雷达干扰机射频对消技术

雷达干扰机射频对消技术
邹震;杨晔
【摘要】在对消理论的基础上,设计了一套射频对消系统,并进行了实验,对实验数
据进行了分析,得到该系统在35 MHz带宽内对消深度可达20 dBm,验证了此微波对消系统在实时收发中的可行性.
【期刊名称】《舰船电子对抗》
【年(卷),期】2010(033)003
【总页数】5页(P39-42,76)
【关键词】雷达干扰机;天线泄露;对消技术
【作者】邹震;杨晔
【作者单位】中国电子科技集团公司51所,上海,201802;中国电子科技集团公司
51所,上海,201802
【正文语种】中文
【中图分类】TN972.2
0 引言
现代雷达对目标的探测性能、抗干扰性能已经大为改善。

对雷达干扰来说要求更高、更快、更准，目前大部分雷达干扰都采用收发分时干扰，此种干扰在绝大部分情况下都可以完全达到干扰目的。

但在对付多目标干扰等情况时，由于收发分时的局限性，可能会丢失部分目标信息，从而影响到干扰效果。

当系统采用同时收发时，将有部分天线发射功率泄漏到接收天线进入干扰机接收系统。

由于干扰机收发天线距离不可能很远，且为了达到干扰效果，发射功率泄露信号在接收口面必将远远大于接收信号，而过大的泄露信号将导致接收机信号阻塞，从而使得干扰机的接收系统无法对真实接收信号进行辨别。

基于此，需要探究如何降低泄露信号对接收系统的影响。

在干扰机的实时收发中，可以采用多种形式避免泄露信号对接收机的影响。

对消就是在接收通道引入一路额外信号，其相位与空间泄露信号相反，幅度基本相等，当2 个信号相叠加时，使得泄露信号功率减小。

对消深度就是泄露信号功率减小的幅度。

本文主要研究如何在接收支路中加入一路射频对消信号，使得泄露信号功率降低20dBm以上。

本文采用实际测量的方式去探求射频对消的可行性。

1 射频对消原理分析
假定泄露信号y0在接收天线口面有如下形式：
用来对消射频泄露信号的信号y1 有如下形式：
式中：a0为信号幅度；ω0为信号频率。

信号y0经过接收链路到达对消模块时表示为：
信号y1 经过对消链路到达对消模块时表示为：
对消模块采用一个普通的合路器就可以达到2 路信号的相干叠加。

只要保证2 路信号存在很小的幅度差及相反的相位，在合路器中，2路信号相干叠加后，就会产生对消效果。

对消后信号可表示如下：
当2 路信号幅度相等、相位相反时，根据上式，可得检波输出包络：
对幅度a1 取偏导，可以得到：
当a1 ＝a0cos （φ0－φ1 ）时，合成信号幅度最小。

对角度φ1 取偏导，可以得到：
显然当φ0＝φ1 时，合成信号最小。

综上所述，当φ0＝φ1 ，a1 ＝a0 时，合成信号幅度最小。

由上述理论推导，可以得到对消量与角度差、功率差的关系式：
式中：ΔP为2 路功率差；Δθ为2 路相位差；D为对消功率。

根据上式，仿真得到如图1 的结果。

图1 对消深度与两路相位差、幅度差的关系
将2 路信号功率差控制在0.1dB 以内，可得在功率误差最大时的幅度比：即：（a0／a1 ）2 ＝1.023 292 99。

控制2 路信号相位差为1°时，和信号为：
由此可推算出在最大功率误差和相位误差情况下的对消效果：
由上述计算结果可以看到，当相位相差为1°，功率相差0.1dB 时，对消效果可以达到33.556dB，满足实验目标。

2 射频对消系统构成
在雷达发射系统中，为解决发射天线泄漏功率使接收机饱和问题，在发射机和天线中间采用耦合器，来引出一个发射信号作为对消参考信号。

此对消为一闭环反馈系统，利用对发射信号的耦合输出信号，对其进行必要的调整，使其在幅度上与泄漏信号接近相等，而相位反向180°。

在实现上，对消信号可以由耦合器从发射端引出，经过数控移相器和数控衰减器控制，再由和路器将其引入接收端。

对消信号矢量图如图2 所示。

图2 对消信号矢量图
利用数控衰减器、移相器产生对消信号系统的原理框图如图3 所示。

图3 对消实验原理框图
将信号由耦合器耦合出一部分，经过衰减器、移相器，到达接收通道和路器，与泄漏信号产生对消。

在开始工作前对系统进行校准，由信号源产生点频信号，通过幅度测量（DLVA 支路）确定天线支路反馈信号幅度，然后引导控制数控移相器、数控衰减器，最后控制信号源及对消通道移相器进行对消效果的全频段全角度扫描，找到每个频率点对消效果最好的控制码并记录。

干扰系统需要测频机进行频率引导，所以在频率准确度方面可能存在一定误差，所以对消系统需要在一定带宽内满足对消效果。

本文实验就是基于上述系统搭建方式，进行对消效果实验论证的。

3 对消实验结果
将实验链路按照图3 方式连接后，采用信号源产生信号，用功率计和频谱仪记录
实验数据。

采用的移相器工作带宽为2.9 ～3.1GHz ，所以采用了3 个频率
（2.92GHz 、3GHz 、3.05GHz ）点作为参考点。

在参考点将对消深度做到最好，然后固定链路状况（即固定数控衰减器、数控移相器值），调整输入频率，观察对消深度变化情况，结果记录于表1表2 、表3 、表4 。

表1 是将2.92GHz 频点对消状态调为最佳，在带宽为40MHz 内（脉冲调制开），
对消深度变化范围为13.7 ～32.09dBm。

表2 是将3GHz 频点对消状态调为最佳，在带宽为40MHz 内（脉冲调制关），对消深度变化范围为11.56 ～31.67dBm。

表3是将3.05GHz 频点对消状态调为最佳，在带宽为40MHz 内（脉冲调制开），对消深度变化范围为12.36 ～33.28dBm。

表4 为在2.9 ～3.2GHz 中，以
10MHz 为步进，进行每个频点最大对消深度测试。

根据表1 、表2 、表3 数据
分别做图，如图4 ～图7 所示。

表1 将2.92GHz 作为参考点的对消深度频率（GHz ）对消深度（dBm）频率（GHz ）对消深度（dBm）频率（GHz ）对消深度（dBm）频率（GHz ）对消
深度（dBm）2.9 13.71 2.91 19.36 2.92 32.09 2.93 20.95 2.901 14.12 2.911 19.84 2.921 31.44 2.931 20.11 2.902 14.53 2.912 21.1 2.922 30.25 2.932 19.39 2.903 14.97 2.913 21.98 2.923 28.62 2.933 17.57 2.904 15.38 2.914 23.32 2.924 27.08 2.934 16.94 2.905 15.93 2.915 24.21 2.925 25.26 2.935 16.36 2.906 16.66 2.916 25.85 2.926 24.06 2.936 15.75 2.907 17.23 2.917 27.48 2.927 23.81 2.937 15.27 2.908 17.57 2.918 29.24 2.928 22.75 2.938 14.7 2.909 18.35 2.919 30.73 2.929 21.8 2.939 14.19
表2 将3GHz 作为参考点的对消深度频率（GHz ）对消深度（dBm）频率（GHz ）对消深度（dBm）频率（GHz ）对消深度（dBm）频率（GHz ）对消
深度（dBm）2.98 10.56 2.99 16.12 3 30.26 3.01 18.59 2.981 10.99 2.991 16.79 3.001 31.67 3.011 17.7 2.982 11.42 2.992 17.79 3.002 31.21 3.012 16.91 2.983 11.89 2.993 18.74 3.003 29.01 3.013 16.16 2.984 12.4 2.994 19.77 3.004 28.18 3.014 15.47 2.985 12.93 2.995 20.96 3.005 25.89 3.015 14.87 2.986 13.48 2.996 22.37 3.006 23.92 3.016 14.25 2.987 14.08 2.997 24.02 3.007 22.47 3.017 13.67 2.988 14.72 2.998 25.71 3.008 21.2 3.018 13.17 2.989 15.36 2.999 27.89 3.009 20.12 3.019 13.64
表3 将3.05GHz 作为参考点的对消深度频率（GHz ）对消深度（dBm）频率（GHz ）对消深度（dBm）频率（GHz ）对消深度（dBm）频率（GHz ）对消深度（dBm）3.03 14.34 3.04 21.58 3.05 29.52 3.06 17.06 3.031 14.79 3.041 21.75 3.051 27.15 3.061 16.3 3.032 15.31 3.042 24.31 3.052 25.26 3.062 15.74 3.033 15.9 3.043 25.94 3.053 23.93 3.063 15.14 3.034 16.54 3.044 27.53 3.054 22.52 3.064 14.62 3.035 17.3 3.045 28.64 3.055 21.06 3.065 14.09 3.036 17.95 3.046 31.91 3.056 20.23 3.066 13.67 3.037 18.87 3.047 33.28 3.057 19.36 3.067 13.22 3.038 19.57 3.048 32.8 3.058 18.4 3.068 12.8 3.039 20.43 3.049 30.74 3.059 17.7 3.069 12.36
表4 2.9 ～3.2GHz 中每个频点最大对消深度测试频率（GHz ）最大对消深度（dBm）频率（GHz ）最大对消深度（dBm）频率（GHz ）最大对消深度（dBm）2.9 33.5 2.97 31.5 3.04 33.3 2.91 34.6 2.98 32.3 3.05 30.6 2.92 32.2 2.99 33.6 3.06 32.2 2.93 31.3 3 30 3.07 30.4 2.94 30.4 3.01 32.3 3.08 30.2 2.95 32.5 3.02 33.6 3.09 31.5 2.96 32 3.03 32.2 3.1 32.3
图4 以2.92GHz 为中心频率的对消深度关系图
图5 以3GHz 为中心频率的对消深度关系图
图6 以3.05GHz 为中心频率的对消深度关系图
图7 200MHz 带宽内各频点最大对消深度
4 实验结论
先前对于对消的研究大部分是针对连续波雷达，对于脉冲雷达大部分采用收发时分方式来解决收发隔离的问题。

但是对于雷达干扰设备来说，由于要对付宽带雷达并且随着战场的复杂性，越来越需要实时进行侦察接收与干扰，所以具有一定脉宽的对消系统对于实时干扰将具有很重要的意义。

根据上述实验数据，可以看到脉冲调制下，在35MHz 带宽内，基本可以满足对消
深度大于20dBm的要求。

当对于干扰机来说，采用收发同时时，在两干扰天线间采取必要的屏蔽措施，再加上射频对消的部分，基本可以满足收发隔离的问题。

参考文献
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