雷達干擾機射頻對消技術

鄒 震，楊 曄

（中國電子科技集團公司51 所，上海201802）

0 引 言

現代雷達對目標的探測性能、抗干擾性能已經大為改善。對雷達干擾來說要求更高、更快、更準，目前大部分雷達干擾都采用收發分時干擾，此種干擾在絕大部分情況下都可以完全達到干擾目的。但在對付多目標干擾等情況時，由于收發分時的局限性，可能會丟失部分目標信息，從而影響到干擾效果。

當系統采用同時收發時，將有部分天線發射功率泄漏到接收天線進入干擾機接收系統。由于干擾機收發天線距離不可能很遠，且為了達到干擾效果，發射功率泄露信號在接收口面必將遠遠大于接收信號，而過大的泄露信號將導致接收機信號阻塞，從而使得干擾機的接收系統無法對真實接收信號進行辨別。基于此，需要探究如何降低泄露信號對接收系統的影響。

在干擾機的實時收發中，可以采用多種形式避免泄露信號對接收機的影響。對消就是在接收通道引入一路額外信號，其相位與空間泄露信號相反，幅度基本相等，當2 個信號相疊加時，使得泄露信號功率減小。對消深度就是泄露信號功率減小的幅度。本文主要研究如何在接收支路中加入一路射頻對消信號，使得泄露信號功率降低20dBm以上。本文采用實際測量的方式去探求射頻對消的可行性。

1 射頻對消原理分析

假定泄露信號y0在接收天線口面有如下形式：

用來對消射頻泄露信號的信號y1有如下形式：

式中：a0為信號幅度；ω0為信號頻率。

信號y0經過接收鏈路到達對消模塊時表示為：

信號y1經過對消鏈路到達對消模塊時表示為：

對消模塊采用一個普通的合路器就可以達到2 路信號的相干疊加。只要保證2 路信號存在很小的幅度差及相反的相位，在合路器中，2路信號相干疊加后，就會產生對消效果。對消后信號可表示如下：

當2 路信號幅度相等、相位相反時，根據上式，可得檢波輸出包絡：

對幅度a1取偏導，可以得到：

當a1＝a0cos （φ0－φ1）時，合成信號幅度最小。

對角度φ1取偏導，可以得到：

顯然當φ0＝φ1時，合成信號最小。綜上所述，當φ0＝φ1，a1＝a0時，合成信號幅度最小。

由上述理論推導，可以得到對消量與角度差、功率差的關系式：

式中：ΔP為2 路功率差；Δθ為2 路相位差；D為對消功率。

根據上式，仿真得到如圖1 的結果。

圖1 對消深度與兩路相位差、幅度差的關系

將2 路信號功率差控制在0.1dB 以內，可得在功率誤差最大時的幅度比：即：（a0／a1）2＝1.023 292 99。

控制2 路信號相位差為1°時，和信號為：

由此可推算出在最大功率誤差和相位誤差情況下的對消效果：

由上述計算結果可以看到，當相位相差為1°，功率相差0.1dB 時，對消效果可以達到33.556dB，滿足實驗目標。

2 射頻對消系統構成

在雷達發射系統中，為解決發射天線泄漏功率使接收機飽和問題，在發射機和天線中間采用耦合器，來引出一個發射信號作為對消參考信號。此對消為一閉環反饋系統，利用對發射信號的耦合輸出信號，對其進行必要的調整，使其在幅度上與泄漏信號接近相等，而相位反向180°。在實現上，對消信號可以由耦合器從發射端引出，經過數控移相器和數控衰減器控制，再由和路器將其引入接收端。對消信號矢量圖如圖2 所示。

圖2 對消信號矢量圖

利用數控衰減器、移相器產生對消信號系統的原理框圖如圖3 所示。

圖3 對消實驗原理框圖

將信號由耦合器耦合出一部分，經過衰減器、移相器，到達接收通道和路器，與泄漏信號產生對消。在開始工作前對系統進行校準，由信號源產生點頻信號，通過幅度測量（DLVA 支路）確定天線支路反饋信號幅度，然后引導控制數控移相器、數控衰減器，最后控制信號源及對消通道移相器進行對消效果的全頻段全角度掃描，找到每個頻率點對消效果最好的控制碼并記錄。

干擾系統需要測頻機進行頻率引導，所以在頻率準確度方面可能存在一定誤差，所以對消系統需要在一定帶寬內滿足對消效果。本文實驗就是基于上述系統搭建方式，進行對消效果實驗論證的。

3 對消實驗結果

將實驗鏈路按照圖3 方式連接后，采用信號源產生信號，用功率計和頻譜儀記錄實驗數據。采用的移相器工作帶寬為2.9 ～3.1GHz ，所以采用了3 個頻率（2.92GHz 、3GHz 、3.05GHz ）點作為參考點。在參考點將對消深度做到最好，然后固定鏈路狀況（即固定數控衰減器、數控移相器值），調整輸入頻率，觀察對消深度變化情況，結果記錄于表1表2 、表3 、表4 。

表1 是將2.92GHz 頻點對消狀態調為最佳，在帶寬為40MHz 內（脈沖調制開），對消深度變化范圍為13.7 ～32.09dBm。表2 是將3GHz 頻點對消狀態調為最佳，在帶寬為40MHz 內（脈沖調制關），對消深度變化范圍為11.56 ～31.67dBm。表3是將3.05GHz 頻點對消狀態調為最佳，在帶寬為40MHz 內（脈沖調制開），對消深度變化范圍為12.36 ～33.28dBm。表4 為在2.9 ～3.2GHz 中，以10MHz 為步進，進行每個頻點最大對消深度測試。根據表1 、表2 、表3 數據分別做圖，如圖4 ～圖7 所示。

表1 將2.92GHz 作為參考點的對消深度

表2 將3GHz 作為參考點的對消深度

表3 將3.05GHz 作為參考點的對消深度

表4 2.9 ～3.2GHz 中每個頻點最大對消深度測試

圖4 以2.92GHz 為中心頻率的對消深度關系圖

圖5 以3GHz 為中心頻率的對消深度關系圖

圖6 以3.05GHz 為中心頻率的對消深度關系圖

圖7 200MHz 帶寬內各頻點最大對消深度

4 實驗結論

先前對于對消的研究大部分是針對連續波雷達，對于脈沖雷達大部分采用收發時分方式來解決收發隔離的問題。但是對于雷達干擾設備來說，由于要對付寬帶雷達并且隨著戰場的復雜性，越來越需要實時進行偵察接收與干擾，所以具有一定脈寬的對消系統對于實時干擾將具有很重要的意義。

根據上述實驗數據，可以看到脈沖調制下，在35MHz 帶寬內，基本可以滿足對消深度大于20dBm的要求。當對于干擾機來說，采用收發同時時，在兩干擾天線間采取必要的屏蔽措施，再加上射頻對消的部分，基本可以滿足收發隔離的問題。

［1］張軍，阮錦屏.8mm連續波雷達微波對消技術［J］.無線電工程，1990（5）：8－13.

［2］奇峰.連續波雷達寬帶泄露對消技術研究［D］.南京：南京理工大學，2007.

［3］酈舟劍，王東進.毫米波連續波雷達載波泄露對消——理論分析與系統仿真［J］.現代雷達，1998（2）：1－11.

［4］徐泰林.饋通對消環的初步探討［J］.電訊技術，1993（6）：13－19.

［5］趙錦華.連續波雷達數字微波對消系統［J］.無線電通信技術，1993（3）：53－62.