淺談雷達(dá)的RE103項測試

繆永君 劉暢 孫艷峰

摘 要：RE103項測試是相控陣?yán)走_(dá)產(chǎn)品電磁兼容性測試中極其重要的一個項目，是必做項目之一。本文介紹了雷達(dá)產(chǎn)品RE103項測試時影響測試結(jié)果的主要因素，以及提高測量準(zhǔn)確性的幾種方法，在沒有可調(diào)抑制網(wǎng)絡(luò)的情況下，選擇合適的衰減器和低噪放，以及利用波導(dǎo)的特性創(chuàng)造低阻高通濾波器進(jìn)行分段配置，多次測量、計算、調(diào)整，也能測量準(zhǔn)確。為雷達(dá)產(chǎn)品的測試提供了經(jīng)驗借鑒。

關(guān)鍵詞：雷達(dá) RE103 測試 諧波 高通濾波

中圖分類號：TN95 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（b）-0000-00

0引言

目前，相控陣?yán)走_(dá)在雷達(dá)產(chǎn)品中已經(jīng)成為主流。GJB151系列標(biāo)準(zhǔn)中（GJB151B-2013、GJB151A-97、GJB152A-97）中，RE103項（即10kHz-40GHz天線諧波和亂真輸出輻射發(fā)射）是為了檢驗發(fā)射機(jī)從天線輻射的諧波和亂真發(fā)射是否超過技術(shù)要求。本項目適用于天線不可拆卸的發(fā)射機(jī)，并可替代CE106。但應(yīng)優(yōu)先使用CE106，除非設(shè)備和分系統(tǒng)的設(shè)計妨礙其使用。對于相控陣?yán)走_(dá)產(chǎn)品，已經(jīng)沒有傳統(tǒng)意義上的發(fā)射機(jī)，其發(fā)射功能由分列的TR組件完成，因此不能選擇CE106項檢測。此時RE103項檢測成為必選項。針對雷達(dá)產(chǎn)品高功率、天線尺寸大的特點，一般的暗室不符合近場條件，RE103項檢測只能在外場進(jìn)行。檢測布置時，按標(biāo)準(zhǔn)要求，一般通過抑制網(wǎng)絡(luò)過濾掉基帶信號，再行檢測，當(dāng)抑制度夠高時，能行成足夠的動態(tài)范圍，滿足基波信號和環(huán)境底噪間80dB抑制度要求，同時避免了由于基波信號引起的非線性誤差。

而可調(diào)抑制網(wǎng)絡(luò)的價格昂貴，且使用非常不便，很多實驗室都有沒有條件配備；由于外場的電磁環(huán)境復(fù)雜，RE103項檢測結(jié)果中，客戶一般更關(guān)心諧波的輻射發(fā)射值，因此EMC測試大綱中也常常對該項進(jìn)行剪裁。那么在這種情況下，我們怎么來開展RE103項檢測呢，如何才能做到測量準(zhǔn)確。本文簡要介紹了測試原理和方法，分析了影響RE103項檢測結(jié)果的因素，利用本文的方法能減小或避免由于缺乏測試經(jīng)驗，測試配置不當(dāng)產(chǎn)生的誤差，做到測量準(zhǔn)確。

1 測試配置、計算公式和影響測量結(jié)果的因素

在GJB151B-2013中，RE103項原理測試配置如圖1所示，發(fā)射機(jī)的有效輻射功率與接收機(jī)讀數(shù)的關(guān)系如公式（1）所示。

和測試配置（1GHz-40GHz）

遠(yuǎn)場條件下：

公式（1）

ERP：發(fā)射機(jī)的有效輻射功率，dBW；

V：測量接收機(jī)上的讀數(shù)，dB?V；

R：發(fā)射天線和接收天線之間的距離，m；

AF：接收天線系數(shù)，dB（1/m）；

從公式（1）和圖1不難看出，影響測量結(jié)果的誤差有以下這些：接收天線系數(shù)引入的誤差；發(fā)射天線和接收天線距離引入的誤差；預(yù)選放大器引入的誤差；衰減器引入的誤差；失配引入的誤差；天線對位引入的誤差；測量接收機(jī)上的讀數(shù)的準(zhǔn)確性引入的誤差。

以上誤差不難理解。這里，想著重提一下在沒有抑制網(wǎng)絡(luò)時EMI測試接收機(jī)測量諧波的非線性誤差，即引起二次、三次諧波測量失準(zhǔn)的最大誤差來源。

2 測試方法

通常情況下，按標(biāo)準(zhǔn)要求，EUT（待測設(shè)備）在預(yù)定工作狀態(tài)及工作頻率f0下，輸出功率P（單位dBW），該值與EUT天線增益之和即為有效輻射功率（ERP）。接收天線和發(fā)射天線對位成功后，接上抑制濾波器網(wǎng)絡(luò)并調(diào)諧到f0，使接收機(jī)在整個測試頻率范圍內(nèi)掃描，以尋找諧波和亂真發(fā)射。確認(rèn)諧波和亂真輸出由EUT產(chǎn)生，而非測試系統(tǒng)的亂真相應(yīng)或測試場地的背景信號。計入電纜損耗、放大器增益、濾波損耗、衰減器系數(shù)等修正系數(shù)后，計算每個諧波和亂真輸出ERP。試驗完成后，需提供主要測試數(shù)據(jù)如下：基波、諧波及相對較大的亂真和發(fā)射頻率；諧波和較大亂真發(fā)射的抑制度。

RE103項檢測結(jié)果中，基波的測量結(jié)果是否準(zhǔn)確，可以通過公式（1）來計算驗證，當(dāng)測試結(jié)果中的基波值與理論推算相一致時，證明發(fā)射天線和接收天線的對位準(zhǔn)確（即接收天線對準(zhǔn)了發(fā)射天線主瓣），此時檢測結(jié)果初步可信，否則應(yīng)查明原因，再次測試。實際外場測試時，雷達(dá)產(chǎn)品一般都具有搜索信號的能力，此時可以先將接收天線大致對準(zhǔn)雷達(dá)天線所處方位，再發(fā)射一個帶內(nèi)信號讓雷達(dá)搜索，搜索成功后，雷達(dá)系統(tǒng)記住方位，此后，雷達(dá)再向這個方位輻射發(fā)射，微調(diào)接收天線的方向或角度尋找到最大值，此時對位基本是準(zhǔn)確的。

前面我們提到，對于EMI測量接收機(jī)這樣的超寬帶接收機(jī)來說，不采用抑制網(wǎng)絡(luò)時，其諧波的測試結(jié)果就會產(chǎn)生較大的誤差，一般來說諧波測量值會偏大。因此，為了保證諧波測量值的準(zhǔn)確可靠，按必須控制進(jìn)入接收通道基波幅度的大小。實際進(jìn)行外場測試時，在合適的氣像條件，能找到符合遠(yuǎn)場條件的測試地點就已不易，常常相對于特定的雷達(dá)產(chǎn)品，在所能選擇的距離位置上，經(jīng)接收天線到達(dá)接收機(jī)的基波幅度值常常大于0dBm。若使用大衰減量衰減器，測試系統(tǒng)會將衰減量補(bǔ)償?shù)綔y試結(jié)果中，這樣測試結(jié)果的底噪值將變大。嚴(yán)重時甚至淹沒原本較弱的諧波及亂真信號，當(dāng)諧波諧波及亂真信噪比不夠時，就測不準(zhǔn)，甚至測不到。因此，衰減器一般用于保護(hù)EMI測試接收機(jī)（即在接收機(jī)輸入端功率過大時采用），一般情況下，大衰減量的衰減器盡量不要使用，否則會引入較大的誤差。另外，只有在基波被抑制掉的情況下，使用低噪放才是最佳的選擇。

若沒有可調(diào)基波抑制網(wǎng)絡(luò)，又要降低基波幅度，避免EMI測量接收機(jī)的非線性誤差，怎么辦？下面介紹一個實用的高通低阻濾波方法。

截止波導(dǎo)濾波法。用一對波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換對接組成輸入端口和輸出端口都是同軸接頭的“直通”，這樣的“直通”中間部分是波導(dǎo)，能耐受較大的功率，也能抑制掉低頻部分的能量，成為實際的低阻高通濾波，部分頻段可替代抑制濾波網(wǎng)絡(luò)。實物見圖2。

根據(jù)矩形波導(dǎo)理論，根矩形的邊長，利用截止頻率計算公式可以計算出矩形波導(dǎo)的截止頻率，詳見公式2：

公式（2）

實際工作中，我們遇到的波導(dǎo)可能是標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)，也可能有雙脊波導(dǎo)，因此利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀直接測量S12參數(shù)更方便準(zhǔn)確。三個自制高通濾波器低阻高通實測結(jié)果詳見圖3-圖5。

由圖3～圖5的檢測結(jié)果不難看出，三個高通濾波器在不同的頻段都有著出色的低阻高通的性能。

3檢測案例及結(jié)果

下面我們用自制高通濾波器來演示實際的檢測效果。假定一個功率大于1KW的雷達(dá)進(jìn)行RE103項檢測，此時二次、三次諧波的抑制度要求為80dB。

我們首先利用信號源模擬接收天線所接收并輸入到EMI測試接收機(jī)內(nèi)的信號，設(shè)置頻率f=4.5GHz，P=-5dBm，直接輸入到接收機(jī)接收端口，運行RE103檢測程序（為演示方便，設(shè)置檢測頻率范圍為1GHz-40GHz，也不再進(jìn)行電纜修正補(bǔ)償），檢測結(jié)果見圖6。二次諧波抑制度為44dB，三次諧波抑制度為31dB。

在此基礎(chǔ)上，我們先保持其它條件不變，運行RE103檢測程序，當(dāng)基波信號檢測過以后，再在信號源和接收機(jī)間接入一個用波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換自制的高通濾波器，繼續(xù)檢測，檢測結(jié)果見圖7。二次諧波抑制度為66dB，三次諧波已經(jīng)淹沒在底噪中了。

由此可見兩種方法下，二次諧波的檢測結(jié)果相差22dB，三次諧波檢測結(jié)果相差至少40dB。由兩次檢測結(jié)果不難得出如下結(jié)論：RE103項檢測若不采用抑制網(wǎng)絡(luò)（即帶阻或高通濾波器）時，EMI測試接收機(jī)測量的諧波值將失準(zhǔn)（偏大）。采用自制高通濾波器組后，有效地避免了因基波而引起的非線性誤差。

4 結(jié)論

在沒有可調(diào)諧抑制網(wǎng)絡(luò)的情況下，根據(jù)基波頻段范圍和有效功率大小，選擇合適的衰減器和低噪放，以及利用波導(dǎo)的特性創(chuàng)造低阻高通濾波器進(jìn)行分段配置，多次測量、計算、調(diào)整，也能測量準(zhǔn)確。

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