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本文提出了一種相控陣?yán)走_(dá)天線諧波輻射發(fā)射改進(jìn)型現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法，并基于ITU-R SM.329-11-2011和MIL-STD-461G-2015標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了天線的諧波輻射發(fā)射指標(biāo)實(shí)測(cè)。結(jié)果表明：改進(jìn)型現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法在雷達(dá)天線有效輻射功率測(cè)定，分辨率帶寬設(shè)置等方面，比基于微波暗室的測(cè)量方法，有更好的可操作性和可行性。

 

由于篇幅限制，本期我們先介紹相控陣天線諧波輻射發(fā)射測(cè)試基本情況和理論基礎(chǔ)。

 

相控陣?yán)走_(dá)天線能夠控制每個(gè)陣元產(chǎn)生電磁波的相位與幅度，以此強(qiáng)化電磁波在制定方向上的強(qiáng)度，并壓制其他方向的幅度，從而實(shí)現(xiàn)電磁波束的方向發(fā)生改變。相控陣天線較之傳統(tǒng)天線具有無機(jī)械運(yùn)動(dòng)、陣元數(shù)量多、快速切換、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因而相控陣天線的研究和應(yīng)用越來越受到各軍事強(qiáng)國(guó)的重視。

 

相控陣天線的電性能參數(shù)主要包括：有效輻射功率、天線方向圖、電壓駐波比、增益和諧波雜散。其中，諧波雜散即諧波與亂真輻射發(fā)射測(cè)試是檢驗(yàn)相控陣天線陣面性能的一個(gè)最為關(guān)鍵的參數(shù)測(cè)試。據(jù)報(bào)道，美國(guó)雷聲公司近日對(duì)即將安裝在“伯克III”驅(qū)逐艦“杰克盧卡斯”號(hào)上的SPY6（V）1型相控陣?yán)走_(dá)完成了微波暗室內(nèi)的近場(chǎng)測(cè)試，驗(yàn)證了多個(gè)工作頻率下，天線掃描到不同角度，不同工作模式下（如窄波瓣/寬波瓣、低副瓣、和差波束、多波束等）的天線方向圖、駐波、有效輻射功率，以判斷其性能是否達(dá)標(biāo)。基于微波暗室的相控陣天線球面遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示。

圖 1  控制、限幅、測(cè)量通道過載策略設(shè)置

由于諧波發(fā)射為頻率是中心頻率發(fā)射整數(shù)倍的雜散輻射，諧波輻射發(fā)射量是相控陣天線性能的表征參數(shù)之一，也是相控陣天線電磁兼容性特征指標(biāo)之一。因此，諧波輻射發(fā)射測(cè)試屬于相控陣天線電磁兼容性測(cè)試范疇，而相控陣天線的一般工作在C波段或者X波段，同時(shí)其物理尺寸D一般較大，根據(jù)菲涅爾-弗朗和費(fèi)定理計(jì)算的遠(yuǎn)場(chǎng)條件R一般大于通用的微波暗室物理長(zhǎng)度，而相控陣?yán)走_(dá)天線諧波輻射發(fā)射測(cè)試需要滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件，因此，其相控陣天線陣面的諧波測(cè)試一般不在微波暗室內(nèi)測(cè)試。

 

后文第一部分基于MIL-STD-461G-2015與GJB151B-2013標(biāo)準(zhǔn)，比較了CE106 天線端口傳導(dǎo)發(fā)射與RE103 天線諧波輻射發(fā)射的區(qū)別，給出了遠(yuǎn)場(chǎng)條件，并首次詳細(xì)推導(dǎo)了相控陣?yán)走_(dá)天線輻射發(fā)射的有效輻射功率公式，第二部分以某型相控陣?yán)走_(dá)為例，提出了一種相控陣?yán)走_(dá)天線諧波輻射發(fā)射改進(jìn)型現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法，第三部分對(duì)實(shí)測(cè)的相控陣?yán)走_(dá)天線的諧波輻射發(fā)射量指標(biāo)。最后，給出相關(guān)結(jié)論。

 

1.相控陣天線諧波輻射發(fā)射測(cè)試的理論基礎(chǔ)

 

天線端口傳導(dǎo)發(fā)射與天線諧波輻射發(fā)射的區(qū)別

 

MIL-STD-461G-2015 Requirements for the control of electromagnetic interference characteristics of subsystems and equipments 以及GJB151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量》標(biāo)準(zhǔn)，明確給出了關(guān)于發(fā)射機(jī)天線的發(fā)射測(cè)試項(xiàng)目，即CE106 10kHz-40GHz天線端口傳導(dǎo)發(fā)射與RE103 10kHz-40GHz天線諧波和亂真輸出輻射發(fā)射。其中，CE106測(cè)試項(xiàng)目不考慮任何與天線頻響特性相關(guān)的任何抑制，只考慮天線端口傳導(dǎo)直接耦合，不考慮天線系統(tǒng)特性的影響，適用于天線可拆卸的發(fā)射機(jī)。RE103測(cè)試項(xiàng)目對(duì)諧波和亂真輸出的輻射發(fā)射進(jìn)行控制，包括對(duì)天線輻射特性效應(yīng)的評(píng)估，適用于天線不可拆卸的發(fā)射機(jī)。相控陣?yán)走_(dá)屬于帶有固定不可拆卸相控陣天線的發(fā)射機(jī)，因此，相控陣?yán)走_(dá)天線諧波和亂真輸出輻射發(fā)射遵循標(biāo)準(zhǔn)中的RE103的要求。前已有述，相控陣?yán)走_(dá)天線的RE103測(cè)試不滿足在微波暗室測(cè)量的條件，主要是遠(yuǎn)場(chǎng)條件受限所致。

 

遠(yuǎn)場(chǎng)條件公式

 

 相控陣?yán)走_(dá)天線諧波輻射發(fā)射需要在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下進(jìn)行。最小遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試距離按如下公式確定：

 

當(dāng)相控陣?yán)走_(dá)天線發(fā)射中心頻率不高于1.24GHz時(shí)，按式（1）和（2）計(jì)算并取大者；

 

(1)

(2)

 當(dāng)相控陣?yán)走_(dá)天線發(fā)射中心頻率高于1.24GHz時(shí)，按式（3）和（4）計(jì)算。

 

(3)

(4)

 上述各式中：

 

Rm---發(fā)射天線與接收天線間的距離，即最小遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試距離，m；

 

D---發(fā)射天線的最大物理尺寸，m；

 

d---接收天線的最大物理尺寸，m；

 

λ---相控陣?yán)走_(dá)天線發(fā)射頻率的波長(zhǎng)，m。

 

諧波發(fā)射抑制度公式的詳細(xì)推導(dǎo)

 

 諧波發(fā)射抑制度可用來表征相控陣?yán)走_(dá)天線諧波輻射發(fā)射的電磁參數(shù)。從電磁兼容測(cè)試角度看，諧波抑制度可等效為實(shí)測(cè)諧波的有效輻射功率值（dBW）與實(shí)測(cè)基波有效輻射功率值（dBW）之差。由上述可知，諧波發(fā)射核心電磁參數(shù)應(yīng)為發(fā)射機(jī)有效輻射功率。

發(fā)射機(jī)發(fā)射的有效輻射功率也可以表示為：

 

(5)

 式中:

 

Pt---發(fā)射機(jī)輸出功率；

 

Gt---相控陣發(fā)射天線增益。

 

相控陣天線輻射場(chǎng)強(qiáng)E可表示為：

 

(6)

 式中:

 

EV/m---發(fā)射機(jī)米前方距離處的電場(chǎng)強(qiáng)度；

 

R---發(fā)射機(jī)天線和接收天線間的距離。

 

(6)式用對(duì)數(shù)表示，可變成為：

 

(7)

 即為：

 

(8)

 另一方面，從場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量的角度來講，發(fā)射機(jī)R米前方距離處的電場(chǎng)強(qiáng)度EdBμv/m還可表示為：

 

(9)

(10)

 

式中:

 

Vr,dBμV---測(cè)量接收機(jī)端口電壓讀數(shù)值，

 

AFr,dB/m---接收天線的天線系數(shù)，

 

Lloss,dB---接收測(cè)試回路的線纜損耗，

 

Pr,dBm---測(cè)量接收機(jī)功率讀數(shù)值。

 

聯(lián)立公式（5）（8）（9）（10），可得：

 

(11)

(12)

(13)

 式中:

 

HSdB---諧波發(fā)射抑制度。