一種輻射功率檢測器的研制

摘 要：設計實現了一種便攜式、通用性強、模塊化，高可靠性的輻射功率檢測器。該檢測器在有源電子對抗設備的日常維護、保養中，可用于輻射功率的快速準確檢測，可適應于不同頻段、不同環境的應用需要，提高了有源電子對抗設備的維護檢測效率，解決了有源電子對抗設備日常維護難以檢測的難題。

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關鍵詞：便攜式； 輻射功率； 有源電子對抗； 設備維護

中圖分類號：TN971-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2012)01-0107-03

Development of radiated power detector

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TIAN De-min， LI Bing-jian， ZHANG Xue-cheng

(The 723 Institute of CSIC， Yangzhou 225001， China)

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Abstract：

A radiated power detector with portable， universal， modularized， and reliabile performance is introduced. The detector can be used in daily maintenance and fast detection of radiated power， which is applicable for various environment and different frequency band. The maintenance efficiency and the test inconvenience of the active electronic countermeasure equipment can be improved.

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Keywords： portable; radiated power; active electronic countermeasure; equipment maintenance

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收稿日期：2011-07-22

基金項目：國防科技工業技術基礎項目(513190502)

0 引 言

隨著國力的提升，我軍裝備大量的有源電子對抗裝備，并迅速更新換代。為滿足平時訓練、戰時打仗的需要，對有源電子對抗裝備的日常維護、保養、維修均提出了很高的要求，急需研制一種便攜、實用的檢測設備。本文設計了一種針對大功率電子干擾設備的輻射功率檢測器，檢測器體積小、重量輕、模塊化設計，非常適用于有源電子對抗設備的日常維護、保養。

1 工作原理

1.1 有源電子干擾設備工作原理[1-2]

有源電子干擾設備是針對作戰對象輻射源信息，采用大功率壓制噪聲、欺騙干擾等輻射射頻信號，用以與真實雷達反射信號抗衡，達到破壞迷惑敵方雷達的功能的目的。常用的電子干擾設備包括引導式干擾設備、應答式干擾設備，這里以引導式干擾設備為例，典型的引導式有源電子干擾設備的系統框圖如圖1所示。

圖中，引導式有源電子干擾設備通過接收機引導，干擾機發射，提供有源電子干擾的能力，同時對抗可覆蓋頻段范圍內的多部雷達。圖中所示系統包括一部接收機，用于檢測和接收偵察接收天線所截獲的信號，給出載頻(RF)、脈寬(PW)、脈沖幅度(PA)、到達角(AOA)、到達時間(TOA)等脈沖描述字(PDW)參數，用以引導干擾機，以便有源電子干擾機在時域、頻域和空域三個方面覆蓋作戰對象；一部干擾機，包含干擾控制、干擾發射機、干擾波束控制和干擾天線等幾部分，用以將引導后產生的干擾信號以一定的功率輻射出去。在系統工作時，有源電子干擾機要將控制的存儲信號或信號源信號輻射出去，要保證產生足夠的輻射功率來壓制真實雷達信號，即要保證最終輻射輸出功率的正常[3-4]。

圖1 典型引導式有源電子干擾設備原理框圖

在有源干擾設備的試驗和研制過程中，可以采用大功率計、頻譜分析儀等通用檢測設備監測接收有源干擾設備輻射輸出的信號，用以判斷其工作是否正常，但在有源干擾設備的現場維護中，一般沒有這些通用設備。一方面因為功率計、頻譜分析儀等通用設備屬于精密儀器儀表，價格昂貴，操作復雜；另一方面這些通用設備無法長期在惡劣的環境下(鹽霧、潮濕、高溫、低溫)使用，而軍用的有源電子對抗設備都是工作在惡劣的環境下，所以必須研制一種便攜式、價格低廉、操作簡單、具有較高可靠性，適用于惡劣環境的設備來滿足有源電子干擾設備的日常維護需求。

1.2 輻射功率檢測器的原理及方案設計

1.2.1 檢測器組成

輻射功率檢測器是通過接收有源電子對抗設備輻射的射頻信號，轉換為射頻信號功率，并給出功率指示，來判斷輻射功率是否正常。其工作框圖如圖2所示。

圖2 輻射功率檢測器原理框圖

在圖2中，接收天線安裝在三角架上，指向被測系統發射天線方向，用來接收被測系統輻射出的射頻信號，接收天線與便攜式機箱之間采用低損耗射頻電纜連接。便攜式機箱包含有微波模塊、視頻檢波模塊、調理電路模塊、微處理單元、顯示面板和控制電路幾部分，其中顯示面板和控制電路部分安裝在機箱面板上，其余部分安裝在機箱內部。

檢測器各主要模塊功能如下：

接收天線：接收被測設備的輻射信號，具有定向性，提供一定增益和頻段選擇，接收天線與機箱之間采用低損耗射頻電纜連接;

微波模塊：對接收到的輻射信號進行濾波、放大、頻段選擇、衰減控制等，輸出的微波信號送視頻檢波模塊；

視頻檢波模塊：對接收到的微波信號進行視頻檢波，檢波輸出為視頻信號，采用的是大動態范圍、高靈敏度的DLVA(數字對數檢波視頻放大器);

調理電路模塊：調理電路包含運算放大器、A/D轉換等，將視頻信號轉換為數字信號；

微處理器單元模塊：微處理單元模塊包含MCU，FPGA，RS 232接口等，將接收到的數字信號處理轉換為功率信號，并將功率信號轉換為可顯示的數值送顯示面板顯示;

顯示面板：采用數碼管顯示的方式，直觀地給出最終的功率值;

控制電路：完成輸入信號的選擇、濾波、頻率選擇、衰減等開關控制;

電源：提供電源輸入保護，從+28 V變換為±5 V、±12 V，分別給其他各模塊提供電源。

1.2.2 硬件設計

(1) 調理電路模塊

調理電路模塊對視頻檢波輸出的視頻信號進行放大、模/數轉換。放大芯片采用ADI公司的AD8132AR，提供3 dB帶寬，350 MHz，1 200 V/μs轉換速率，可通過電阻比改變增益。A/D芯片采用TI公司的TLC5540，8位采樣，最大采樣速率達40 MHz，+5 V單電源供電。A/D芯片TLC5540的電壓參考采用Maxim公司的高精度，低功耗電壓參考芯片MAX6166，電壓精度可達±2 mV，輸出電壓為2.5 V。

(2) MCU

MCU單元完成系統控制、計算機接口控制、參數設置、面板接口控制、設備參數加載初始化等功能。

選用Atmel公司的8位單片機AT89S8253，兼容標準的MCS-51結構，具有12 KB的片內FLASH，2 KB的E2PROM，256×8 b的內部RAM，保證了程序的運行空間和參數的存儲，32位可編程I/O接口滿足對外連接的需要，四級中斷、可編程看門狗保證了系統的可靠性。

(3) RS 232電平轉換

通用的計算機接口均為RS 232電平標準，要實現與MCU的通信，必須將標準的RS 232電平串口轉換為TTL電平的UART信號。

為保證電源簡單、功耗低，RS 232接口芯片選用了Maxim公司的MAX202E，只需+5V單電源供電，外部只需4個0.1 μF的電容即可工作，提供雙路RS 232接口。

(4) FPGA

FPGA模塊作為系統的核心模塊，接收來自MCU的加載參數數據，同時接收高速的采樣數字信號，將采樣的數字信號與加載的參數比對、校正、組合，轉換為可以顯示的BCD碼，送給數碼顯示管進行顯示。芯片選擇Altera公司的EP1K50QC208，包含2 880個邏輯單元、40 960 b的RAM，1個鎖相環，完全滿足系統存儲和運算需要。FPGA的加載芯片采用被動串行芯片EPC2。

(5) 電源

電源模塊提供±5 V電源，所選用的FPGA需要3.3 V和2.5 V兩種電源，芯片選用TI公司的REG104GA-3.3，輸入電壓為4.3~16 V，輸出電壓為3.3 V，最大輸出電流為1 A；此外還選用LINEAR公司的LT1764EQ-2.5，最大輸出電流為3 A，最大輸入電壓范圍為3.5～20 V，輸出電壓為2.5 V。

1.2.3 軟件設計

系統軟件主要包括MCU程序、FPGA程序，分別實現系統管理、參數設置、接口控制、參數測量轉換等功能。

(1) MCU軟件

MCU軟件是整個系統的管理核心部分，實現接口控制、監測，完成參數設置、更新，實現與外部接口計算機的通信；與FPGA連接，設置FPGA的初始化參數表，流程圖如圖3所示。

圖3 軟件流程圖

(2) FPGA軟件

FPGA軟件是系統的數據處理核心，主要完成數據采集后緩沖、校正、變換等處理，通過接收來自MCU設置的參數，選擇不同的工作模式，最終將接收到的數據通過查表、編碼轉換為可顯示的BCD碼，其流程框圖如圖4所示。

圖4 FPGA軟件流程圖

(3) 性能測試

通過實際測試，設計的輻射檢測器處理信號靈敏度可達到-45 dBm，最小脈沖寬度為1 μs，動態范圍為45 dB，可檢測脈沖調制和連續波信號。

2 結 語

本文設計實現的便攜式大功率輻射檢測器可實現

輻射功率的自動測量，采用便攜式、小型化設計，重量輕(小于5 kg)、體積小、靈敏度高、動態范圍大，可檢測連續波信號、脈沖調制信號，模塊化設計，擴展性好，靈活性強，通過采用不同模塊，可實現較寬的頻段覆蓋，適用于有源電子對抗設備的日常維護、保養和維修，也適用于雷達、指令等設備的日常檢測。

參 考 文 獻

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［5］丁鷺飛，耿富錄．雷達原理［M］．3版．西安：西安電子科技大學出版社，2002.

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［10］Atmel Corporation．At89s8253 datasheet [EB/OL]． [2001-11-20]． http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc3286.pdf.

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［12］［美］BARKER Robert J， SCHAMILOGLU Edl.高功率微波源與技術［M］.《高功率微波源與技術》翻譯組，譯.北京:清華大學出版社，2005.

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作者簡介：

田德民 男，1979年出生，山東曹縣人，碩士研究生，高級工程師。主要研究方向為電子戰接收機及電子戰系統。

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