一种相控阵雷达天线收发保护时间测试系统及方法与流程

1.本发明涉及相控阵雷达天线测试技术领域，具体是一种相控阵雷达天线收发保护时间测试系统及方法。


背景技术：

2.雷达体制的相控阵雷达天线，因其天线辐射单元处于收发共用状态下，它的tr组件的收发工作时隙有着严格的时间要求，既能满足工作时隙的需要又要并避免引起自激，收发保护时间的测试就显得尤为重要，特别是高重频条件下的收发保护时间的测试。
3.天线控制器作为相控阵雷达天线与测试系统之间的控制转换模块，用于转发上位机的天线控制指令，按照天线测试要求的周期和脉宽产生同步脉冲、t脉冲和r脉冲信号。通常也称为终端模拟器，在天线测试时模拟产生雷达发射机和接收机对相控阵雷达天线的同步信号和控制指令。
4.在同步脉冲的控制下，t脉冲的高电平控制t组件上电，发射射频脉冲信号经上升过程后达到稳定输出状态，历时t脉宽后，t脉冲的高电平结束时，t组件下电，由于储能器件的影响，发射射频脉冲信号经下降过程后达到稳定的无输出状态；经发射到接收的保护时间后；r脉冲的高电平控制r组件上电，接收射频脉冲信号经上升过程后达到稳定输出状态，历时r脉宽后，r脉冲的高电平结束时，r组件下电，由于储能器件的影响，接收射频脉冲信号经下降过程后达到稳定的无输出状态；经接收到发射的保护时间后，进入下一个脉冲周期，如图1所示。
5.由于tr组件上电响应、射频输出响应等各级元器件响应延迟的叠加，导致最终的收发保护时间与设计值会有一定的差异，所以通过测试获取准确的、实际的收发保护时间，是一件十分重要的工作。特别是脉冲重复频率(prf)高的高重频雷达，其脉冲周期很短，收发保护时间相应的就变得更短了(多为纳秒级ns)，很难进行准确的测试。
6.用示波器通过检波器对射频脉冲进行测试，即在同步脉冲的控制下，通过分别测试发射和接收的响应延时，通过计算得到收发保护时间，一是检波器难以对周期很短的射频脉冲信号进行响应，由于检波器的延时，导致误差较大；二是两次测试再计算，误差加大；三是与雷达实际工作情况不一致；四是测试方法复杂、结果不直观。


技术实现要素：

7.为克服现有技术的不足，本发明提供了一种相控阵雷达天线收发保护时间测试系统及方法，解决现有技术存在的测试误差较大、测试方法复杂、测试结果不直观等问题。
8.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
9.一种相控阵雷达天线收发保护时间测试系统，利用相控阵雷达天线构建发射通道和接收通道，从而利用发射通道和接收通道同时进行收发保护时间测试。
10.作为一种优选的技术方案，包括矢量网络分析仪、功分器、相控阵雷达天线、辅助发射天线、辅助接收天线，矢量网络分析仪与功分器、相控阵雷达天线、辅助接收天线分别
电相连，功分器与相控阵雷达天线、辅助发射天线分别电相连，相控阵雷达天线能接收辅助发射天线发射的信号，辅助接收天线能接收相控阵雷达天线发射的信号；辅助接收天线、矢量网络分析仪、功分器、相控阵雷达天线依次电相连的支路，以及，相控阵雷达天线与辅助接收天线无线通信相连的支路，构成接收通道回路；相控阵雷达天线、矢量网络分析仪、功分器、辅助接收天线依次电相连的支路，以及，辅助发射天线与相控阵雷达天线无线通信连接的支路，构成发射通道回路。
11.作为一种优选的技术方案，矢量网络分析仪包括接收机a、接收机b，接收机a与辅助接收天线电相连，接收机b与相控阵雷达天线电相连。
12.作为一种优选的技术方案，还包括与相控阵雷达天线电相连的天线控制器。
13.作为一种优选的技术方案，相控阵雷达天线上设有和通道、差通道，功分器与相控阵雷达天线的和通道电相连，矢量网络分析仪与相控阵雷达天线的差通道电相连。
14.作为一种优选的技术方案，还包括与矢量网络分析仪电相连的环形器，相控阵雷达天线仅有单个射频接口，环形器还与功分器、相控阵雷达天线的射频接口分别电相连。
15.作为一种优选的技术方案，还包括电连接于功分器与环形器之间的t射频开关、与天线控制器电相连的脉冲信号源，脉冲信号源与t射频开关电相连；还包括电连接于功分器与辅助发射天线之间的r射频开关，脉冲信号源与r射频开关电相连。
16.一种相控阵雷达天线收发保护时间测试方法，基于所述的一种相控阵雷达天线收发保护时间测试系统，包括以下步骤：
17.s1，设置相控阵雷达天线及矢量网络分析仪的工作频率，控制相控阵雷达天线的波束指向法向；
18.s2，设置矢量网络分析仪的工作模式及测试参数；
19.s3，扫描后，存储测试数据，读取测试结果；
20.s4，改变相控阵雷达天线的工作频率，完成各个测试频点的测试。
21.作为一种优选的技术方案，步骤s2中，设置矢量网络分析仪的测试参数包括：设置矢量网络分析仪的两个测试通道的延时及脉宽；设置矢量网络分析仪的扫描类型为点频。
22.作为一种优选的技术方案，步骤s2中，设置矢量网络分析仪的测试参数还包括：设置矢量网络分析仪的触发方式、中频带宽及扫描点数。
23.本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
24.(1)本发明巧妙地搭建双通道测试系统，利用时域复用和空域复用，矢量网络分析仪采用点频(cw time)双通道模式，同时测试相控阵雷达天线发射和接收的射频脉冲信号，实现了收发保护时间的准确、直观、快速测试；
25.(2)本发明相控阵雷达天线的接收通道和发射通道都在同步信号的控制下，在各自的时隙内工作(时间上独立)，既互不干扰，又相互关联；
26.(3)本发明矢量网络分析仪的两个接收机同时对相控阵雷达天线发射和接收两个通道的信号进行实时采样测试，在时域下将两个通道的测试有机的结合起来，完成保护时间的测试；
27.(4)本发明接收到发射和发射到接收的两个保护时间，都在一次测试中完成，误差累积少，测试精度高，测试效率也成倍提高；不需要检波器，再次减少一个误差项，测试准确性高；
28.(5)本发明的辅助天线架设方式，辅助接收天线按常规方式架设，辅助发射天线架设在辅助接收天线旁边，靠前的位置，对准相控阵雷达天线，有差端口时对准差通道的最大值方向，无差端口时对准相控阵雷达天线的主瓣，既保证了具有足够的信号强度，又避免了辅助发射天线的主信号进入辅助接收天线，使两个辅助天线具有较高的隔离度，在空间上实现了两个信号通道的独立。
附图说明
29.图1为通用相控阵雷达天线的脉冲时序图；
30.图2为常用现有技术相控阵雷达天线的发射射频脉冲同步测试框图；
31.图3为常用现有技术相控阵雷达天线的发射射频脉冲同步测试结果示意图；
32.图4为常用现有技术相控阵雷达天线的接收射频脉冲同步测试框图；
33.图5为常用现有技术相控阵雷达天线的接收射频脉冲同步测试结果示意图；
34.图6为本发明的和差端口相控阵雷达天线收发保护时间测试系统框图；
35.图7为本发明的相控阵雷达天线收发保护时间测试结果示意图；
36.图8为本发明的和差端口相控阵雷达天线收发保护时间测试流程图；
37.图9为本发明的射频单端口相控阵雷达天线收发保护时间测试系统框图；
38.图10为本发明的t射频脉冲同步测试设置系统框图；
39.图11为本发明的r射频脉冲同步测试设置系统框图；
40.图12为本发明的射频单端口相控阵雷达天线收发保护时间测试流程图。
具体实施方式
41.下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
42.实施例1
43.如图6所示，作为一种可实施例，对有和差端口的相控阵雷达天线，用和端口(σ)建立发射通道，差端口(δ)建立接收通道；测试系统输出射频连续波，给相控阵天线和辅助发射天线提供射频信号输入，矢量网络分析仪用两个接收机同时测试发射和接收通道，既保证了发射通道和接收通道物理连接的独立性，又在同步脉冲的控制下相互关联，具体实施包括以下几个方面：
44.如图6所示，为了避免辅助接收天线收到辅助发射天线辐射出的连续波信号，本专利将辅助发射天线架设在辅助接收天线旁边，靠前的位置，使辅助接收天线位于辅助发射天线的后瓣弱信号区域，使辅助接收天线收到辅助发射天线的信号低于仪器噪底，避免干扰辅助接收天线工作。同时辅助发射天线对准相控阵雷达天线接收差波束的最大值方向，与发射通道在空间上错开一定的位置，既能保证相控阵雷达天线的接收信号强度，又能保证发射通道和接收通道在物理连接上的独立性。
45.如图6所示，测试系统的发射链路信号流程：矢量网络分析仪输出的射频连续波信号经功分器功分后，加至相控阵天线的和通道(σ)作为激励输入，经t组件放大、调制后产生发射射频脉冲信号，形成和波束由天线阵面辐射出去，再经空间传播后到达辅助接收天线，辅助接收天线收到发射射频脉冲信号后，送到矢量网络分析仪的一个接收机接收采样，
作为一种可实施例，这里用接收机a接收相控阵天线输出的发射射频脉冲信号，设置为轨迹1(tr1 a,1)。
46.如图6所示，测试系统的接收链路信号流程：矢量网络分析仪输出的射频连续波信号经功分器功分后，加至辅助发射天线作为输入，辅助发射天线输出射频信号，经过空间的无线传输后，到达相控阵雷达天线，由相控阵天线的差波束接收，经r组件放大和调制后，从差通道(δ)输出接收射频脉冲信号，送到矢量网络分析仪的另一个接收机接收采样，作为一种可实施例，这里用接收机b接收相控阵天线输出的接收射频脉冲信号，设置为轨迹2(tr2 b,1)。
47.如图6所示，测试系统的发射链路和接收链路的关系：发射链路和接收链路分时共用相控阵天线。如图1所示，在一个脉冲周期内，相控阵天线的发射通道工作时，接收通道是待机状态；而相控阵天线的接收通道工作时，发射通道是待机状态；在发射通道和接收通道的工作时间之外还有一定的保护时间。即在某一时间点上，相控阵雷达天线处于发射状态，或者接收状态，或者待机状态；而由矢量网络分析仪组成的测试系统，它的两个测试通道始终都处于实时测量状态，不管相控阵雷达天线是否有信号输出，它都在进行实时测量。
48.如图7所示，矢量网络分析仪的设置，作为一种可实施例，矢量网络分析仪在点频(cw time)模式下，用两个轨迹(tr1 a,1和tr2 b,1)来同时测试这两个链路的射频脉冲信号。为了准确地测试射频脉冲信号，应根据相控阵雷达天线脉冲周期的，设置合适的接收机中频带宽(ifbw)和扫描点数，既保证有足够快的扫描采样时间，又能保证射频脉冲信号有合适的动态范围，确保一次扫描能显示2～3个脉冲周期，便于准确读取发射到接收和接收到发射的保护时间。
49.如图1和图7所示，保护时间的读取，按照前面的描述，可以方便地用4个光标标示出这4个时间点，获得保护时间数据。因为矢量网络分析仪上的测试数据是在点频(cw time)模式下测试得到的，它的纵坐标是发射通道和接收通道射频脉冲信号的幅度值，横坐标是发射通道和接收通道射频脉冲信号共同的时间轴，准确、直观、方便地测试出雷达相控阵天线的收发保护时间。
50.如图1和图7所示，作为一种可实施例，选取相控阵雷达天线发出的射频脉冲信号下降至发射信号最大电平10％的时间点，到相控阵雷达天线接收到的射频信号上升至接收信号最大电平10％的时间点之间的差值，为发射到接收的保护时间；相控阵雷达天线接收到的射频信号下降至接收信号最大电平10％的时间点，到相控阵雷达天线发出的射频脉冲信号上升至发射信号最大电平10％的时间点之间的差值，为接收到发射的保护时间。
51.如图8所示，本实施例的测试流程：
52.⑴
按照测试系统框图，架设相控阵雷达天线、辅助接收天线、辅助发射天线，关闭矢量网络分析仪的射频输出(power off)，连接测试电缆，检查无误后给相控阵雷达天线加电；
53.⑵
根据实际接线情况，设置矢量网络分析仪的两个测试通道；
54.⑶
设置矢量网络分析仪的扫描类型为点频(cw time)；
55.⑷
根据实际需要设置好矢量网络分析仪的工作频率和输出功率，连续扫描(continuous)；
56.⑸
设置相控阵雷达天线的工作频率，控制相控阵雷达天线的波束指向对准辅助发
射天线；
57.⑹
打开矢量网络分析仪的射频输出(power on)，观察信号波形，设置合适的接收机中频带宽(ifbw)和扫描点数，既保证有足够快的扫描采样时间，又能保证射频脉冲信号有合适的动态范围，确保一次扫描能显示2～3个脉冲周期，便于准确读取发射到接收和接收到发射的保护时间；
58.⑺
进行单次扫描(single)后，存储测试数据，读取测试结果；
59.⑻
改变相控阵雷达天线和测试系统的工作频率，完成各个测试频点的测试。
60.实施例2
61.如图9至图12所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的大部分技术特征，除此之外，本实施例在实施例1的基础上，提供更细化的实施方式，本实施例还包括以下技术特征：
62.如图9所示，在相控阵雷达天线为射频单端口时，或者在相控阵雷达天线为和差端口的情况下仅利用和端口进行测试，作为一种可实施例，用环形器或者收发开关将相控阵雷达天线的发射信号和接收信号从射频接口分离开来。用脉冲信号源和射频开关对矢量网络分析仪输出的射频连续波信号进行调制，将相控阵雷达天线的发射射频脉冲信号和接收射频脉冲信号，从时域上分开。具体实施包括以下几个方面：
63.如图9所示，作为一种可实施例，用环形器将相控阵雷达天线的发射和接收信号从射频接口分离开来。环形器的端口1到端口2、端口2到端口3、端口3到端口1之间的损耗很低(称为直通)，但在相反的方向上却有很高的损耗(称为隔离)。即发射射频信号从环形器的端口1直通输出到端口2，提供给相控阵雷达天线作为射频激励；相控阵雷达天线接收到射频信号从环形器的端口2直通输出到端口3，提供给矢量网络分析仪的接收机采样。
64.如图10和图11所示，作为一种可实施例，设置脉冲信号源两个通道的延时和脉宽，确保t射频开关输出的射频脉冲信号的周期、脉宽、时序与t脉冲一致，r射频开关输出的射频脉冲信号的周期、脉宽、时序与r脉冲一致。
65.进一步地，作为一种可实施例，将天线控制器输出的同步脉冲功分成两路，一路给矢量网络分析仪作为外触发同步信号输入，另一路给脉冲信号源作为外触发同步信号输入，在同步脉冲触发下，矢量网络分析仪的a接收机接收t射频开关输出的射频脉冲信号，设置脉冲信号源通道1(ch1)的脉宽，使射频脉冲信号的周期、脉宽与t脉冲相同；调节脉冲信号源通道1(ch1)的延时，使射频脉冲信号的时序与t脉冲同步。对通道2(ch2)脉宽和延时，也作相应的设置，使r射频开关输出的射频脉冲信号的周期、脉宽、时序与r脉冲一致。
66.如图9所示，测试系统的发射链路信号流程：矢量网络分析仪输出的射频连续波信号经功分器功分后，加至t射频开关，在t同步脉冲的调制下，产生与t脉冲同步的射频脉冲信号，经环形器的端口1直通到端口2后，加至相控阵天线作为激励输入，经t组件放大、调制后产生发射射频脉冲信号，形成和波束由天线阵面辐射出去，再经空间传播后到达辅助接收天线，辅助接收天线收到发射射频脉冲信号后，送到矢量网络分析仪的一个接收机接收采样，作为一种可实施例，这里用接收机a接收相控阵天线输出的发射射频脉冲信号，设置为轨迹1(tr1 a,1)。
67.如图9所示，测试系统的接收链路信号流程：矢量网络分析仪输出的射频连续波信号经功分器功分后，加至r射频开关，在r同步脉冲的调制下，产生与r脉冲同步的射频脉冲
信号，再加至辅助天线，辅助发射天线输出射频脉冲信号，经过空间的无线传输后，到达相控阵雷达天线，相控阵天线接收后，经r组件的放大和调制后，输出接收射频脉冲信号，经环形器的端口2直通到端口3后，送到矢量网络分析仪的另一个接收机接收采样，作为一种可实施例，这里用接收机b接收相控阵天线输出的接收射频脉冲信号，设置为轨迹2(tr2 b,1)。
68.如图9所示，测试系统的发射链路和接收链路的关系，与实施例1的描述相同，发射链路和接收链路都在同步信号的控制下，在各自的工作时隙内分时工作，矢量网络分析仪对这两个链路的信号同时扫描采样，既互不干扰，又相互关联。
69.如图9所示，辅助天线的架设，与实施例1的描述相同，本专利将辅助发射天线架设在辅助接收天线旁边，靠前的位置，对准相控阵雷达天线接收波束的主瓣，与发射通道在空间上错开一定的位置，既能保证相控阵雷达天线的接收信号强度，又能保持发射通道与接收通道具有相对的空间独立性。
70.如图9所示，矢量网络分析仪的设置，与实施例1的描述相同，矢量网络分析仪在点频(cw time)模式下，用两个轨迹(tr1 a,1和tr2 b,1)来同时测试这两条链路的射频脉冲信号。
71.如图1和图7所示，保护时间的读取，与实施例1的描述相同，可以方便地用4个光标标示出这4个时间点，获得保护时间数据。
72.如图11所示，本实施例的测试流程：
73.⑴
按照图10和图11，预先设置好脉冲信号源两个通道的延时和脉宽，确保t射频开关输出的射频脉冲信号的周期、脉宽、时序与t脉冲一致，r射频开关输出的射频脉冲信号的周期、脉宽、时序与r脉冲一致；
74.⑵
按照测试系统框图，架设相控阵雷达天线、辅助接收天线、辅助发射天线，关闭矢量网络分析仪的射频输出(power off)，连接测试电缆，检查无误后给相控阵雷达天线加电；
75.⑶
根据实际接线情况，设置矢量网络分析仪的两个测试通道；
76.⑷
设置矢量网络分析仪的扫描类型为点频(cw time)；
77.⑸
根据实际需要设置好矢量网络分析仪的工作频率和输出功率，连续扫描(continuous)；
78.⑹
设置相控阵雷达天线的工作频率，控制相控阵雷达天线的波束指向对准辅助发射天线；
79.⑺
打开矢量网络分析仪的射频输出(power on)，观察信号波形，设置合适的接收机中频带宽(ifbw)和扫描点数，既保证有足够快的扫描采样时间，又能保证射频脉冲信号有合适的动态范围，确保一次扫描能显示2～3个脉冲周期，便于准确读取发射到接收和接收到发射的保护时间；
80.⑻
进行单次扫描(single)后，存储测试数据，读取测试结果；
81.⑼
改变相控阵雷达天线和测试系统的工作频率，完成各个测试频点的测试。
82.如上所述，可较好地实现本发明。
83.本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
84.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。