾雾衰衰减减(g/m3)0.01(薄薄雾雾)0.10(厚厚雾雾)1.00(浓浓雾雾)0.0060.060.60.0350.353.5雪雪衰衰减减(0 C)0.0070.0028o o毫米波信号受降雨衰减较大毫米波信号受降雨衰减较大缺点缺点变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 与红外、激光相比：毫米波最突出的优点与红外、激光相比：毫米波最突出的优点是对雾、云和尘埃等有较强的穿透能力，是对雾、云和尘埃等有较强的穿透能力，较少受复杂气象条件和人为

5、干扰的影响大较少受复杂气象条件和人为干扰的影响大气和降雨对毫米波传播的影响显著气和降雨对毫米波传播的影响显著 毫米波具有穿透等离子体的能力，故在等毫米波具有穿透等离子体的能力，故在等离子体环境中仍能保持高速飞行器再入大离子体环境中仍能保持高速飞行器再入大气层时的通信、测量和制导能力气层时的通信、测量和制导能力毫毫米米波波技技术术应应用用领领域域毫米波通信毫米波通信毫米波雷达毫米波雷达毫米波辐射计毫米波辐射计毫米波医学应用毫米波医学应用毫米波辐射治疗仪毫米波辐射治疗仪毫米波电磁能武器毫米波电磁能武器军事集团局域联网军事集团局域联网城市内部局域联网城市内部局域联网特殊环境应急通信及现场转播特殊环境

6、应急通信及现场转播星间通信星间通信战场侦察雷达战场侦察雷达汽车防撞雷达汽车防撞雷达直升机防撞雷达直升机防撞雷达主动末制导导引头主动末制导导引头目标成像目标成像射电天文观测射电天文观测被动末制导导引头被动末制导导引头1030507090 110130150170190210230250应应用用空空对对空空导导弹弹拦拦截截/ /搜搜索索雷雷达达空空对对地地短短程程雷雷达达/ /火火控控引引信信测测高高雷雷达达地地面面C C 点点对对点点P PL LI I C C / /战战场场C C卫卫星星通通信信系系统统下下联联上上联联横横联联地地对对空空搜搜索索/ /火火控控雷雷达达遥遥感感/ /遥遥控控战战

7、术术搜搜索索雷雷达达高高分分辨辨力力航航空空雷雷达达G GH Hz z333射射电电天天文文近代毫米波系统优先选用的频谱分布近代毫米波系统优先选用的频谱分布毫米波通信毫米波通信Millimeter-wave Communication以毫米波作为载波的无线电视距通信以毫米波作为载波的无线电视距通信毫米波通毫米波通信的分类信的分类毫米波模拟通信毫米波模拟通信毫米波数字通信毫米波数字通信毫米波地面通信毫米波地面通信毫米波卫星通信毫米波卫星通信军用通信军用通信民用通信民用通信按传输分按传输分按用途分按用途分按设备所处位置分按设备所处位置分毫米波通信特性毫米波通信特性 用于近距离的点对点保密通信用于近

8、距离的点对点保密通信 解决现有微波通信频段拥挤的有效手段，实解决现有微波通信频段拥挤的有效手段，实现高速数据、电话和视频信号的传输现高速数据、电话和视频信号的传输 用于卫星通信用于卫星通信 在激烈的电子对抗中使用在激烈的电子对抗中使用 在多雾、云和尘埃的环境使用在多雾、云和尘埃的环境使用由于毫米波通信与传统的短波、超短波相比具有通由于毫米波通信与传统的短波、超短波相比具有通信容量大、电波隐蔽和设备轻等优点，各国军界都信容量大、电波隐蔽和设备轻等优点，各国军界都对它极感兴趣对它极感兴趣厂家厂家功能功能发射功率发射功率天线直径天线直径/波束波束重量重量支架支架38GHzNorden全双工,话音,全

9、双工,话音,TV,20Mbt/s100mW30cm/26.8kg手持手持38GHzNorden全双工，话音，全双工，话音，简化简化TV, 5Mbt/s50mW10cm/52.3kg固定或车载固定或车载38GHzHughes全双工,话音,全双工,话音,TV,5Mbt/s典型值典型值150mW10.6cm/519.5kg手持手持MISR 60GHzNorden全双工，话音，全双工，话音，简化简化TV, 5Mbt/s25mW10cm/3.52.3kg可调可调(固定或车载固定或车载)6070GHz AIL全双工，话音，全双工，话音，TV, 2.5Mbt/s100mW15cm/2.518kg双频双频(固

10、定或车载固定或车载)6070GHz全双工，话音，全双工，话音，TV, 25Mbt/s100mW7.6m/4.2oooooo国外毫米波通信系统的性能国外毫米波通信系统的性能我国毫米波通信技术发展现状我国毫米波通信技术发展现状 从从1984年起，成都、北京、南京、西安等地的数年起，成都、北京、南京、西安等地的数家大学相继开展了八毫米波段军用和民用接力机家大学相继开展了八毫米波段军用和民用接力机（通信机）（通信机） 1989年，电子科技大学完成三毫米波段通信系统年，电子科技大学完成三毫米波段通信系统的实验样机研究的实验样机研究 1999年，电子科技大学完成三毫米波接力机研制年，电子科技大学完成三毫米

11、波接力机研制 2001年以来，南京理工大学承担了八毫米波接力年以来，南京理工大学承担了八毫米波接力机生产任务机生产任务国内毫米波通信系统实例国内毫米波通信系统实例适合于适合于12公里距离公里距离的应急转播的应急转播单向传输单向传输一路视频一路视频+ 伴音伴音电池供电三小时连电池供电三小时连续工作续工作八毫米波便携式视频转播系统八毫米波便携式视频转播系统三毫米波模拟通信系统三毫米波模拟通信系统适合于适合于46公里距离的公里距离的机动通信机动通信双向传输双向传输一路视频一路视频+ 一路伴音一路伴音+一路勤务话一路勤务话国内毫米波通信系统实例国内毫米波通信系统实例信号处理终端信号处理终端三毫米波数字

12、通信系统三毫米波数字通信系统高频前端高频前端适合于适合于68公里距离的机动联网公里距离的机动联网双向传输双向传输最高传输码率最高传输码率8Mbit/s附加一路勤务话通道附加一路勤务话通道国内毫米波通信系统实例国内毫米波通信系统实例 收发异频全双工收发异频全双工 3mm波发射源和本振源采用锁相频率源波发射源和本振源采用锁相频率源 采用毫米波注锁放大雪崩源采用毫米波注锁放大雪崩源 采用低噪声采用低噪声3mm波混频器波混频器 收发双工采用滤波器环行器结构收发双工采用滤波器环行器结构 射频单元和基带单元通过视频信号互连射频单元和基带单元通过视频信号互连 采用采用PCM/M-FSK调制体制，最高码率调制

13、体制，最高码率8Mb/s射频电路方案：射频电路方案：毫米波通信系统与微波通信系统的主要差毫米波通信系统与微波通信系统的主要差异在于射频电路的设计和实现方式异在于射频电路的设计和实现方式 3mm复合谐波振荡器 3mm复合谐波振荡器3mm卡塞格林天线3mm卡塞格林天线3mm收发双工器锁相电路Pt17dBm1.5dB1.5dB1dB60dB3mm混频器低噪声 中放L=7.5dBG=27dBNf=1dB调制/解调器发射机接收机发射、本振采用毫米波锁相源技术：发射、本振采用毫米波锁相源技术：一个微波一个微波PLL驱动两个毫米波驱动两个毫米波PLL晶振晶振数字调制信号数字调制信号微波放大器微波放大器 谐波

14、 谐波混频器混频器毫米波毫米波谐波VCO谐波VCO微波放大器微波放大器环路滤波器环路滤波器功分器功分器微波微波 VCOVCO环路滤波器环路滤波器环路滤波器环路滤波器3mm复合谐波振荡器3mm复合谐波振荡器3mm复合谐波振荡器3mm复合谐波振荡器本振本振发射发射PLL0PLL1PLL2 谐波 谐波混频器混频器毫米波毫米波谐波VCO谐波VCO对毫米波源的锁相和调制实际上是矛盾的！对毫米波源的锁相和调制实际上是矛盾的！解决方案：解决方案：1. 从环路着手：设计合理的环路带宽，使信号频从环路着手：设计合理的环路带宽，使信号频率高于环路带宽率高于环路带宽2. 从信号特征着手：选用低频分量少的码型，进从信

15、号特征着手：选用低频分量少的码型，进行扰码处理，避免长行扰码处理，避免长“0”或长或长“1”出现出现毫米波直接数字调制锁相源的实验结果毫米波直接数字调制锁相源的实验结果未锁相时解调出的波形未锁相时解调出的波形2048kbit/s数字信号眼图数字信号眼图锁相时解调出的波形锁相时解调出的波形512kbit/s数字信号眼图数字信号眼图三毫米收发双工器（异频双工）三毫米收发双工器（异频双工）结构：带通滤波器环行器结构：带通滤波器环行器作用：环行器：提供起码的收发通道和一定的收发隔离作用：环行器：提供起码的收发通道和一定的收发隔离 发射通道滤波器：抑制雪崩源的基底噪声发射通道滤波器：抑制雪崩源的基底噪声

16、 接收通道滤波器：抑制从环行器泄漏的发射功率接收通道滤波器：抑制从环行器泄漏的发射功率3mm卡塞格林天线3mm收发双工器L(ft)1.5dBL(fr)20dBL(fr)40dBL(ft)40dB变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分ft发射机基底噪声ftfrft抑制基底噪声ft f t异频双工的工作原理：异频双工的工作原理：抑制发射泄漏三毫米波射频前端成品三毫米波射频前端成品系统射频前端结构系统射频前端结构集成电源集成电源调制调制解调解调锁相锁相电路电路中放中放避雷器3mm射频前端三毫米波通信系统

17、应用配置情况三毫米波通信系统应用配置情况变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Millimeter-Wave RADAR毫米波雷达毫米波雷达变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 战场侦察雷达战场侦察雷达 车载、机载防撞雷达车载、机载防撞雷达 火控雷达火控雷达 主动末制导导引头主动末制导导引头 应用领域应用领域工作体制工作体制 连续波连续波(CW、FMCW)雷达雷达 相参、非相参脉冲雷达相参、非相参脉

18、冲雷达 单脉冲跟踪雷达单脉冲跟踪雷达 合成孔径合成孔径(SAR)雷达雷达 相控阵雷达相控阵雷达 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分与微波雷达相比：与微波雷达相比：具有角分辨力高具有角分辨力高( (在同样在同样天线尺寸条件下天线尺寸条件下) )、多普勒分辨力高、抗干、多普勒分辨力高、抗干扰能力强等优点。在直升机、巡航导弹和反扰能力强等优点。在直升机、巡航导弹和反坦克制导武器中己广泛使用坦克制导武器中己广泛使用与红外或激光传感器相比：与红外或激光传感器相比：气象适应性好气象适应性好，可穿透雨、雾、

19、战场浓烟、尘埃进行探测可穿透雨、雾、战场浓烟、尘埃进行探测毫米波雷达特性毫米波雷达特性变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微波毫米波集成电路取得了重大突破后，新型微波毫米波集成电路取得了重大突破后，新型高效、大功率毫米波功率源、介质天线、集成高效、大功率毫米波功率源、介质天线、集成天线、低噪声接收机芯片等相继问世，使毫米天线、低噪声接收机芯片等相继问世，使毫米波雷达发生了更新换代的变革，大大拓宽了它波雷达发生了更新换代的变革，大大拓宽了它的应用领域。现在的集成电路技术已能把发射的应用领域。现在的

20、集成电路技术已能把发射机、接收机和天线这样几个子系统构成一个成机、接收机和天线这样几个子系统构成一个成型模块型模块毫米波雷达发展潜力毫米波雷达发展潜力变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分美军美军AH64“长弓阿帕奇长弓阿帕奇”直升机装载直升机装载Ka波段毫米波火控雷达波段毫米波火控雷达 长弓长弓 系统以武装直升机为作战平台，任务是在夜系统以武装直升机为作战平台，任务是在夜间、雨、雾、雪及战场烟、尘等低能见度下，摧毁间、雨、雾、雪及战场烟、尘等低能见度下，摧毁地面目标和低空目标地面目标和低空目标采

21、 用 了 一 块采 用 了 一 块HEMT功率放功率放大器模块：它大器模块：它内含内含16片单片片单片微波集成电路，微波集成电路，在在Ka波段每波段每片输出功率为片输出功率为1瓦，放大器瓦，放大器模块有模块有16瓦的瓦的功率输出功率输出变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分美国通用动力公司美国通用动力公司Pomona部研制的毫部研制的毫米波米波FMCW测试雷达测试雷达工作频率工作频率85.3GHz，机载平台，机载平台变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任

22、务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分美国美国Hughes Aircraft Company: 60GHz汽车防撞雷达探测头汽车防撞雷达探测头变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分丹麦：毫米波内弹道多普勒测速雷达丹麦：毫米波内弹道多普勒测速雷达工作频率：工作频率： 35GHz 55GHz 95GHz天线形式：天线形式： 300mm圆圆锥喇叭透镜锥喇叭透镜变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组

23、成部分机场场面成像结果机场场面成像结果主要技术指标主要技术指标工作频率：工作频率：35GHz 工作体制：工作体制：LFMCW平均功率：平均功率：50mW 天线波束：天线波束：0.9 3距离分辨：距离分辨：0.25m/1.0m扫频带宽：扫频带宽：600/150MHz电子科技大学：电子科技大学：Ka波波段二维成像雷达段二维成像雷达机场环境成像机场环境成像机场环境地图机场环境地图成都新津机场平面图成都新津机场平面图变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分电子科技大学：高炉料面实时三维三毫电子科技大学：高炉

24、料面实时三维三毫米成像雷达米成像雷达主要技术指标主要技术指标系统体制：系统体制：LFMCW 工作频率：工作频率：95GHz扫描方式：机械扫描扫描方式：机械扫描扫频带宽：扫频带宽：1GHz安装方式：炉顶外部安装方式：炉顶外部 发射功率：发射功率：40mW扫描时间：扫描时间：25sec天线口径：天线口径：120mm测试点数：测试点数：800测量精度：测量精度：2cm高炉料高炉料面实测面实测结果结果1345627891010变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 毫米波雷达在精确制导中的应用 毫米波技术

25、是研制重量轻、体积小、速度高、具有毫米波技术是研制重量轻、体积小、速度高、具有直接命中精度的拦截器导弹末制导的重要技术手段直接命中精度的拦截器导弹末制导的重要技术手段 毫米波精确制导是目前在大气环境下对付超高速目毫米波精确制导是目前在大气环境下对付超高速目标或超高速载导引头的唯一手段，同时也是检测、标或超高速载导引头的唯一手段，同时也是检测、跟踪低速目标的良好手段跟踪低速目标的良好手段 毫米波技术是目前抗干扰的一种重要手段毫米波技术是目前抗干扰的一种重要手段 毫米波具有良好的抗多径能力，因此其制导技术具毫米波具有良好的抗多径能力，因此其制导技术具有良好的低空、超低空性能和优越的俯视跟踪能力有良

26、好的低空、超低空性能和优越的俯视跟踪能力变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分SAR成像导引头成像导引头对地成像结果对地成像结果德国德国EADS 公司公司8mm SAR成像导引头：成像导引头：变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分德国德国EADS公司公司94GHz成像导引头成像导引头(红外红外/毫米波复合制导毫米波复合制导) DBS成像导引头对地成像结果成像导引头对地成像结果DBS成像导引头实物照片成像导引头实物照片乡村城郊变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分美国马丁公司美国马丁公司 35GHz 毫米波导引头毫米波导引头