有源干扰辐射对舰面电磁环境影响的抑制技术研究

摘  要：本文分析了舰载有源干扰设备的特点，其加电后行波管功率放大器发出的静态噪声辐射干扰信号时带来的带外杂散和较高的天线副瓣电平，给舰面的其他电子设备的正常工作造成了电磁干扰。因此，本文从降低静态噪声、改变放大器使用区域以及在不影响作战使用的情况下选择合适的有源干扰设备安装布局等角度进行了分析，并给出了改善舰面电磁环境的技术途径和有效措施，使有源干扰设备在舰船有限的平臺上能够与其他设备更好地兼容工作。

关键词：有源干扰;杂散抑制;电磁环境

中图分类号：TN972     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）05-0065-03

Abstract：The characteristics of Shipborne active jamming equipment are analyzed. The static noise emitted by the power amplifier of traveling wave tube，the stray outside the band and the high antenna sidelobe level caused by the radiation of the jamming signal cause electromagnetic interference to the normal operation of other electronic equipments on the surface of the ship. In this paper，the methods of reducing static noise，changing the use area of amplifier and choosing suitable installation layout of active jamming equipment without affecting operational use are analyzed，and the technical approaches and effective measures to improve the electromagnetic environment on ship surface are given. The active jamming equipment can work better compatibly with other equipment on the limited platform of ships.

Keywords：active interference;stray suppression;electromagnetic environment

0  引  言

舰载电子对抗系统作为水面舰艇的“软”武器系统，担负着干扰敌舰载、机载以及反舰导弹末制导雷达的作战任务。舰载有源干扰设备用于对高威胁目标进行跟踪，实施干扰，干扰频带宽、功率大、干扰样式丰富，可同时对抗多部雷达，在水面舰艇防空反导任务中担负着“软”武器对抗的重要使命。

但是在舰船这个有限的平台上，往往同时存在多部雷达，有源干扰设备辐射干扰信号通常覆盖了C/X/Ku频带，其带外杂散分量高、天线副瓣电平高，对舰面布置的其他舰载电子设备造成了不同程度的电磁干扰。

通过全舰电磁兼容管控，根据作战任务的变化、战场电磁频谱环境变化，进行实时动态调整，能够确保舰船完全有计划地进行电磁频谱应用，最大限度地解决电磁兼容问题，但有源干扰设备天线副瓣电平高、带外杂散频谱范围宽，功率电平高，给全舰电磁兼容管控增加了一定的技术难度，降低了其他舰载电子设备和武器系统的作战效能，成为水面舰艇电磁兼容管控工作中的难题之一。

1  有源干扰设备的特点

舰载有源干扰设备的干扰方式一般分为压制性干扰和欺骗性干扰。压制性干扰通过发射高功率随机信号，在时域、频域上掩盖目标回波;欺骗性干扰通过复制、转发雷达辐射脉冲，形成假目标，欺骗对方雷达。

在设计有源干扰设备时，首先考虑需掩护目标的RCS值，据此设计干扰功率。随着需保护目标RCS值的增大，有源干扰设备的辐射功率往往需达到数百千瓦，才能有效保护被掩护目标。根据辐射功率选择线阵天线，在空间将中功率TWT合成为高功率辐射波束，以达到干扰敌方雷达的目的。

有源干扰设备对舰面的电磁环境影响主要表现在以下两个方面：

（1）行波管加电后，在信号输入端无微波信号条件下会输出静态噪声;（2）在发射有用干扰信号的同时也带有无用的杂散频谱信号。带外杂散频谱分布密集无规则，几乎接近连续谱。

1.1   静态噪声

静态噪声是指在行波管功率放大器加电正常后，在信号输入端无微波信号条件下，功率放大器输出的信号。行波管放大器（TWT）输出静态噪声较大。TWT工作原理如图1所示。

其静噪是连续波行波管正常加电后，因灯丝发热，使阴极产生热电子运动，其蒸发的热电子在RF入端无输入微波信号时，由RF出端输出的接近于白噪声的射频信号功率。静态噪声频谱特性如图2所示。典型行波管（单管功率50W）的静态噪声电平约为-20～-23dBmw/MHz。静态噪声随着行波管的输出功率增大而增大。末级行波管功放输出静态噪声如图2所示。

1.2   辐射有用干扰信号时的带外杂散频谱特性

有源干扰设备在发射有用干扰信号的同时也带有无用的杂散频谱信号，发射有用干扰信号时频谱分布如图3所示。有源干扰发射频谱中除有用干扰信号瞬时带宽Δf外，还具有干扰信号的高次谐波分量和非谐波带外杂散分量，而且其带外杂散分量频谱分布是无规则状态。其2次以上谐波分量是有用干扰信号的n倍频率，其幅度约为主频谱-20dB～-30dB左右。其非谐波带外杂散为主频谱的-30dB～-40dB，而且频谱分布杂乱。

有源干扰设备为了保证干扰效果，在实施杂波压制性干扰时需具备一定的压制带宽。对固定点频工作的雷达，杂波干扰的压制带宽通常为10MHz～20MHz，对跳频工作的雷达压制干扰带宽通常达到数百兆。无论是窄带压制干扰带宽或是宽带压制带宽，均是由许许多多频率信号的集合而成，在同一时刻由末级功放输出。随着舰船雷达功率的增大和需要保护的RCS增大，行波管需要大功率发射才能产生有效的有源干扰效果，往往工作在非线放大性区（准饱和和饱和放大区）会产生波形畸变，输出信号会产生高次谐波分量。如果同时干扰多个目标雷达，则会同时出现多个不同频率的输入信号，除了产生许多高次谐波分量（2fλ……nfλ）以外，还会产生多个频率信号之间的交调互调，fi+fj，fi-fj……许多新的频率分量信号，这些新的频率分量频谱宽而且密集，即非谐波带外杂散信号。随着输入功率增大，非线性越深，杂散电平越高。

2  改善有源干扰辐射带外杂散分量的技术途径

2.1  采用固态功率放大器

固态功率放大器由于不需灯丝加热“蒸发”热电子，其静态噪声比行波管功放要降低20dB～30dB。可采用多元固态功放发射阵列进行功率合成，满足有源干扰设备输出大功率的要求。

2.2  采用栅极控制的新型连续波TWT功率放大器和动态快速截止电压控制技术

有源干扰设备目前普遍采用时间分配法，以达到对雷达目标有效干扰的目的，有源杂波干扰实施雷达目标干扰时序关系如图4所示。

由图4可见，有源干扰时间要覆盖雷达目标脉冲。在侦察观察窗（约为2～5ms）内和电磁兼容管控跟踪波门（约为2～15μs）内，有源干扰停止发射，目前采用快速切断行波管输入微波信号而停止干扰发射。这时行波管输出信号端仍有静态噪声，对本舰雷达侦察设备和本舰同频段工作的其他电子设备造成干扰，不能正常接收信号。

采用在有源干扰发射时间之外的时间域给行波管聚束极加载截止负电压，可抑制行波管静态噪声。以某个行波管为例，在聚束极电压处于非截止状态时，行波管输出静态噪声为-23dBm/MHZ，当聚束极电压处于截止状态时，输出为-80dBm/MHZ。可见聚束极处于截止状态时，静态噪声降低了67dB，其效能甚佳。

由于观察窗口时序是动态变化的，因此其聚束极截止电压时间也是动态变化的，其窗口宽度从微秒到毫秒，秒级不等，而行波管聚束极的截止电压为1Kv的负压，要实现微秒级的高电压切换，对供电电源和连续波行波管都具有较大的技术难度，对μs级控制聚束极电压跳变是困难的。

目前采用栅控的大功率CW行波管已有成熟产品，栅控行波管的优点是栅极控制截止电压约为-300v左右，可以实现栅控电压的快速跳变，从而实现行波管的快速（μs级）截止和开通。

2.3  末级功率放大器发射干扰时带外杂散的抑制技术

选择行波管工作在线性区域和浅非线性区，可以大大降低带外杂散分量，但输出的功率也下降。为了弥补末级功放输出功率下降的缺陷，可以用多个工作在线性区或浅非线性区工作的末级功放组提高有效辐射功率，如多波束和相控阵模式，当然设备成本更高，但达到了降低带外杂散的目的。

2.4  降低发射天线副瓣，提升发射天线与其他天线的隔离度

发射天线一般布局在舰面主桅两弦方向，2套天线各覆盖180°，选择合适的发射天线位置，在不影响干扰效果的情况下，通过降低发射天线高度，减少舰面反射，可以改善发射时对舰面电磁环境的影响。

有源干扰设备在作战使用过程中，主要针对反舰导弹末制导雷达。舰载天线为了获得更高的灵敏度和截获概率，往往安装位置较高，通常安装在舰岛上。要降低有源干扰设备发射时对其他舰载电子设备的影响，可以选择降低发射天线的高度，以提升发射天线与其他天线的隔离度。

一般导弹末制导雷达开机都在攻击末端，距被攻击舰艇距离在20km左右。根据视距计算公式：，其中：h1为目标高度（m），h2为有源干扰天线高度（m）。以常规反舰导弹飞行高度5m来计算，发射天线的高度大于7m即可满足20km的视距要求。由此，可将发射天线布局在主甲板以下的左、右弦。

3  结  论

通过上述分析，改善有源干扰辐射对舰面电磁环境影响的措施有：

（1）选用新型的功率放大器，降低静态噪声和带外杂散;（2）选择合适的安装位置，降低有源干扰设备发射机的副瓣电平，提高发射机主副瓣和其他天线的隔离度;减少舰面反射;（3）通过隐身设计，降低舰艇自身的RCS值，从而降低有源干扰的发射功率，以达到抑制干扰的目的。

有源干扰设备作为舰船的重要的软武器之一，通过一系列的设计、布设及电磁兼容管控，能够抑制有源干扰设备辐射对舰面电磁兼容环境的影响，在舰船这个有限的平台上，大功率发射设备与其他接收设备能够兼容工作。但未来在编队作战的情况下，在频域、时域、空域系统化的进行电磁兼容管理和控制，保证舰舰协同、舰机协同、互不影响是需要继续进行研究和解决的问题。

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作者简介：陈舒（1985-），女，汉族，江苏人，工程师，本科，研究方向：电子对抗系统。