我們想讓雷達(dá)的分辨率越來越高，達(dá)到目標(biāo)的物理尺寸級，這樣通過回波的信號分析，使得分辨和識別目標(biāo)具有了額外優(yōu)勢。精細(xì)的空間分辨率意味著雷達(dá)的帶寬大，這也會給頻譜分配、干擾和技術(shù)能力等帶來問題。

我們常常根據(jù)分辨率要求來簡單倒推信號帶寬，例如1m分辨率需要150MHz；帶寬達(dá)到500MHz的話可以提供0.3m的分辨率，這在雷達(dá)成像中較典型。

大家可能覺得500MHz并不是很寬，對現(xiàn)在高速ADC來說很輕松。但對于較低的微波頻率范圍來說，500MHz帶寬將占中心頻率較大的百分比，也就是相對帶寬大。而具有較大相對帶寬的信號需要新的無線電設(shè)計概念。

帶寬的定義

通常，這里說的帶寬是指在電路、組件頻率響應(yīng)或信號功率譜-3dB點(diǎn)之間的差值。對于一個正弦脈沖信號，脈寬的倒數(shù)近似為-3dB信號帶寬。當(dāng)然也有用信號所占有的頻率范圍來定義信號帶寬，也就是用最高頻率減去最低頻率 (FH-FL)。

其他帶寬定義包括X dB帶寬，具體定義見下圖。另外，平時也會遇到“工作帶寬”、“瞬時帶寬”等說法。雷達(dá)工作帶寬常常是指該雷達(dá)可能工作的頻率范圍，例如我們常聽到的S波段雷達(dá)、X波段雷達(dá)或者毫米波雷達(dá)等，是指雷達(dá)工作時的頻率在該范圍內(nèi)。

瞬時帶寬往往指雷達(dá)信號帶寬，根據(jù)雷達(dá)模式從幾MHz~幾百M(fèi)Hz。對于相控陣?yán)走_(dá)，瞬時帶寬會受到一定的限制。當(dāng)信號具有一定帶寬時，以中心頻率設(shè)計的移相器波控碼不變，對相位的權(quán)值不變，但由于相對于中心頻率的偏離，會導(dǎo)致波束掃描的指向會發(fā)生偏離。另外，在接收寬帶信號時，由于孔徑渡越時間的限制，陣列兩端的信號不能同時相加，會導(dǎo)致波形展寬。也就是說要實現(xiàn)相控陣天線的大瞬時帶寬，需要解決上述問題。

窄帶、寬帶和超寬帶

并不是說帶寬小的就是窄帶或者帶寬大的就是寬帶、超寬帶，所謂窄帶寬帶超寬帶是基于相對帶寬來說的，相對帶寬是用帶寬除以中心頻率獲得的。從James D. Taylor的“Ultrawideband Radar: Applications and Design”的書中找到了有價值的參考依據(jù)。大家可以看到不同的來源對超寬帶雷達(dá)的定義略有不同。

在Wick的“Principles of Waveform Diversity and Design”的書中給出了窄帶、寬帶和超寬帶的定義，該書中將雷達(dá)通信和電子戰(zhàn)對帶寬的定義稍作區(qū)別對待，且看下表。

昨日文章《從大氣衰減圖，看毫米波雷達(dá)的常用頻段》中提到“77GHz頻段比24GHz頻段的帶寬更寬、波長更短，分辨能力能提升三倍以上”是指若相對帶寬的要求相同時，77GHz頻段可用的帶寬可以比24GHz頻段大三倍以上。并不是說所有的77GHz頻段雷達(dá)就比24GHz頻段的分辨率高三倍以上，還是要看具體雷達(dá)的信號帶寬等參數(shù)。

超寬帶無線通信系統(tǒng)

超寬帶無線通信信號占用極寬的頻帶，可與其他通信系統(tǒng)共享頻譜資源，功率譜也可以做到極低，從而不去干擾其他通信系統(tǒng)，它是短距離無線通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，例如智能交通、消防、軍事通信等。超寬帶無線通信有脈沖體制和載波體制兩種。

脈沖體制的超寬帶通信技術(shù)采用基帶窄脈沖信號，無需進(jìn)行載波的調(diào)制和解調(diào)，通過脈沖序列攜帶信息，可以做到系統(tǒng)簡單、功耗低，信號穿透能力還挺強(qiáng)。

信息調(diào)制到基帶窄脈沖序列上的技術(shù)主要有跳時技術(shù)、脈沖位置調(diào)制技術(shù)以及脈沖極性調(diào)制技術(shù)等。信號檢測的方法一般有峰值檢測法、能量檢測法和相關(guān)檢測法等。

在發(fā)送端用與信道沖激響應(yīng)相匹配的濾波器對發(fā)射信號進(jìn)行預(yù)濾波，可以使接收信號更加集中，達(dá)到簡化接收機(jī)機(jī)構(gòu)，提高信息傳輸速率的作用。在接收端可以進(jìn)行高速采樣和低精度量化成數(shù)字信號再檢測。

脈沖體制的超寬帶信號需要滿足的條件有兩個：帶寬和功率。峰值功率下降10dB時相對帶寬大于20%，或者絕對帶寬大于500MHz。另一個條件就是有效全向輻射功率(EIRP)也被加以了限制，應(yīng)用場景不同頻段不同，對功率的限制不同。

超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)

超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)在樹叢穿透、掩埋或隱蔽目標(biāo)探測、高分辨測繪成像等領(lǐng)域應(yīng)用突出。超寬帶雷達(dá)使用多種信號形式，包括短脈寬的脈沖、步進(jìn)頻率編碼信號、脈沖序列編碼信號、隨機(jī)噪聲信號等。

在《超寬帶雷達(dá)應(yīng)用于設(shè)計 _ Ultrawideband Radar: Applications and Design》一書中給出了未來超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師指南，大家可自行學(xué)習(xí)參考。