基于多普勒跟蹤雷達的功率匹配方案設計

汪 陽

（西安導航技術研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

雷達作為現代高科技技術系統廣泛應用[1]于艦載、機載及車載[2]，尤其在現代武器裝備中發揮著極其重要的作用。隨著我國海軍的強大與發展，我國艦載雷達發展迅猛，火控雷達在近程防御中因其測量精度高而倍受關注[5]。雷達作用距離與精度都是重要的技術指標，提升雷達功率是重點研發方向[4]。為達到足夠的發射功率，現代雷達往往采用多級放大結構[3]，功率匹配是雷達調試工作中的重要環節。本文針對調試中面對的各種問題，設計一種簡便高效功率匹配方案。

1 技術原理

雷達系統原理如圖1所示，初始發射信號由頻率合成器產生，信號非常微弱，需經多級放大數十乃至上百dB，達到足夠強度才能送至天饋線發射。

雷達系統的接收組件受到材料性能與工程實踐技術的制約，靈敏度可提升范圍非常有限，在最大信噪比數字不太可能大幅度提升的情況下，穩定增加輸出功率成為比較廉價且方便實現的雷達作用距離提升手段。

電磁波在自由空間中傳播的損耗公式如下：

其中，Lbs為自由空間損耗，單位為dB，F為頻率，單位為MHz，D為距離，單位為km。

通過式（1）可以看出，在距離一定的情況下，頻率越高則電磁波的功率損耗就越大。則在多頻工作狀態下，不同頻率需要達到同樣的作用距離，需要不同的功率。

當頻率固定作用距離改變時，假設電磁波行進距離增加一倍，則衰減增量可得：

其中，lg2≈3，則可推出當輸出功率增加6 dB，信號衰減約增加一倍。輸出功率僅僅幾dB的數字變化將對設備實際性能造成重大影響。

用于放大信號的主振功率放大模塊，內部采用行波管放大鏈實現射頻信號的高倍放大，行波管原理如圖2所示，其核心結構為高壓真空電子管，通過在燈絲端形成游離電子，經受射頻輸入信號控制的高壓電場加速，形成大功率射頻輸出信號。整個設備非常精密，對射頻輸入信號的強度有非常高的要求。行波管增益曲線如圖3所示。只有將輸入信號功率匹配至對應頻率的最適功率區間，行波管才能工作在最佳狀態，保證輸出功率最大。

圖1 多普勒雷達原理圖

圖2 行波管放大鏈原理圖

圖3 行波管增益曲線示意圖

傳統單一頻率雷達，頻率合成器產生固定頻率的信號，只需要在功放模塊輸入端測量一次信號功率，即可得知輸入信號功率和最適功率區間的差值，添加對應的衰減器，使得主振功率放大模塊輸出功率達到最大。新型捷變頻多普勒雷達，同一信道中將快速切換不同頻率的信號，不同頻率信號經頻率合成器產生的原始強度不同，在同一信道中的衰減不同，最終送至主振功率放大模塊的信號強度將差異巨大，超過器材本身允許的工作區間。傳統單一衰減器匹配方案對所有頻率信號等幅度衰減，無法保證主振功率放大模塊在所有頻率都處于最佳工作狀態。

2 方案設計

本方案設計通過在頻率合成器上加入ATV750芯片數字化調整不同頻率衰減實現，需使用特制撥碼開關如圖4所示。

圖4 撥碼開關示意圖

頻率合成器產生①②路信號分別表示送至主振功率放大模塊的射頻激勵信號和送至微波接收機的一本振信號和二本振信號，需進行功率匹配，如圖5所示。

圖5 功率匹配方案流程圖

當調配射頻功率時，將射頻激勵電纜與發射機斷開，電纜接功率計；調配一本振功率時，在微波接收機上斷開一本振電纜，電纜接功率計；調配二本振功率時，在微波接收機上斷開二本振電纜，電纜上接功率計，如圖6所示。

圖6 微波接收機和一二本振信號輸入

一二本振功率值為-10±2 dBm，射頻激勵功率值以功放模塊最佳激勵為準，最多可比最佳激勵大1.5 dBm。

一本振和射頻配功率時，可將撥碼開關撥至全0和全1，觀察所有頻點的功率范圍，找出最大值和最小值，加入合適的定額衰減器后，使得功率值處于撥碼開關的可調范圍內再開始調配。如果二本振功率達不到功率值要求或射頻、一本振某點在撥碼開關全0狀態下達不到功率值要求，檢查電纜連接情況或電纜本身差損情況，減少差損達到設備性能要求。如果電纜連接正常，電纜差損也正常時，盡可能減小電纜長度、減少損耗來保證輸入端功率達到要求。

二本振通過調整衰減器達到要求功率值，一本振和射頻激勵通過撥碼開關來調整達到需要功率值對應的碼值并記錄碼值（ku為射頻，kx為一本振）。撥碼開關為一系列串聯的衰減器，從左自右每位對應衰減量為16 dBm、8 dBm、4 dBm、2 dBm，通過波動開關調整實際接入衰減值。撥碼示范如圖7所示。

記錄對應碼值燒入芯片，將芯片插回頻率合成器后雷達開機，用功率計依次測量各頻率點功率驗證配功率效果，功率符合要求則完成配功率步驟，可進行后續環節。

圖7 撥碼示范

3 結 論

本文結合工作實際設計了一種火控雷達的功率匹配方案，詳細介紹了方案的技術原理和方案設計，以供參考。