繆永君 劉暢 孫艷峰

摘 要：RE103項(xiàng)測(cè)試是相控陣?yán)走_(dá)產(chǎn)品電磁兼容性測(cè)試中極其重要的一個(gè)項(xiàng)目，是必做項(xiàng)目之一。本文介紹了雷達(dá)產(chǎn)品RE103項(xiàng)測(cè)試時(shí)影響測(cè)試結(jié)果的主要因素，以及提高測(cè)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(cè)量、計(jì)算、調(diào)整，也能測(cè)量準(zhǔn)確。為雷達(dá)產(chǎn)品的測(cè)試提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：雷達(dá) RE103 測(cè)試 諧波 高通濾波

中圖分類號(hào)：TN95 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(xiàng)（即10kHz-40GHz天線諧波和亂真輸出輻射發(fā)射）是為了檢驗(yàn)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(xiàng)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(jì)妨礙其使用。對(duì)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(xiàng)檢測(cè)。此時(shí)RE103項(xiàng)檢測(cè)成為必選項(xiàng)。針對(duì)雷達(dá)產(chǎn)品高功率、天線尺寸大的特點(diǎn)，一般的暗室不符合近場(chǎng)條件，RE103項(xiàng)檢測(cè)只能在外場(chǎng)進(jìn)行。檢測(cè)布置時(shí)，按標(biāo)準(zhǔn)要求，一般通過抑制網(wǎng)絡(luò)過濾掉基帶信號(hào)，再行檢測(cè)，當(dāng)抑制度夠高時(shí)，能行成足夠的動(dòng)態(tài)范圍，滿足基波信號(hào)和環(huán)境底噪間80dB抑制度要求，同時(shí)避免了由于基波信號(hào)引起的非線性誤差。

而可調(diào)抑制網(wǎng)絡(luò)的價(jià)格昂貴，且使用非常不便，很多實(shí)驗(yàn)室都有沒有條件配備；由于外場(chǎng)的電磁環(huán)境復(fù)雜，RE103項(xiàng)檢測(cè)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(cè)試大綱中也常常對(duì)該項(xiàng)進(jìn)行剪裁。那么在這種情況下，我們?cè)趺磥黹_展RE103項(xiàng)檢測(cè)呢，如何才能做到測(cè)量準(zhǔn)確。本文簡要介紹了測(cè)試原理和方法，分析了影響RE103項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果的因素，利用本文的方法能減小或避免由于缺乏測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，測(cè)試配置不當(dāng)產(chǎn)生的誤差，做到測(cè)量準(zhǔn)確。

1 測(cè)試配置、計(jì)算公式和影響測(cè)量結(jié)果的因素

在GJB151B-2013中，RE103項(xiàng)原理測(cè)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(cè)試配置（1GHz-40GHz）

遠(yuǎn)場(chǎng)條件下：

公式（1）

ERP：發(fā)射機(jī)的有效輻射功率，dBW；

V：測(cè)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(cè)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(duì)位引入的誤差；測(cè)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(shí)EMI測(cè)試接收機(jī)測(cè)量諧波的非線性誤差，即引起二次、三次諧波測(cè)量失準(zhǔn)的最大誤差來源。

2 測(cè)試方法

通常情況下，按標(biāo)準(zhǔn)要求，EUT（待測(cè)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(duì)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(gè)測(cè)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(cè)試系統(tǒng)的亂真相應(yīng)或測(cè)試場(chǎng)地的背景信號(hào)。計(jì)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(jì)算每個(gè)諧波和亂真輸出ERP。試驗(yàn)完成后，需提供主要測(cè)試數(shù)據(jù)如下：基波、諧波及相對(duì)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(xiàng)檢測(cè)結(jié)果中，基波的測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確，可以通過公式（1）來計(jì)算驗(yàn)證，當(dāng)測(cè)試結(jié)果中的基波值與理論推算相一致時(shí)，證明發(fā)射天線和接收天線的對(duì)位準(zhǔn)確（即接收天線對(duì)準(zhǔn)了發(fā)射天線主瓣），此時(shí)檢測(cè)結(jié)果初步可信，否則應(yīng)查明原因，再次測(cè)試。實(shí)際外場(chǎng)測(cè)試時(shí)，雷達(dá)產(chǎn)品一般都具有搜索信號(hào)的能力，此時(shí)可以先將接收天線大致對(duì)準(zhǔn)雷達(dá)天線所處方位，再發(fā)射一個(gè)帶內(nèi)信號(hào)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(gè)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(shí)對(duì)位基本是準(zhǔn)確的。

前面我們提到，對(duì)于EMI測(cè)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(shí)，其諧波的測(cè)試結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，一般來說諧波測(cè)量值會(huì)偏大。因此，為了保證諧波測(cè)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(shí)際進(jìn)行外場(chǎng)測(cè)試時(shí)，在合適的氣像條件，能找到符合遠(yuǎn)場(chǎng)條件的測(cè)試地點(diǎn)就已不易，常常相對(duì)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(cè)試系統(tǒng)會(huì)將衰減量補(bǔ)償?shù)綔y(cè)試結(jié)果中，這樣測(cè)試結(jié)果的底噪值將變大。嚴(yán)重時(shí)甚至淹沒原本較弱的諧波及亂真信號(hào)，當(dāng)諧波諧波及亂真信噪比不夠時(shí)，就測(cè)不準(zhǔn)，甚至測(cè)不到。因此，衰減器一般用于保護(hù)EMI測(cè)試接收機(jī)（即在接收機(jī)輸入端功率過大時(shí)采用），一般情況下，大衰減量的衰減器盡量不要使用，否則會(huì)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(cè)量接收機(jī)的非線性誤差，怎么辦？下面介紹一個(gè)實(shí)用的高通低阻濾波方法。

截止波導(dǎo)濾波法。用一對(duì)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換對(duì)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(shí)際的低阻高通濾波，部分頻段可替代抑制濾波網(wǎng)絡(luò)。實(shí)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(jì)算公式可以計(jì)算出矩形波導(dǎo)的截止頻率，詳見公式2：

公式（2）

實(shí)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(cè)量S12參數(shù)更方便準(zhǔn)確。三個(gè)自制高通濾波器低阻高通實(shí)測(cè)結(jié)果詳見圖3-圖5。

由圖3～圖5的檢測(cè)結(jié)果不難看出，三個(gè)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(cè)案例及結(jié)果

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

我們首先利用信號(hào)源模擬接收天線所接收并輸入到EMI測(cè)試接收機(jī)內(nèi)的信號(hào)，設(shè)置頻率f=4.5GHz，P=-5dBm，直接輸入到接收機(jī)接收端口，運(yùn)行RE103檢測(cè)程序（為演示方便，設(shè)置檢測(cè)頻率范圍為1GHz-40GHz，也不再進(jìn)行電纜修正補(bǔ)償），檢測(cè)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(yùn)行RE103檢測(cè)程序，當(dāng)基波信號(hào)檢測(cè)過以后，再在信號(hào)源和接收機(jī)間接入一個(gè)用波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換自制的高通濾波器，繼續(xù)檢測(cè)，檢測(cè)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(cè)結(jié)果相差22dB，三次諧波檢測(cè)結(jié)果相差至少40dB。由兩次檢測(cè)結(jié)果不難得出如下結(jié)論：RE103項(xiàng)檢測(cè)若不采用抑制網(wǎng)絡(luò)（即帶阻或高通濾波器）時(shí)，EMI測(cè)試接收機(jī)測(cè)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(cè)量、計(jì)算、調(diào)整，也能測(cè)量準(zhǔn)確。

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