雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生和分析方案

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)是最為重要的組成部分。

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(hào)的產(chǎn)生并對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行分析。從信號(hào)形式上區(qū)分，雷達(dá)信號(hào)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(hào)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(hào)產(chǎn)生和分析脈沖雷達(dá)信號(hào)的測試與測量儀器。

圖1： 脈沖調(diào)制信號(hào)

2． 雷達(dá)信號(hào)的產(chǎn)生

R&S SMF100A 微波信號(hào)源可以產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)和任意脈沖序列，可以模擬雷達(dá)信號(hào)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(hào)，
2）輸出信號(hào)相位可調(diào)，調(diào)節(jié)步進(jìn)0.1 度；
3）輸出信號(hào)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(hào)
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(hào)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 是目前唯一可以產(chǎn)生雙脈沖以及可編輯任意脈沖序列的模擬微波信號(hào)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(hào)

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

R&S SMF100A 可以直接產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)，最大帶寬達(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(hào)了。該線性調(diào)頻信號(hào)的最小脈沖寬度100ns，最小脈沖周期200ns。

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

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

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(hào)的分析

雷達(dá)信號(hào)的分析非常重要，這里提供幾種手段進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)的分析，第一種，用頻譜分析儀進(jìn)行脈沖雷達(dá)信號(hào)分析；第二種，用功率計(jì)進(jìn)行脈沖雷達(dá)信號(hào)分析；第三種，用信號(hào)源直接進(jìn)行雷達(dá)脈沖信號(hào)分析。

3.1 用頻譜分析儀進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)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(hào)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,
最大分析帶寬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(hào)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)第一零點(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；

圖5： 脈沖調(diào)制信號(hào)的頻譜（包絡(luò)譜）

圖6： 脈沖調(diào)制信號(hào)的頻譜（線狀譜）

3.1.3 用頻譜儀Zero Span 進(jìn)行脈沖信號(hào)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(hào)的平均功率和峰值功率，脈寬和脈沖周期等參數(shù)。

圖7： 脈沖調(diào)制信號(hào)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(hào)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(hào)的解調(diào)以及Barker 碼調(diào)制脈沖的解調(diào)。

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

圖9：R&S FSV + FS-k7 選件進(jìn)行11 位Barker 碼信號(hào)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(hào)的相位噪聲測試，直接繪制相噪曲線。

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。

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

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(hào)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。

圖14：R&S NRP 功率探頭系列

對(duì)于脈沖信號(hào)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。

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。

圖17： NRP 探頭直接連接電腦進(jìn)行脈沖信號(hào)分析

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(hào)源進(jìn)行雷達(dá)脈沖信號(hào)分析

R&S NRP－Z 系列功率探頭可以直接連接R&S 公司信號(hào)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)。

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

圖20：SMF100A 微波信號(hào)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(hào)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(hào)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。