張建文 王 博

(中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心 洛陽(yáng) 471003)

接收 發(fā)射技術(shù)

微波輻射參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)衰減器設(shè)置方法研究

張建文 王 博

(中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心 洛陽(yáng) 471003)

通過(guò)微波輻射參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的分析研究，結(jié)合超寬帶信號(hào)和窄帶信號(hào)的鏈路傳播衰減情況，本文給出了超寬帶信號(hào)和窄帶信號(hào)測(cè)試時(shí)程控衰減器的理論設(shè)定值范圍，縮短了系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置時(shí)間，提高了裝備任務(wù)保障效率。

微波;衰減器;超寬帶;窄帶

0 引言

根據(jù)微波輻射參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)三個(gè)鏈路的工作情況，分析超寬帶信號(hào)和窄帶信號(hào)的鏈路傳播衰減情況，推算出超寬帶信號(hào)和窄帶信號(hào)程控衰減器的理論設(shè)定值范圍，從而避免了無(wú)規(guī)律盲目設(shè)置程控衰減值的情況，可以縮短系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置時(shí)間，提高裝備任務(wù)保障效率。

1 微波輻射參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

微波輻射參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)用于外場(chǎng)靜態(tài)測(cè)量微波電子防御系統(tǒng)的輻射頻率、脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率、等效輻射峰值功率等輻射參數(shù)。

整個(gè)微波輻射參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)分為四大功能模塊:接收分系統(tǒng)、信號(hào)處理分系統(tǒng)、主控分系統(tǒng)、平臺(tái)與輔助分系統(tǒng)。系統(tǒng)組成如圖1所示。

針對(duì)超寬帶輻射場(chǎng)參數(shù)和窄帶輻射場(chǎng)參數(shù)，采用不同的測(cè)試方法分別進(jìn)行測(cè)試。其中超寬帶信號(hào)由超寬帶天線接收，經(jīng)過(guò)程控衰減器組送入示波器顯示處理，得到脈沖寬度、重復(fù)頻率和電場(chǎng)強(qiáng)度等參數(shù);窄帶信號(hào)由窄帶天線接收，經(jīng)過(guò)程控衰減器、功分器輸出兩路信號(hào)，一路送頻譜分析儀處理，得到輻射頻率參數(shù)，另一路經(jīng)檢波后送入示波器，得到脈沖寬度、重復(fù)頻率和峰值功率密度等參數(shù)。通過(guò)主控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同輻射場(chǎng)切換和輻射參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試。

2 衰減器設(shè)置方法研究

微波輻射參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)共設(shè)置三個(gè)測(cè)試鏈路:

鏈路一測(cè)試超寬帶信號(hào)，超寬帶信號(hào)頻率范圍300MHz～5GHz，固定衰減器20dB，程控衰減器0～90dB。

鏈路二測(cè)試低頻窄帶信號(hào)，頻率范圍300MHz～2GHz，程控衰減器0～70dB(固定衰減器20dB可手動(dòng)接)。

鏈路三測(cè)試高頻窄帶信號(hào)，頻率范圍2～18GHz，程控衰減器0～120dB(固定衰減器20dB可手動(dòng)接)。

再針對(duì)測(cè)試信號(hào)情況，鏈路選定后，如何設(shè)置合適的衰減量是測(cè)試系統(tǒng)能否正常工作的重要環(huán)節(jié)，如果衰減量設(shè)大了，檢波器就不響應(yīng)，示波器就沒(méi)有測(cè)試信號(hào)，頻譜儀可能信號(hào)很微弱或者沒(méi)有信號(hào);如果衰減量設(shè)小了，有可能造成因接入信號(hào)功率過(guò)大而燒毀設(shè)備。所以程控衰減器數(shù)值的設(shè)置至關(guān)重要，按照裝備的設(shè)計(jì)使用要求，只有從最大的衰減量開(kāi)始一點(diǎn)一點(diǎn)的調(diào)試測(cè)量，逐漸找到合適的衰減值。這樣做有兩個(gè)潛在問(wèn)題:一是開(kāi)機(jī)衰減量達(dá)到最大也可能燒毀設(shè)備;二是這樣測(cè)量有一種盲目性，在任務(wù)保障中工作效率大大降低，由于時(shí)間問(wèn)題可能嚴(yán)重影響任務(wù)進(jìn)程。

2.1 超寬帶信號(hào)程控衰減器設(shè)置方法分析

超寬帶信號(hào)發(fā)射天線種類很多，極化方式各不相同，傳輸鏈路空間衰減得根據(jù)天線類型具體情況具體分析，超寬帶信號(hào)頻率帶寬很大，主要測(cè)量的是脈沖信號(hào)的時(shí)域特性，微波輻射參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)超寬帶接收天線是TEM喇叭天線，天線的有效輻射高度為0.024m，極化方式有水平和垂直兩種，可手動(dòng)調(diào)整，一般默認(rèn)為垂直。接收信號(hào)從天線口通過(guò)20dB的固定衰減器，再通過(guò)量程為0～90dB的程控衰減器，將信號(hào)傳到示波器，從示波器上就可以顯示出超寬帶信號(hào)的脈沖波形?，F(xiàn)在要分析的是根據(jù)天線口面的峰值功率密度和示波器的最大輸入電壓5V，來(lái)確定程控衰減器的最小設(shè)定值。

假設(shè)接收天線口面的峰值功率密度為Pr，單位為w/m2，接收天線口面的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，單位為V/m，脈沖峰值電壓為V

設(shè)程控衰減器的最小設(shè)定值為XdB，超寬帶接收口面的脈沖峰值電壓為V，固定衰減器為20dB，從天線到示波器的15m電纜對(duì)于超寬帶信號(hào)來(lái)說(shuō)衰減大約為1.1dB，且不隨頻率變化。這樣超寬帶接收天線口面的脈沖峰值電壓V經(jīng)過(guò)20dB的固定衰減器，在經(jīng)過(guò)XdB的程控衰減器，經(jīng)過(guò)1.1dB的電纜衰減，最后傳送到最大量程為5伏電壓的示波器上。所以程控衰減器的最小設(shè)定值X為:

由于信號(hào)在實(shí)際傳輸中的衰減要比我們理論推算值大，所以我們?cè)跍y(cè)量時(shí)衰減器的設(shè)置值比理論最小設(shè)定值適當(dāng)?shù)拇笠恍┘纯?。例?隨裝備配發(fā)的超寬帶脈沖標(biāo)定源，發(fā)出的脈沖峰值電壓300V＞Vp＞100V，當(dāng)利用該源注入脈沖信號(hào)標(biāo)定時(shí)，利用公式(4)可計(jì)算程控衰減器的最小設(shè)定值X約為15dB，所以我們?cè)跍y(cè)量時(shí)設(shè)置成20dB，示波器就可測(cè)得超寬帶脈沖信號(hào)。

2.2 窄帶信號(hào)程控衰減器設(shè)置方法分析

微波輻射參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)窄帶是雙脊喇叭天線，低頻窄帶喇叭口面大一些，高頻窄帶喇叭口面很小，天線分水平和垂直極化兩種，可手動(dòng)調(diào)整，默認(rèn)為垂直極化。當(dāng)天線接收到信號(hào)后，經(jīng)過(guò)程控衰減器(窄帶低頻0～70dB;窄帶高頻0～120dB)，二路功分器，一路經(jīng)檢波器傳給示波器，一路傳給頻譜儀?，F(xiàn)在要分析的是根據(jù)目標(biāo)信號(hào)的輻射功率和檢波器的檢波功率范圍，以及頻譜儀的允許輸入功率范圍來(lái)確定程控衰減器的最大和最小設(shè)定值。檢波器的檢波功率范圍是－8dBmW ～27dBmW，頻譜儀的量程范圍是 －80dBmW ～30dBmW，我們?nèi)∷麄兊牧砍探患?dBmW ～27dBmW來(lái)分析。

窄帶信號(hào)發(fā)射天線種類很多，極化方式各不相同，但信號(hào)空間傳輸功率密度都可用公式(1)來(lái)計(jì)算，我們只要根據(jù)發(fā)射天線極化方式，及時(shí)調(diào)整接收天線極化方式即可，圓極化、橢圓極化可通過(guò)軸比來(lái)計(jì)算功率衰減。假設(shè)目標(biāo)信號(hào)發(fā)射處與窄帶天線接收處距離為R，目標(biāo)信號(hào)發(fā)射峰值功率為Pt，發(fā)射天線增益為Gt，發(fā)射天線垂直極化，那么在不考慮大氣衰減的情況下，在R處的功率密度Pr為:

式中:Pr單位為mW，R單位為m。

窄帶天線的有效接收面積與天線增益和信號(hào)頻率的關(guān)系式如下:

式中:A單位m2;F為Hz;C為m/s。從而可推出R處窄帶天線的接收功率:

窄帶天線的有效接收面積根據(jù)信號(hào)頻率和天線增益可以查表求得。接下來(lái)信號(hào)從天線到設(shè)備需經(jīng)過(guò)15米屏蔽電纜，設(shè)15電纜的衰減為Ds，單位為dB，Ds隨頻率的變化而變化可查表求得，我們?cè)O(shè)程控衰減器設(shè)置值為X，單位為dB，經(jīng)過(guò)功分器(功分器本身衰減大約3dB)，之后一路傳給頻譜儀，一路經(jīng)過(guò)檢波器檢波后傳給示波器，為使得目標(biāo)信號(hào)能有效測(cè)量，可得如下不等式:

從而X的設(shè)置范圍就可以求出，我們?cè)谠O(shè)置時(shí)建議X取設(shè)置范圍的中間值。

例如:一雷達(dá)發(fā)射天線極化方式是垂直極化，發(fā)射峰值功率 1mW，發(fā)射天線增益為 40dB，頻率5.6GHz，距離微波輻射參數(shù)測(cè)試車2km，發(fā)射的是窄帶脈沖信號(hào)。這時(shí)我們應(yīng)該選用鏈路三高頻窄帶鏈路測(cè)量，根據(jù)頻率我們可以查表求得A和Ds的值，A=0.0036m2，Ds=5.4dB，在根據(jù)上式求得 P=11424mW，之后X的范圍我們可確定在5.2dB和40.2dB之間，因此我們這時(shí)把程控衰減器的值設(shè)成25dB就能準(zhǔn)確測(cè)得該雷達(dá)信號(hào)的各項(xiàng)輻射參數(shù)。

綜上所述，在任務(wù)中事先我們一般會(huì)知道被測(cè)目標(biāo)信號(hào)發(fā)射天線的極化方式、天線增益、大致發(fā)射機(jī)峰值功率、大致頻率范圍以及距微波輻射參數(shù)測(cè)試車的大致距離，這樣在測(cè)試前我們通過(guò)上面的公式先預(yù)估一下應(yīng)設(shè)的程控衰減器范圍，避免了無(wú)規(guī)律盲目設(shè)置程控衰減值的情況，縮短了系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置時(shí)間，能有效的提高裝備任務(wù)保障效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)微波輻射參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)鏈路情況，對(duì)超寬帶信號(hào)和窄帶信號(hào)程控衰減器設(shè)置方法進(jìn)行了研究，根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)教炀€口面的功率密度，推算出了程控衰減器的理論設(shè)定值范圍，但由于公式比較繁瑣且計(jì)算量較大，下一步可通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件編程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

［1］David L.Adamy，吳漢平.電子戰(zhàn)建模與仿真導(dǎo)論［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［2］朱祥玲.單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2011.

［3］趙國(guó)慶.雷達(dá)對(duì)抗原理［M］.西安電子科技大學(xué)出版社，1999.

［4］HMC470LP3 Data Sheet［EB/0L］.Hittire Micro Wave Corporation.

［5］Zhang C.M，Michael J.K.Real-time noncoherent UWB positioning radar with millimeter range accuracy:theory and experiment［J］．TEEE Trans on Micro Theory and Techniques，2010.

［6］鐘順時(shí)，梁仙玲，延曉榮.超寬帶平面天線技術(shù)［J］. 電波科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，22(2):308－35.

Setting Method of Attenuator in Microwave Radiation Parameters Testing System

Zhang Jianwen，Wang Bo
(Luoyang Electronic Equipment Test Center of China，Luoyang 471003)

Through analysis to microwave radiation parameters test system，and based on transmission attenuation of ultra wide band(UWB)signal and narrowband signal link，theoretical value setting scope of programmable controlled attenuator for UWB signal and the narrowband signal testing is proposed，which is helpful for shortening system parameter setting time and improving supporting efficiency of equipment.

microwave;attenuator;UWB;narrowband

A

A

1008-8652(2017)01-038-03

2016-05-22

張建文(1978－)，男，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)殡娮有畔⒓夹g(shù)。