告警雷达接收机灵敏度测试问题的计算方法

许庆芬

(海军702厂，上海 200434)

告警雷达接收机灵敏度测试问题的计算方法

许庆芬

(海军702厂，上海 200434)

分析了辐射法测量告警雷达接收机灵敏度的基本原理，给出了辐射信号源最小功率和收发天线距离的计算方法，为灵敏度测量的实施方案和雷达信号模拟器的工程实现提供了理论数据。

灵敏度；雷达信号模拟器；天线

0 引 言

在告警雷达的调试与维修中，尤其是对中修和大修后的雷达告警器的性能参数进行测试评估，需要提供特定参数要求的微波信号给雷达告警器接收机，以实现对电子侦察系统性能和指标的测试。采用专用雷达信号模拟器可以方便、快捷地模拟雷达信号，经济、省时、灵活、精确地完成对系统后级的分析调试以及对整机性能和指标的检验。

为了检测告警雷达的接收机灵敏度，需要根据系统性能，确定雷达信号模拟器的功率、使用距离等参数。本文将从以下几个方面分析告警雷达接收机的灵敏度测量，为雷达信号模拟器的工程实现提供理论数据。

1 告警雷达接收机灵敏度测量的原理

对告警雷达接收机灵敏度采用辐射检查的基本原理见图1。

如图1所示，雷达信号模拟器发出的射频信号经过天线辐射出去，其中辐射天线对准接收机天线，而接收天线将收到的高频辐射信号送到告警雷达接收机中进行放大和处理。

测试接收机灵敏度时，先使模拟器输出功率较大，保证接收机能有较大的信号功率指示且能稳定工作，然后逐步减小模拟器的输出功率，直到接收机刚好没有信号功率指示或不能工作，此时，略微增大一点模拟器输出功率，让接收机有最小的信号功率指示或刚刚能工作，这时的接收机输入功率就是其接收灵敏度。

根据雷达侦察方程[1]:

(1)

式中：Pr为接收功率(单位为W)；Pt为发射功率；Gt、Gr分别为发射和接收天线的增益；λ为信号波长。

由式(1)可见，给定接收机灵敏度Pr和接收天线增益Gr后，便算出不同波长的射频信号在给定距离R上所对应的发射功率与发射天线增益的乘积PtGt。

在另一些系统中，其接收机灵敏度是以接收天线口面处的功率密度为指标的(单位为W/m2)，此时有:

PtGt=4πR2S

(2)

由式(2)可见，根据给定的灵敏度S，当距离R确定后，便可计算出发射功率与发射天线增益的乘积PtGt。

综上所述，为测量告警雷达接收机灵敏度，需确定在给定频率(波长)上的射频信号的发射功率Pt、合适的发射距离R和天线增益。

2 发射距离R的确定

在紧邻天线的空间，除辐射场外，还有1个非辐射场，该场同距离的高次幂成反比，随离开天线距离的增加迅速减小。在这个区域，由于电抗场占优势，所以把此区域叫电抗近场区，它的外界约1个波长，在这个区域内进行的测量，与天线的辐射方向图无关，误差很大。

越过电抗近场区就到了辐射场区，按离开天线距离的远近又把辐射场区分为辐射近场区和辐射远场区。在辐射近场区，场的角分布与距离有关。天线各单元对观察点场的贡献，其相对相位和相对幅度是离开天线距离的函数，在此区域中进行方向图接收时存在一定的误差。辐射远场即远场区，在该区，场的角分布与距离无关，在此区域中按方向图进行计算时，存在一定的误差。

严格讲，只有离天线无穷远才是天线的远区，但在某个距离上，场的角分布与无穷远时的角分布误差在允许的范围以内时，把该点至无穷远的区域称为天线的远区。公认的辐射近远场的分界距离为[2]：

(3)

式中:D为天线直径;λ为工作波长。

图2中标明了D/λ≥1时,口径型天线的3个场区。需要关注的是远场区，测量系统的接收区域应该选在远场区，这样测量误差最小。只要测试距离大于R，就可满足远场条件。

3 天线参数的确定

满足远场测量条件的辐射距离R为：

(4)

式中：天线直径D又是与天线的增益相关的，直径越大，增益就越大，所以天线增益的选择同样会影响辐射距离的确定。

工程上为了缩短开发周期和降低成本，辐射天线通常选择标准增益天线。表1为不同频率的标准增益天线的增益和相应的外形尺寸。

表1 标准增益天线尺寸

根据公式(4)，R=3 m时，满足远场测量条件的天线尺寸应满足：

(5)

由公式(5)，模拟器在1～18 GHz对应的天线最大口径如表2所示。

表2 天线最大口径列表

比较表1和表2可以看出，当采用标准增益天线，辐射距离不小于3 m时，可满足远场测量条件。

4 影响灵敏度测量的其它因素

在图1所示的测量系统中，存在连接元件(如射频电缆、射频连接器等)的插入损耗、反射损耗。在某雷达告警接收系统中，由连接元件引起的损耗最大为3 dB。

天线极化方式的不同也会引起射频损耗。根据电磁理论，圆极化波可分解为2个互相垂直的等幅线极化波Ex和Ey，在每个方向上的线极化功率为圆极化波功率的一半(即比合成波功率小3 dB)[3]：

(6)

同理，线极化波也可以分解为2个旋向相反的等幅线极化波，在每个旋向上的圆极化功率为线极化波功率的一半(即比合成波功率小3 dB)[3]：

(7)

而告警雷达的接收天线是由多个天线构成的天线阵。天线阵有线极化天线，也有圆极化天线，而标准增益天线为线极化天线，所以，采用标准增益天线为发射源来测试告警接收机，天线的极化损耗最大为3 dB。

综上所述，由连接元件和极化方式不同引起的损耗最大为6 dB。

5 模拟器发射功率的确定

小功率射频功率通常用dBmW来表示，由公式(1)可得:

10lgPtGtGr=10lgPr+20lgf+20lg(40πR/3)

(8)

当R=3 m时，由公式(8)可得:

10lgPt=10lgPr+20lgf+42-10lgGtGr

(9)

考虑到前面讨论的损耗因素，有:

10lgPt=10lgPr+20lgf+42-10lgGtGr+6

(10)

根据国军标 GJB2397-95 的要求，用雷达信号模拟器检测告警机的测向精度、测频精度和虚警率等性能时，辐射功率要比测整机灵敏度大10 dB。所以雷达信号模拟器的输出功率为:

10lgPt=10lgPr+20lgf+42-10lgGtGr+16

(11)

考虑到灵敏度测试时，需要将发射功率调低至接收机不能接收，以及同一型号的不同接收机之间的灵敏度误差，雷达信号模拟器的最小输出功率应在式(9)的基础上减小10 dB。

所以，在辐射距离为3 m，采用20 dB标准增益天线时，用于雷达信号模拟器的发射功率的最小范围是：

10lgPr+20lgf-10lgGtGr+32≤10lgPt≤

10lgPr+20lgf-10lgGtGr+58

(12)

6 结束语

本文介绍的灵敏度测试方法和雷达信号模拟器发射功率的计算已获得成功应用。必须予以说明的是，本文关于衰减量的估算是比较保守的，在实际工程应用中，考虑其他损耗，则发射功率至少还要增加2～3 dB。同时，由于告警雷达接收机通常是超宽带的，全频带范围内不同频点的灵敏度差别很大，还需根据实际需求做进一步的计算与验证。

[1] 丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].3版.西安:西安电子科技大学出版社，2002.

[2] 毛乃宏,俱新德.天线测量手册[M].北京：国防工业出版社，1987.

[3] 谢处方，邱文杰.天线原理与设计[M].西安：西北电讯工程学院出版社，1987.

TheCalculationMethodofSensitivityTestProblemaboutRadarWarningReceiver

XU Qing-fen

(702 Factory of Navy,Shanghai 200434，China)

This paper analyzes the basic principle of sensitivity test of radar warning receiver by radialization method,gives out the calculation method of minimum power of radiant signal resource and the distance between transmitting antenna and receiving antenna,which offers theoretical data for the sensitivity test project and the engineering realization of radar signal simulator.

sensitivity;radar signal simulator;antenna

TN957.5

：A

：CN32-1413(2017)04-0081-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.04.020

2016-09-10