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轻松测量雷达脉冲稳定度
材料来源:《微波杂志》2019年9/10月号           录入时间:2019/10/12 9:45:46

Easy Measurement of Radar Pulse Stability

罗德与施瓦茨,www.rohde-schwarz.com

雷达在接收目标回波的同时,还会收到来自树木、建筑和海浪等周围物体的回波。这些被称为杂波的背景回波没有任何意义,还可能会影响雷达的性能。先进雷达系统通过信号处理可以检测并抑制杂波,例如通过比较连续回波的相位和幅度,然后仅显示移动目标。雷达发射脉冲的相位和幅度稳定性越高,信号处理的效果就越好。如果雷达信号质量足够好,就可以认为所有相位和幅度的变化均来自目标,而不是来自发射机的不稳定性。因此,为了评估雷达系统检测雷达散射截面积极小的目标(如微型飞行器)时的灵敏度,了解发射脉冲的相位和幅度稳定性至关重要。尤其是对可能降低稳定性的功率放大器(PA),必须进行精确测量以确定整个系统的灵敏度。

简单设置实现复杂测量

以往,为了精确测量脉冲相位和幅度的稳定度,需要使用多台仪器组成复杂的测试系统。罗德与施瓦茨FSWP相位噪声和VCO分析仪的新选件R&S FSWP-K6P,让脉冲稳定度测量变得简单而直接。该选件是R&S FSWP-K6脉冲测量选件的增强版,专门用于测量脉冲稳定度。R&S FSWP-K6P选件基于FSWP的低相位噪声硬件,测量相位和幅度稳定性的灵敏度比频谱分析仪更高。

R&S FSWP可以像雷达系统那样产生脉冲,输入放大器或其他被测设备。放大器输出连回到R&S FSWP,进而对信号进行分析。对于这种高度灵敏的复杂测量任务,测试设置非常简单(参见图1)。

1R&S FSWP相位噪声分析仪向放大器提供脉冲信号输入,并对放大器的输出进行分析。

测量原理

由于R&S FSWP本振和产生脉冲的相位噪声是相同或相关的,因此可以抑制本身的相位噪声,只留下被测设备引起的相位变化。对于脉冲之间的相位和幅度稳定性,这种残差测量的灵敏度优于-80dB。如果内置的信号源不满足测试需求,R&S FSWP允许用户在测量时使用外部信号源来作为本振。

相位稳定度(dB)计算公式如下:

相位稳定度 = 

其中θi是N个脉冲中第i个采样点处的相位。0.1mrad量级的平均脉间相位偏差值对应-80dB。幅度稳定度的计算方式类似。

典型的雷达应用不会使用简单脉冲;通常使用的是突发脉冲或复杂脉冲串(参见图2)。由于组件会在突发脉冲信号打开时发热,严重影响相位和幅度的稳定性,因此需要使用突发脉冲信号才能准确测量雷达组件。R&S FSWP可以生成脉冲序列和突发脉冲信号,真实地反映被测设备在实际应用中的性能。

 

2:一段间歇后的突发脉冲信号(包含10个脉冲)

输出表征

借助R&S FSWP-K6P选件,用户可使用宽带频谱分析仪或灵敏度更高的相位噪声测试仪来进行测量。使用后者时,用户可以直接测量脉冲信号,也可以采用残余测试模式,使用内部信号源产生的脉冲信号激励被测设备。

R&S FSWP可以测量显示单个脉冲内部或者脉冲之间的相位和幅度稳定度结果。前者计算并显示单个脉冲相对于脉内每个采样点平均值的偏差。后者对整个突发脉冲信号的值进行平均,计算脉冲之间的差异,得出脉间相位和幅度稳定度。这两种平均技术都能得出更平滑、更具意义的迹线(参见图3)。

3:(左)所有已记录突发脉冲相对于脉冲平均值的相位偏差。(右)所有脉间相位稳定性(黄色)、幅度稳定性(绿色)以及两者之和(蓝色)。

雷达脉冲的幅度和相位稳定度越好,雷达系统从接收的信号中可以提取的信息越多。过去,达到稳定度测量所需灵敏度要求的测量设备往往复杂并且昂贵,而R&S FSWP相位噪声和VCO分析仪的新选件让这些测量变得简单并且直接。


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