微波辐射参数测试系统衰减器设置方法研究

张建文 王 博

(中国洛阳电子装备试验中心 洛阳 471003)

接收 发射技术

微波辐射参数测试系统衰减器设置方法研究

张建文 王 博

(中国洛阳电子装备试验中心 洛阳 471003)

通过微波辐射参数测试系统的分析研究，结合超宽带信号和窄带信号的链路传播衰减情况，本文给出了超宽带信号和窄带信号测试时程控衰减器的理论设定值范围，缩短了系统参数设置时间，提高了装备任务保障效率。

微波;衰减器;超宽带;窄带

0 引言

根据微波辐射参数测试系统三个链路的工作情况，分析超宽带信号和窄带信号的链路传播衰减情况，推算出超宽带信号和窄带信号程控衰减器的理论设定值范围，从而避免了无规律盲目设置程控衰减值的情况，可以缩短系统参数设置时间，提高装备任务保障效率。

1 微波辐射参数测试系统简介

微波辐射参数测试系统用于外场静态测量微波电子防御系统的辐射频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、等效辐射峰值功率等辐射参数。

整个微波辐射参数测试系统分为四大功能模块:接收分系统、信号处理分系统、主控分系统、平台与辅助分系统。系统组成如图1所示。

针对超宽带辐射场参数和窄带辐射场参数，采用不同的测试方法分别进行测试。其中超宽带信号由超宽带天线接收，经过程控衰减器组送入示波器显示处理，得到脉冲宽度、重复频率和电场强度等参数;窄带信号由窄带天线接收，经过程控衰减器、功分器输出两路信号，一路送频谱分析仪处理，得到辐射频率参数，另一路经检波后送入示波器，得到脉冲宽度、重复频率和峰值功率密度等参数。通过主控系统可实现不同辐射场切换和辐射参数的自动测试。

2 衰减器设置方法研究

微波辐射参数测试系统共设置三个测试链路:

链路一测试超宽带信号，超宽带信号频率范围300MHz～5GHz，固定衰减器20dB，程控衰减器0～90dB。

链路二测试低频窄带信号，频率范围300MHz～2GHz，程控衰减器0～70dB(固定衰减器20dB可手动接)。

链路三测试高频窄带信号，频率范围2～18GHz，程控衰减器0～120dB(固定衰减器20dB可手动接)。

再针对测试信号情况，链路选定后，如何设置合适的衰减量是测试系统能否正常工作的重要环节，如果衰减量设大了，检波器就不响应，示波器就没有测试信号，频谱仪可能信号很微弱或者没有信号;如果衰减量设小了，有可能造成因接入信号功率过大而烧毁设备。所以程控衰减器数值的设置至关重要，按照装备的设计使用要求，只有从最大的衰减量开始一点一点的调试测量，逐渐找到合适的衰减值。这样做有两个潜在问题:一是开机衰减量达到最大也可能烧毁设备;二是这样测量有一种盲目性，在任务保障中工作效率大大降低，由于时间问题可能严重影响任务进程。

2.1 超宽带信号程控衰减器设置方法分析

超宽带信号发射天线种类很多，极化方式各不相同，传输链路空间衰减得根据天线类型具体情况具体分析，超宽带信号频率带宽很大，主要测量的是脉冲信号的时域特性，微波辐射参数测试系统超宽带接收天线是TEM喇叭天线，天线的有效辐射高度为0.024m，极化方式有水平和垂直两种，可手动调整，一般默认为垂直。接收信号从天线口通过20dB的固定衰减器，再通过量程为0～90dB的程控衰减器，将信号传到示波器，从示波器上就可以显示出超宽带信号的脉冲波形。现在要分析的是根据天线口面的峰值功率密度和示波器的最大输入电压5V，来确定程控衰减器的最小设定值。

假设接收天线口面的峰值功率密度为Pr，单位为w/m2，接收天线口面的电场强度为E，单位为V/m，脉冲峰值电压为V

设程控衰减器的最小设定值为XdB，超宽带接收口面的脉冲峰值电压为V，固定衰减器为20dB，从天线到示波器的15m电缆对于超宽带信号来说衰减大约为1.1dB，且不随频率变化。这样超宽带接收天线口面的脉冲峰值电压V经过20dB的固定衰减器，在经过XdB的程控衰减器，经过1.1dB的电缆衰减，最后传送到最大量程为5伏电压的示波器上。所以程控衰减器的最小设定值X为:

由于信号在实际传输中的衰减要比我们理论推算值大，所以我们在测量时衰减器的设置值比理论最小设定值适当的大一些即可。例如:随装备配发的超宽带脉冲标定源，发出的脉冲峰值电压300V＞Vp＞100V，当利用该源注入脉冲信号标定时，利用公式(4)可计算程控衰减器的最小设定值X约为15dB，所以我们在测量时设置成20dB，示波器就可测得超宽带脉冲信号。

2.2 窄带信号程控衰减器设置方法分析

微波辐射参数测试系统窄带是双脊喇叭天线，低频窄带喇叭口面大一些，高频窄带喇叭口面很小，天线分水平和垂直极化两种，可手动调整，默认为垂直极化。当天线接收到信号后，经过程控衰减器(窄带低频0～70dB;窄带高频0～120dB)，二路功分器，一路经检波器传给示波器，一路传给频谱仪。现在要分析的是根据目标信号的辐射功率和检波器的检波功率范围，以及频谱仪的允许输入功率范围来确定程控衰减器的最大和最小设定值。检波器的检波功率范围是－8dBmW ～27dBmW，频谱仪的量程范围是 －80dBmW ～30dBmW，我们取他们的量程交集－8dBmW ～27dBmW来分析。

窄带信号发射天线种类很多，极化方式各不相同，但信号空间传输功率密度都可用公式(1)来计算，我们只要根据发射天线极化方式，及时调整接收天线极化方式即可，圆极化、椭圆极化可通过轴比来计算功率衰减。假设目标信号发射处与窄带天线接收处距离为R，目标信号发射峰值功率为Pt，发射天线增益为Gt，发射天线垂直极化，那么在不考虑大气衰减的情况下，在R处的功率密度Pr为:

式中:Pr单位为mW，R单位为m。

窄带天线的有效接收面积与天线增益和信号频率的关系式如下:

式中:A单位m2;F为Hz;C为m/s。从而可推出R处窄带天线的接收功率:

窄带天线的有效接收面积根据信号频率和天线增益可以查表求得。接下来信号从天线到设备需经过15米屏蔽电缆，设15电缆的衰减为Ds，单位为dB，Ds随频率的变化而变化可查表求得，我们设程控衰减器设置值为X，单位为dB，经过功分器(功分器本身衰减大约3dB)，之后一路传给频谱仪，一路经过检波器检波后传给示波器，为使得目标信号能有效测量，可得如下不等式:

从而X的设置范围就可以求出，我们在设置时建议X取设置范围的中间值。

例如:一雷达发射天线极化方式是垂直极化，发射峰值功率 1mW，发射天线增益为 40dB，频率5.6GHz，距离微波辐射参数测试车2km，发射的是窄带脉冲信号。这时我们应该选用链路三高频窄带链路测量，根据频率我们可以查表求得A和Ds的值，A=0.0036m2，Ds=5.4dB，在根据上式求得 P=11424mW，之后X的范围我们可确定在5.2dB和40.2dB之间，因此我们这时把程控衰减器的值设成25dB就能准确测得该雷达信号的各项辐射参数。

综上所述，在任务中事先我们一般会知道被测目标信号发射天线的极化方式、天线增益、大致发射机峰值功率、大致频率范围以及距微波辐射参数测试车的大致距离，这样在测试前我们通过上面的公式先预估一下应设的程控衰减器范围，避免了无规律盲目设置程控衰减值的情况，缩短了系统参数设置时间，能有效的提高装备任务保障效率。

3 结束语

本文根据微波辐射参数测试系统链路情况，对超宽带信号和窄带信号程控衰减器设置方法进行了研究，根据信号传输到天线口面的功率密度，推算出了程控衰减器的理论设定值范围，但由于公式比较繁琐且计算量较大，下一步可通过计算机软件编程的方式来实现。

［1］David L.Adamy，吴汉平.电子战建模与仿真导论［M］.北京:电子工业出版社，2004.

［2］朱祥玲.单脉冲雷达系统［M］.北京:国防工业出版社，2011.

［3］赵国庆.雷达对抗原理［M］.西安电子科技大学出版社，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］钟顺时，梁仙玲，延晓荣.超宽带平面天线技术［J］. 电波科学学报，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

张建文(1978－)，男，高级工程师。研究方向为电子信息技术。