毫米波系统理论、技术及应用¶
\[
\def\C{\mathbb{C}}
\]
基本理论¶
高距离分辨雷达的工作体制¶
2025年3月13日。
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窄脉冲
- 脉冲宽度很小，对发射功率要求很高，不过距离盲区很小。
- 对采样率要求很，数据率很差。
- 实际中很少采用，最多用于近距离。
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频率步进（点频步进）
- 依靠一系列频率步进的较窄脉冲拼接宽带，脉冲宽度比较小，对发射功率要求较高，但距离盲区较小。
- 常用于中近距离。
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调频连续波（frequency modulated continuous wave, FMCW）
- 依靠频率差而非时间差测距，不涉及脉冲宽度，对发射功率要求很低，且基本没有距离盲区问题。
- 收发同时，对天线隔离要求高。
- 常用于近距离。
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调频步进（啁啾子脉冲频率步进体制，interrupted FMCW）
- 脉冲宽度大，对发射功率要求较低，但距离盲区较大。
- 常用于远距离。
极化¶
2025年4月7日。
在某一空间定点，以传播方向为 \(+z\) 建立一定空间直角坐标系，考察电场强度如何随时间变化。按振幅平方计功率。
完全极化波可用以下若干等价方式描述。
- 极化椭圆：半长轴倾角、椭圆率角（短长轴之比的反正切）及旋转方向（正负）、尺寸（功率的算术平方根）——三个实数自由度
- 电场强度：两方向振幅和相位差——三个实数自由度
- Jones矢量：两种极化模式（水平竖直、左右旋等）的振幅及初相——两个复数自由度（\(\C^2\)），冗余一个实数自由度（绝对相位）
- Poincaré–Bloch球面：球面上的位置（经度等于两倍半长轴倾角，维度等于两倍椭圆率角）、球的半径（功率）——三个实数自由度
单色的部分极化波可分解为完全极化波与完全非极化波之和，可用以下若干等价方式描述。
- Stokes参数或矢量：总功率 \(I\)、横纵线极化分量的平均功率差 \(Q\)、±45°线极化分量的平均功率差 \(U\)、左右旋极化分量的平均功率差 \(V\)——四个实数自由度
- Poincaré–Bloch球（含内部）：球内的位置（直角坐标等于 \((Q,U,V)\)）、球的半径 \(I\)——四个实数自由度
物体可能对不同极化波有不同响应，可用以下方式描述。
- Sinclair散射矩阵：Jones矢量从输入到输出的线性变换——四个复数自由度（\(\C^2 \times \C^2\)），可能冗余自由度（互易过程的对称，无耗过程的共轭对称，匹配传输时无对角元）
系统构建¶
接收机¶
2025年4月7日。
导体中载流子热运动，短促电流脉冲形成白噪声，THz 以下频谱基本均匀，可视作白噪声。
在双端口网络之中，这种噪声会叠加在输入噪声上。由于网络可能有增益 \(G\)，网络之中叠加的噪声等效到两端并不相同。
- 所谓“内部附加噪声”\(N_a\) 是换算到输出端，\(N_\text{out} = N_a + N_\text{in} G\)。
- 所谓“等效噪声温度”\(T_e\) 是换算到输入端，\(N_\text{out} = G (k_B T_e B + N_\text{in})\)。
所谓“噪声系数”\(F\) 只在标准温度 \(T_0\) 下定义，于是 \(F = 1 + T_e / T_0\)。