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雷達(dá)信號測試設(shè)備及方案

2023-01-12 09:33:11

1.概述

   雷達(dá)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主要由五部分構(gòu)成:發(fā)射機(jī),接收機(jī),發(fā)射天線,接收天線,顯示裝置。其中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)是為重要的組成部分。

為了研究雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī),有必要模擬雷達(dá)信號的產(chǎn)生并對雷達(dá)信號進(jìn)行分析。從信號形式上區(qū)分,雷達(dá)信號主要有連續(xù)波雷達(dá)和脈沖雷達(dá)等形式,而目前絕大多數(shù)雷達(dá)都采用脈沖信號的形式。

   為此R&S 公司推出了一系列可以模擬脈沖雷達(dá)信號產(chǎn)生和分析脈沖雷達(dá)信號的測試與測量儀器。


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圖1: 脈沖調(diào)制信號


2. 雷達(dá)信號的產(chǎn)生

      R&S SMF100A 微波信號源可以產(chǎn)生線性調(diào)頻信號和任意脈沖序列,可以模擬雷達(dá)信號的生成。

     2.1 R&S SMF100A 的主要性能及特點(diǎn):

     2.1.1 R&S SMF100A 主要性能指標(biāo)

    頻率范圍100kHz ~ 22 /43.5GHz

    SSB 相噪- 115 dBc (10 GHz; @ 10 kHz; 1 Hz BW)

    輸出功率+ 27 dBm @ 10 GHz

    諧波- 55 dBc @ 10 dBm

    非諧波- 62 dBc (3 GHz < f ≤ 10 GHz)

    脈沖調(diào)制>80 dB 開關(guān)比; 20 ns 脈寬

    設(shè)置時(shí)間短電平設(shè)置時(shí)間< 3 ms ,頻率設(shè)置時(shí)間<4 ms

    寬帶噪聲< - 148 dBc @ 10 GHz

    調(diào)制方式AM/LOG AM/FM/PhiM/脈沖/ASK/FSK/PSK


2.1.2 R&S SMF100A 的主要技術(shù)特點(diǎn)

1)直接產(chǎn)生線性調(diào)頻雷達(dá)信號,

2)輸出信號相位可調(diào),調(diào)節(jié)步進(jìn)0.1 度;

3)輸出信號頻率改變時(shí),可保持相位連續(xù);

4)可以產(chǎn)生單脈沖,雙脈沖

5)直接產(chǎn)生任意脈沖序列雷達(dá)信號

6) 可以連接R&S NRP-Z81 寬帶功率探頭進(jìn)行功率分析

2.2 R&S SMF100A 產(chǎn)生脈沖雷達(dá)信號及測試方案

2.2.1 R&S SMF100A 產(chǎn)生雙脈沖和脈沖序列

     R&S SMF100A 是目前可以產(chǎn)生雙脈沖以及可編輯任意脈沖序列的模擬微波信號源。每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間和脈沖關(guān)斷期都可以自行設(shè)定;任意脈沖序列的開關(guān)時(shí)間可以設(shè)置的范圍從5ns 到5ms。



圖2: R&S SMF100A 產(chǎn)生雙脈沖和任意脈沖序列信號


2.2.2 R&S SMF100A 產(chǎn)生線性調(diào)頻信號

      R&S SMF100A 可以直接產(chǎn)生線性調(diào)頻信號,大帶寬達(dá)到80MHz。只要配備了SMFB20選件或SMF-B22 選件,以及脈沖調(diào)制器SMF-K3 和脈沖發(fā)生器SMF-K23,就可以產(chǎn)生Chirp Modulation 線性調(diào)頻信號了。該線性調(diào)頻信號的小脈沖寬度100ns,小脈沖周期200ns。


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圖3:R&S SMF100A 產(chǎn)生80MHz 帶寬線性調(diào)頻信號


2.2.3 用R&S SMF100A 進(jìn)行雷達(dá)接收機(jī)測試方案


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圖4: 用R&S SMF100A 進(jìn)行脈沖雷達(dá)接收機(jī)測試方案


3. 雷達(dá)信號的分析

    雷達(dá)信號的分析非常重要,這里提供幾種手段進(jìn)行雷達(dá)信號的分析,一種用頻譜分析儀進(jìn)行脈沖雷達(dá)信號分析;第二種,用功率計(jì)進(jìn)行脈沖雷達(dá)信號分析;第三種,用信號源直接進(jìn)行雷達(dá)脈沖信號分析。


3.1 用頻譜分析儀進(jìn)行雷達(dá)信號分析及系統(tǒng)測試

      頻譜分析儀可以進(jìn)行一般的頻域測試,包括功率,頻率,頻譜的相關(guān)測試;同樣,頻譜儀也可以在零掃寬(zero SPAN)模式進(jìn)行時(shí)域包絡(luò)分析。此外,用頻譜分析儀的擴(kuò)展功能,如R&S FS-K7 AM/FM/PM 選件,還可以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅,調(diào)頻,調(diào)相信號的解調(diào),同時(shí),還可以進(jìn)行瞬時(shí)幅度,瞬時(shí)頻率,瞬時(shí)相位的分析,以及調(diào)制質(zhì)量,THD,SINAD 等參數(shù)的測試。R&S FSV 系列頻譜分析儀加R&S FS-K7 選件可以完成以上各項(xiàng)測試;此外,配合FS-K30,FS-K40 選件還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)噪聲系數(shù)和相位噪聲測試。


3.1.1 R&S FSV 頻譜分析儀的性能指標(biāo)及技術(shù)特點(diǎn)

    頻率范圍9kHz (選件至20 Hz) - 3.6 /7/13.6/30/ 40 GHz,

    大分析帶寬40MHz

    直觀圖形界面,觸摸屏操作

    測試不確定度<0.39dB (7GHz)

    測試速度極快(比同類儀表快5 倍)

   TOI > 13 dBm, typ. 17 dBm (f < 3 GHz)

   > 15 dBm, typ. 19 dBm (3 GHz < f < 7 GHz)

   DANL typ. – 159 dBm (f < 7GHz)

   Phase Noise typ. -110 dBc/Hz @ 10 kHz offset (CF=500MHz)

   typ. -115 dBc @ 100 kHz

   typ. -150 dBc @ 10 MHz


3.1.2 R&S FSV 頻譜分析儀進(jìn)行脈沖信號頻域測試

     用頻譜分析儀進(jìn)行脈沖的頻譜分析,設(shè)置較大的RBW可觀察包絡(luò)譜,根據(jù)包絡(luò)一零點(diǎn)的位置計(jì)算脈沖的脈寬;設(shè)置較小RBW值則也可以觀察線狀譜,測量脈沖的重復(fù)頻率,計(jì)算脈沖的周期;在頻域還可以用信道功率測量功能測量脈沖的平均功率,也可以用大的RBW來測量脈沖峰值功率;


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圖5: 脈沖調(diào)制信號的頻譜(包絡(luò)譜)


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圖6: 脈沖調(diào)制信號的頻譜(線狀譜)


3.1.3 用頻譜儀Zero Span 進(jìn)行脈沖信號的時(shí)域測量

     在頻譜儀的零頻率掃寬(zero SPAN)狀態(tài),可以分析脈沖的時(shí)域包絡(luò),此時(shí)可以從時(shí)域測量脈沖調(diào)制信號的平均功率和峰值功率,脈寬和脈沖周期等參數(shù)。


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圖7: 脈沖調(diào)制信號的時(shí)域包絡(luò)


3.1.4 用FS-K7 選件進(jìn)行脈沖雷達(dá)信號分析

      當(dāng)頻譜分析儀配備了FS-K7 AM/FM/PM 解調(diào)選件,可以分析脈內(nèi)的調(diào)制,比如線性調(diào)頻信號的解調(diào)

以及Barker 碼調(diào)制脈沖的解調(diào)。


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圖8:R&S FSV + FS-K7 選件進(jìn)行線性調(diào)頻信號的解調(diào)


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圖9:R&S FSV + FS-k7 選件進(jìn)行11 位Barker 碼信號的解調(diào)


3.1.5 用R&S FSV 頻譜分析儀進(jìn)行雷達(dá)系統(tǒng)相位噪聲測試

      用頻譜分析儀的FS-K40 選件可以進(jìn)行信號的相位噪聲測試,直接繪制相噪曲線。


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圖10: 用R&S FSV 進(jìn)行相噪測試――儀器設(shè)置


3.1.6 用R&S FSV 頻譜儀進(jìn)行雷達(dá)系統(tǒng)噪聲系數(shù)測試

     用頻譜分析儀FS-K30 選件加噪聲源可以進(jìn)行噪聲系數(shù)和增益測試。


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圖12:用R&S FSV 頻譜分析儀進(jìn)行噪聲系數(shù)測試――測試連接圖


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圖13:用R&S FSV 頻譜分析儀進(jìn)行噪聲系數(shù)測試――測試結(jié)果


3.2 用功率計(jì)進(jìn)行脈沖雷達(dá)信號測試

     R&S NRP 系列功率計(jì)提供了多款探頭可供選擇,頻率覆蓋了DC-67GHz 的頻率范圍,功率范圍覆蓋了- 67dBm 到+45dBm 的范圍。


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圖14:R&S NRP 功率探頭系列


     對于脈沖信號分析,推薦使用峰值功率探頭NRP-Z81, 該探頭覆蓋了10MHz 至18GHz的頻率范圍,時(shí)域分辨率可達(dá)到12.5ns。


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圖15: NRP 功率計(jì)的多種操作模式


     使用POWER VIEWER PLUS 軟件,PC 加NRP-Z4 +功率探頭,可以實(shí)現(xiàn)的無功率計(jì)主機(jī)的操作。


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圖17: NRP 探頭直接連接電腦進(jìn)行脈沖信號分析


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圖18: 用PC+探頭分析脈沖功率,上升沿,下降沿,脈寬,周期,功率等參數(shù)


3.3 用R&S SMF100A 信號源進(jìn)行雷達(dá)脈沖信號分析

     R&S NRP-Z 系列功率探頭可以直接連接R&S 公司信號源SMF100A,進(jìn)行功率測量,脈沖分析,可以測量平均功率,峰值功率,脈寬,周期,占空比,上升時(shí)間,下降時(shí)間,過沖等參數(shù)。


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圖19:用SMF100A 信號源+NRP-Z81 進(jìn)行脈沖測試界面


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圖20:SMF100A 微波信號源+NRP 探頭進(jìn)行脈沖功率分析設(shè)置界面


4. 總結(jié)

    綜上所述,R&S 公司的微波信號源R&S SMF100A,新一代頻譜分析儀R&S FSV,峰值功率探頭R&S NRP-Z81 提供了完整的雷達(dá)脈沖信號產(chǎn)生和測試方法,可以組成一套理想的雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)系統(tǒng)的完整解決方案。


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