浅谈雷达固态发射机组件功率测量 地面雷达固态发射机通用规范

　　【摘 要】现代雷达系统中固态发射机的设计和使用已经成为一种主流趋势，其主要组成部分为发射组件。功率是表征发射组件性能的一个重要参数，获得有效、精确的功率值对发射机乃至雷达整机的工作性能至关重要。本文就发射组件的功率测量加以介绍，供其他测试人员参考。
　　【关键词】发射组件;精确;功率测量
　　1、引言
　　由于固态发射机具有以下优点：
　　（1）不需要阴极加热，寿命长。
　　（2）具有很高的可靠性。
　　（3）体积小，质量轻。
　　（4）工作频带宽、效率高。
　　（5）系统设计和运用灵活。
　　（6）维护方便，成本较低。
　　所以在雷达系统中已经开始逐步替代常规的微波电子管发射机，成为目前国内外发射机
　　设计中的主流趋势。而发射组件是固态发射机的主要组成部分，其功率的大小将直接影响到发射机乃至雷达整机的工作性能，因此如何有效、精确的对发射组件功率进行测量显得尤为重要。本文将以某型号S波段雷达固态发射机组件为例（输入峰值功率14W，输出峰值功率2.5～3KW，脉宽100μS，工作比≤10%），对功率测量进行介绍。
　　2、测量范围测算
　　2.1测量仪表的选择
　　微波测量仪表均有其计量范围，如频带范围、耐直流值、耐功率值等，超出计量范围会导致测量误差增大甚至损坏仪表，功率测量仪器微波峰值功率计也不例外，所以合理的测算所要测量指标是否在仪表额定标称值范围之内是每位测试人员必须重视和掌握的。以Agilent公司的N1912A型功率计为例，与其配套的功率计探头标称频带范围为50M～18GHz，最小脉冲宽度50nS，耐功率值200mW，因此我们所要测量的发射组件频带范围和脉宽是在该功率计的测量范围之内的，但是无论是输入功率还是输出功率都是远远超过200mW的，这时我们需要通过选择合适的测量仪器将所要测量的功率衰减到功率计探头标称值以下。
　　2.2测量仪器的选择
　　将大功率信号衰减成小功率信号常见的仪器有耦合器和衰减器，为了不影响功率的传输且方便对功率进行测量，在发射组件功率实际测量中常采用耦合度为30dB的单定向耦合器，本文中亦将选择此耦合度的耦合器，因为30dB的耦合度可以将信号强度衰减1000倍，所以输入功率通过耦合器的耦合口后衰减为14mW，已经处于功率计的测量范围之内，但是输出功率衰减后为2.5～3W，仍然超出功率计的测量范围，这时可以在耦合口上再加一个固定衰减器继续对信号进行衰减，为了方便测算，直接选用衰减度为20dB的固定衰减器再对信号进行衰减100倍，这时输出功率信号最终衰减为25～30mW，满足功率计的量程要求。为了防止输出功率反射造成发射组件的损坏，必须在输出耦合器的输出口接上大功率负载对发射组件的输出功率进行吸收。所以需要用到的仪器有：30dB耦合器2只，20dB固定衰减器1只，大功率吸收负载1只。因此对于发射组件的功率测量系统可根据图1来搭建。
　　需要注意的是测量仪器是有工作范围的，耦合器、衰减器和负载对于所能承受的最大峰值和均值功率均有要求。均值功率=峰值功率×工作比，因而该发射组件的最大输入均值功率为1.4W，最大输出均值功率为300W，据此再考虑工作频段、端口驻波等指标最终确定耦合器、衰减器和负载的型号。
　　3、测量系统的搭建
　　3.1仪器定标
　　耦合器和衰减器的实际耦合度与衰减度与厂家所标称的耦合度与衰减度是有一定误差的，为了获得准确的耦合度与衰减度应当用矢量网络分析仪对耦合器和衰减器进行定标。在此只对输出端的耦合器和衰减器进行定标即可，定标时将所要用到负载接在耦合器的输出口，可以将固定衰减器接在耦合口随着耦合器一起定标得到一个总的衰减值，不必将耦合器和衰减器分开定标。将连接好负载和固定衰减器的耦合器接入设置好并且校零后的矢量网络分析仪中测量它的插入损耗X，则得到的X值即为总的衰减值。还应该用矢量网络分析仪对这些仪器的驻波进行测量，确认都在合理范围之内。
　　3.2系统校准
　　为保证功率量值的准确性和一致性，需要定期对功率敏感器进行校准，以获得其工作频段内一些离散频点上的校准因子，所以先将功率计的A、B两个探头分别使用仪表本身所自带的校零功能进行校准，确保功率计本身的读数是准确的，然后按照图1将仪表、仪器连接起来，先不要放入发射组件而是直接将输入输出端的耦合器连接在一起。因为系统中各连接器的插入损耗和仪器的驻波对输入端的影响较大，因此用输出端来对输入端进行校准，这也是为什么在仪器定标时只对输出端的耦合器和衰减器进行定标即可。将功率计B通道的耦合度设置为定标时得到的衰减值X，接着开始向输入端耦合器输入功率并逐渐加大，观察功率计显示屏上B通道的数值，达到发射组件额定输入功率14W时即停止加大输入功率并稳定在14W，调节功率计A通道的耦合度设置使功率计显示屏上A通道的数值也为14W，这时A、B两通道的显示数值均为14W，系统校准完毕。校准是在规定条件下进行的一个确定的过程，用来确定已知输入和输出值之间的关系的一个预定义过程的执行。在该系统校准时A通道所设置的耦合度并不等于输入端耦合器的耦合度，因为所设置的耦合度已经将系统中各连接器的插入损耗和仪器的驻波相对消除了，即确定了系统输入和输出值之间的关系，但在实际测量时许多测试人员往往忽略了系统校准这一步骤，而是直接将输入输出端的耦合器分别定标，再将矢量网络分析仪所测出的插入损耗值直接设置成为所对应的通道的耦合度，然后对发射组件功率进行测量，这样就忽略了系统输入和输出值之间所对应的某种关系，因此所测得功率值并不是有效、精确的。
　　4、功率测量
　　在完成上述步骤后便可以按照图1所示将发射组件放入到测量系统中去对功率进行测量了。先把发射组件所需要的工作电压加上，然后输入额定功率14W，这时功率计显示屏上所显示的B通道的数值即为该发射组件有效、精确的功率值了。因为负载将所吸收到的发射组件输出功率转换为热能，所以如果要是在大工作比条件下长时间连续对发射组件功率进行测量监测的话，还要注意负载的散热，可以用风机对着负载吹风，进行强迫风冷散热。
　　5、结语
　　测量系统的精确与否直接决定了所测得的功率的准确度，因此在测量之前对测量系统进行校准至关重要，通过上述测量方法的介绍希望能够给相关测试人员提供一定的参考价值，对在实际测量中获得有效、精确的功率值有所帮助。
　　参考文献
　　[1]承德宝.雷达原理[M].北京国防工业出版社,2008.
　　[2]李袁柳,王玉珍,斯中毅，微波功率敏感器校准系统不确定度分析[J].自动化与仪表，2010（7）.
　　1孟欢（1984——）男，安徽合肥人，助理工程师，主要从事雷达发射系统研究。
　　2于龙（1984——）男，安徽合肥人，助理工程师，主要从事雷达发射系统研究。