俞育新 王 平 馬朝陽 陳豪東

(1.舟山監(jiān)修室 舟山 316000)(2.中國西南電子設(shè)備研究所 成都 610036)

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某型雷達(dá)偵察設(shè)備動態(tài)范圍測試方法優(yōu)化探討*

俞育新1王 平2馬朝陽1陳豪東1

(1.舟山監(jiān)修室 舟山 316000)(2.中國西南電子設(shè)備研究所 成都 610036)

論文基于某型雷達(dá)偵察設(shè)備的系統(tǒng)靈敏度和動態(tài)范圍的基本測試方法,提出了一種優(yōu)化測試方案,進(jìn)一步考慮了實(shí)際信號輻射到達(dá)測頻前端和測向前端的功率情況,通過使用均衡器匹配方法,彌補(bǔ)了測頻和測向前端的通道增益差異,較好地解決了該通道匹配問題。通過優(yōu)化方案的模擬測試與指標(biāo)轉(zhuǎn)化結(jié)果,可以驗(yàn)證該優(yōu)化方案更能等效代替大功率輻射源輻射法測試,為以后的整機(jī)系統(tǒng)調(diào)試、測試以及產(chǎn)品檢驗(yàn)提供優(yōu)化思路。

系統(tǒng)靈敏度; 動態(tài)范圍; 均衡器; 功分器

Class Number TN955

1 引言

在雷達(dá)偵察設(shè)備中,工作靈敏度表示接收機(jī)接收微弱信號的能力。能接收的信號越微弱,則接收機(jī)的靈敏度越高,因而雷達(dá)偵察設(shè)備的作用距離就越遠(yuǎn),通常用最小可檢測信號功率來表示[1]。動態(tài)范圍表示接收機(jī)能夠正常工作所容許的輸入信號強(qiáng)度變化的范圍。當(dāng)輸入信號功率過大時(shí),接收機(jī)前端將發(fā)生飽和而出現(xiàn)寄生信號,或者發(fā)生過載現(xiàn)象,或者輸出超出接收機(jī)正常工作需要的信噪比,通常用這種強(qiáng)信號輸入功率和弱信號輸入功率之比來表示[2～3]。

在工程實(shí)際中,對動態(tài)范圍的測試工作有兩種不同的認(rèn)識,一種是首先測定雷達(dá)偵察設(shè)備的工作靈敏度,確定設(shè)備最小可檢測信號的功率,在這個(gè)功率電平基礎(chǔ)上加上動態(tài)范圍指標(biāo)值,觀察設(shè)備工作情況,作為判斷依據(jù);另外一種是按照設(shè)備的工作靈敏度指示要求,在工作靈敏度指標(biāo)的基礎(chǔ)上加上動態(tài)范圍指標(biāo)值,觀察設(shè)備工作情況,作為判斷依據(jù)[4]。本文認(rèn)為后者更具有合理性,它確定了滿足設(shè)備正常工作的絕對功率范圍。

2 問題提出

假設(shè)某型雷達(dá)偵察設(shè)備的系統(tǒng)工作靈敏度指標(biāo)為優(yōu)于-50dBmi,動態(tài)范圍指標(biāo)是50dB,為了測試這兩個(gè)系統(tǒng)指標(biāo),在微波暗室建立測試環(huán)境,如圖1所示。由于該設(shè)備的系統(tǒng)工作靈敏度指標(biāo)要求為優(yōu)于-50dBmi,動態(tài)范圍指標(biāo)要求為50dB,因此,產(chǎn)品規(guī)范(技術(shù)條件)對設(shè)備的動態(tài)范圍絕對指標(biāo)為優(yōu)于0dBmi,即到達(dá)設(shè)備接收天線口面的功率至少為0dBmi。根據(jù)系統(tǒng)工作靈敏度的計(jì)算公式反向推算,如表1所示,采用輻射測試方法測試偵察設(shè)備的動態(tài)范圍時(shí),對輻射源的功率要求最大為851.1W。

為了在輻射源處獲得300W～900W量級的功率,而且具有寬帶特性,需要采用高壓電源+行波管提供足夠大的功率[5]。在設(shè)備組成上,行波管至天線的射頻鏈路需要采用波導(dǎo),以增大功率傳輸容量[6]。還需要冷卻系統(tǒng)給行波管和高壓電源散熱,保障其能正常工作[5]。由于獲得851.1W的大功率輻射源,對其測試設(shè)備硬件要求很高,成本很大,難以實(shí)現(xiàn)。因此,在工程中通常使用輸出功率小1W的信號源進(jìn)行模擬測試。

表1 動態(tài)范圍輻射測試時(shí)對輻射源的功率需求

圖1 系統(tǒng)工作靈敏度輻射測試框圖

3 現(xiàn)狀調(diào)查

以某型設(shè)備的產(chǎn)品規(guī)范中規(guī)定的檢測方法為例,闡述了其動態(tài)范圍測試框圖和計(jì)算公式,如圖2、式(1)所示,該測試方法存在一定的局限性,需要進(jìn)一步考慮實(shí)際輻射情況到達(dá)高頻箱(測頻前端)和測向接收前端的功率大小,以及測頻和測向前端的通道匹配問題,因此,可以對原有的測試方案進(jìn)行優(yōu)化探索,進(jìn)一步達(dá)到真實(shí)模擬輻射測試的環(huán)境。

某型雷達(dá)偵察設(shè)備動態(tài)范圍D:

D=Ps2-Ps1

(1)

式中:D為接收機(jī)動態(tài)范圍,單位為dB;Ps1為對應(yīng)靈敏度時(shí)的信號源輸出電平,單位為dBm;Ps2為對應(yīng)頻率接收機(jī)正常時(shí)信號源最大輸出電平,單位為dBm。實(shí)際測試時(shí),信號源功率設(shè)置為(Ps1+D)dBm,設(shè)備正常偵收則判為合格。

圖2 某型雷達(dá)偵察設(shè)備動態(tài)范圍測試框圖

4 問題分析

1) 模擬測試原則

眾所周知,采用信號輻射法測試動態(tài)范圍的方法是絕對正確的,但是在實(shí)際操作時(shí),卻是最不可行的,對測試設(shè)備要求高,成本大,難以實(shí)現(xiàn)[7]。因此,需要采用模擬測試的方法來等效替代輻射測試。在建立模擬測試模型時(shí),必須保證模擬測試方法具有等效替換性,進(jìn)而可以減小設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的測試誤差。

2) 模擬測試模型

對于前文的某型雷達(dá)偵察設(shè)備,采用信號源注入方法測試動態(tài)范圍,只有繞過測頻、測向接收天線,分別將信號從測向前端接收組件和測頻前端接收組件注入。為了保證注入信號的到達(dá)同時(shí)性和模擬輻射接收時(shí)的情況,信號源輸出接一個(gè)3dB功分器,如圖3所示。此外,還需要考慮到以下兩個(gè)因素:

(1)測向天線與測頻天線的增益不同,其中測向天線(定向喇叭天線)的增益為正值,而測頻天線的增益為負(fù)值(全向雙錐天線);

(2)射頻傳輸鏈路上的插損不同,即圖中線路1和線路2的長度和插損不同。

因此,需要在功分器輸出增加均衡器來模擬這兩種因素的差異性,以達(dá)到輻射測試方法下的等同效果,如圖3所示。用虛線框內(nèi)功分器、均衡器和電纜B、C等效替代偵察設(shè)備的測頻天線和測向天線以及它們與前端的連接電纜。

3) 均衡器幅頻特性固化

由前文分析,在偵察設(shè)備系統(tǒng)工作靈敏度測試時(shí),當(dāng)信號源的輸出功率為10dBm時(shí),經(jīng)計(jì)算可以得出到達(dá)設(shè)備接收天線口面的功率,如表3所示[8]。此時(shí),信號分兩個(gè)通道進(jìn)入前端接收組件,一個(gè)通道通過測頻天線以及電纜1(測頻前端通道)進(jìn)入測頻前端接收組件,另一個(gè)通道通過測向天線以及電纜2(測向前端通道)進(jìn)入測向前端接收組件。因此,需要測出兩個(gè)通道的增益差異數(shù)據(jù)。

圖3 動態(tài)范圍注入測試框圖

頻率(MHz)天線口面的功率(dBmi)測向前端接收組件輸入功率(dBm)測頻前端接收組件輸入功率(dBm)測向前端通道增益Gd(dB)測頻前端通道增益Gf(dB)均衡器取值(dB)××-46.2-35.6-51.510.6-5.3-15.9××-46.6-35.6-51.211.0-4.6-15.6××-47.3-35.9-51.511.4-4.2-15.6××-47.6-35.6-51.012.0-3.4-15.4××-48.0-35.5-50.212.5-2.2-14.7××-48.3-35.2-49.513.1-1.2-14.3××-48.8-37.2-51.211.6-2.4-14.0××-49.0-38.2-52.310.8-3.3-14.1××-49.2-40.1-53.59.1-4.3-13.4××-49.6-40.7-54.58.9-4.9-13.8××-49.4-41.2-55.08.2-5.6-13.8

根據(jù)實(shí)測的數(shù)據(jù),給出均衡器的衰減曲線,如圖4所示。

圖4 均衡器的衰減曲線

4) 測試指標(biāo)轉(zhuǎn)化

在動態(tài)范圍測試時(shí),要求到達(dá)設(shè)備接收天線的功率為-50dBmi+50dB,即0dBmi。于是可以按照公式(Pi=Di+Gd+Lg)計(jì)算信號源的輸出功率。按照信號源輸出功率要求進(jìn)行測試,該雷達(dá)偵察干擾設(shè)備能夠正常工作,說明該設(shè)備將滿足其動態(tài)范圍的指標(biāo)要求,其指標(biāo)轉(zhuǎn)化如圖5所示。由實(shí)際模型測試結(jié)果,可以準(zhǔn)確分析出動態(tài)范圍測試時(shí)信號源輸出功率,如表4所示。

圖5 指標(biāo)轉(zhuǎn)化示意圖

頻率(MHz)系統(tǒng)動態(tài)范圍Di(dBmi)測向前端通道增益Gd(dB)功分器和電纜A、C插損Lg(dB)信號源輸出功率Pi(dBm)××010.6414.6××011.0415.0××011.4415.4××012.0416.0××012.5416.5××013.1417.1××011.6415.6××010.8414.8××09.1413.1××08.9412.9××08.2412.2

5 結(jié)語

本文對在微波暗室里模擬測試偵察設(shè)備動態(tài)范圍提供了優(yōu)化思路,并以某型雷達(dá)偵察設(shè)備為實(shí)例進(jìn)行分析,測試了測向和測頻前端通道的增益差異數(shù)據(jù)。通過使用均衡器匹配,彌補(bǔ)了通道差異,構(gòu)建了模擬測試的基本模型,使之能等效替代輻射法測試。這一模型,為整機(jī)調(diào)試、測試以及整機(jī)產(chǎn)品檢驗(yàn)提供了方法依據(jù)。

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Optimization Discussion of Dynamic Range Test Method Based on a Certain Type of Radar Reconnaissance Equipment

YU Yuxin1WANG Ping2MA Chaoyang1CHEN Haodong1

(1. Repair Representative Office of Navy in Zhoushan, Zhoushan 316000) (2. Southwest China Research Institute of Electronic Equipment, Chengdu 610036)

A kind of optimization test method in this paper is proposed based on the test method of system sensitivity and dynamic range with are radar reconnaissance equipments. The actual signal power that arrives at frequency measurement front-end and direction finding front-end are further considered. The channel matching problem between frequency measurement front-end and direction finding front-end is solved by the application of equalizer matching method. At last, the effectiveness of the proposed optimization test method is verified by a lot of simulation experiments and test results. This optimization test method is more effective than traditional method, and it provides optimized ideas for future work.

system sensitivity, dynamic range, equalizer, power divider

2014年12月14日,

2015年1月22日

俞育新,男,高級工程師,研究方向:艦載武器系統(tǒng)。王平,男,工程師,研究方向:雷達(dá)對抗和生產(chǎn)測試制造技術(shù)。馬朝陽,男,工程師,研究方向:電子裝備維修保障。陳豪東,男,工程師,研究方向:電子裝備維修保障。

TN955

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.020