馬玉豐，李 薇，胡鵬展，韓嘉維

（中國空間技術(shù)研究院西安分院，陜西 西安 710000）

0 引言

緊縮場測(cè)量系統(tǒng)通常是基于微波暗室和緊縮場反射面體系的測(cè)量系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)包括天線測(cè)量、目標(biāo)特性測(cè)量、材料測(cè)量以及天線罩測(cè)量等多項(xiàng)測(cè)試功能。但緊縮場測(cè)量系統(tǒng)自身固有的特性決定了系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)較低頻段的測(cè)量功能，其原因一方面是因?yàn)闊o論反射面是卷邊還是鋸齒，其相對(duì)于低頻均無法有效地濾除邊緣的反射、散射、繞射，從而造成反射面靜區(qū)性能隨著頻率的下降急速惡化；另一方面微波暗室在較低的頻段時(shí)，吸波材料的性能也急劇下降，從而進(jìn)一步惡化緊縮場的靜區(qū)性能，在低于1 GHz時(shí)，由于電磁波的波長更長表現(xiàn)尤為明顯。

目前，國內(nèi)已經(jīng)建成的緊縮場測(cè)量系統(tǒng)有上百套，但其在低頻的測(cè)量頻段通常都是從2 GHz開始，部分較為大型的緊縮場系統(tǒng)測(cè)量頻段則是從1 GHz開始，但隨著頻率的下降，靜區(qū)尺寸變小甚至全部區(qū)域均不能滿足幅度相位變化的測(cè)試需求。對(duì)于連續(xù)波或者線性調(diào)頻的緊縮場來說，這種固有的低頻繞射引起的靜區(qū)性能惡化無法消除。因此，本文設(shè)計(jì)了一種在保證測(cè)試精度的前提下擴(kuò)展緊縮場測(cè)試頻段的時(shí)域測(cè)試方法。

1 測(cè)試系統(tǒng)原理

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理是將時(shí)域測(cè)試設(shè)備引入緊縮場測(cè)試系統(tǒng)，其中包括時(shí)域系統(tǒng)的儀器儀表及采集分析軟件等，將其搭載于現(xiàn)有的緊縮場系統(tǒng)中，該緊縮場的測(cè)試頻率范圍為2～40 GHz，靜區(qū)尺寸為2 m，為單反射面緊縮場的結(jié)構(gòu)形式，原系統(tǒng)測(cè)試使用連續(xù)波信號(hào)源與網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行天線測(cè)試，測(cè)試頻率下限只能到2 GHz。本文使用了直接時(shí)域法的時(shí)窗濾波與平均采樣原理[1]，使用時(shí)域的信號(hào)源與接收機(jī)設(shè)備（如圖1、圖2所示），替換原來系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分析儀，在時(shí)域?yàn)V除來自反射面邊緣以及微波暗室在低頻時(shí)的反射、散射以及繞射的影響[2]，完成緊縮場靜區(qū)在0.3～1 GHz以下波段的頻率擴(kuò)展，使緊縮場系統(tǒng)在該波段波段獲得良好的RCS測(cè)量效果。

圖1 時(shí)域接收機(jī)與脈沖源

圖2 脈沖探頭與測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)

2 測(cè)試試驗(yàn)

2.1 測(cè)試系統(tǒng)搭建與待測(cè)物

按照時(shí)域測(cè)試系統(tǒng)的工作原理連接時(shí)域脈沖源與時(shí)域接收機(jī)、脈沖探頭，將時(shí)域饋源通過測(cè)試支架安裝于原反射面饋源的焦點(diǎn)處。如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)連接框圖

本次試驗(yàn)測(cè)試待測(cè)設(shè)備為直徑分別為1 000 mm、500 mm、200 mm的金屬球，驗(yàn)證通過該時(shí)域擴(kuò)展設(shè)備后低頻標(biāo)準(zhǔn)金屬球的RCS測(cè)試結(jié)果。

2.2 測(cè)試結(jié)果與對(duì)比分析

按照測(cè)試鏈路圖進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)連接以后，分別將不同大小的金屬球以及飛機(jī)模型安裝于RCS測(cè)試支架上，如圖4與圖8所示，加載脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)時(shí)域脈沖的時(shí)間延時(shí)，找到時(shí)域脈沖信號(hào)的主要靜區(qū)反射信號(hào)以及DUT的測(cè)試信號(hào)，調(diào)整完成后分別進(jìn)行RCS的測(cè)試。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)金屬球測(cè)試

對(duì)200 mm金屬球的RCS值進(jìn)行FEKO仿真，測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果在各個(gè)角度的誤差≤±1 dB，如圖5所示。

圖5 200 mm標(biāo)準(zhǔn)金屬球測(cè)試結(jié)果與仿真對(duì)比

對(duì)500 mm金屬球的RCS值進(jìn)行FEKO仿真，測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果在各個(gè)角度的誤差≤±1 dB，如圖6所示。

圖6 500 mm標(biāo)準(zhǔn)金屬球測(cè)試結(jié)果與仿真對(duì)比

對(duì)1 000 mm金屬球的RCS值進(jìn)行FEKO仿真，測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果在各個(gè)角度在0.8 GHz附近頻段誤差≤±1.5 dB，在其余頻段誤差≤±1 dB，如圖7所示。

圖7 1000 mm標(biāo)準(zhǔn)金屬球測(cè)試結(jié)果與仿真對(duì)比

圖8 1.8 m長金屬飛機(jī)測(cè)試

對(duì)1 800 mm金屬覆膜模型飛機(jī)的RCS值進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果趨勢(shì)在0.3～0.9 GHz時(shí)趨勢(shì)高度一致，在0.9～1.0 GHz時(shí)RCS值分布變化較大，如圖9所示。

圖9 1.8 m長金屬飛機(jī)測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比

通過將以上測(cè)試結(jié)果與FEKO仿真的的金屬球RCS測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可以看出，除1 000 mm金屬球的RCS值測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果在各個(gè)角度在0.8 GHz附近頻段誤差≤±1.5 dB外，其余金屬球的RCS測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果在各個(gè)角度的誤差≤±1 dB。對(duì)1 800 mm金屬覆膜模型飛機(jī)進(jìn)行ISAR成像測(cè)量，在300 MHz～1 GHz頻段可以明顯看到機(jī)身的散射中心，同時(shí)機(jī)身成像效果良好，機(jī)翼由于翼展與來波方向處于基本平行狀態(tài)，成像不太明顯，但其散射處也均有成像。

3 結(jié)束語

本測(cè)試實(shí)驗(yàn)基于2 m靜區(qū)的緊縮場，分別采用200 mm、500 mm、1 000 mm、1.8 m金屬飛機(jī)模型的被測(cè)物進(jìn)行測(cè)量，在0.3～1 GHz波段的RCS測(cè)量結(jié)果良好，有效地證明了時(shí)域系統(tǒng)配合緊縮場可以實(shí)現(xiàn)全尺寸緊縮場靜區(qū)的目標(biāo)特性測(cè)試測(cè)量，并能夠保證測(cè)量結(jié)果的精度要求。該緊縮場時(shí)域測(cè)試通過直接采用時(shí)域的方式解決緊縮場測(cè)量頻率低頻擴(kuò)展問題，從而實(shí)現(xiàn)已有緊縮場的擴(kuò)頻升級(jí)，滿足了用戶低頻波段高精度RCS測(cè)量要求，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性，具有推廣價(jià)值?！?/p>