基于手持式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的雷達(dá)散射截面測(cè)量

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量雷達(dá)散射截面
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀以圖5所示方式以頻率掃描測(cè)量S 參數(shù)。掃描的頻率范圍以相應(yīng)的雷達(dá)頻率范圍為參考，圖5 中采用WR-90 波導(dǎo)在X波段（8.2－12.4GHz）進(jìn)行測(cè)量。

圖5，MS2028C使用波導(dǎo)天線進(jìn)行散射界面測(cè)量

圖6 為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量雷達(dá)散射截面的典型連接框圖。發(fā)射天線和接收天線分別接在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個(gè)測(cè)量端口上。一般來說這兩個(gè)天線應(yīng)處于同一平面上（相對(duì)于被測(cè)目標(biāo)來說），并相互貼近。如果需要考慮極化影響，無論發(fā)射天線和接收天線應(yīng)該可以單獨(dú)或同時(shí)90 度旋轉(zhuǎn)（如圖5 中波導(dǎo)天線的E 面和H 面 旋轉(zhuǎn)）。被測(cè)目標(biāo)應(yīng)置于低反射的支架上或者單獨(dú)在空中（航線上）。為了濾除其他位置的物體反射造成的測(cè)量誤差，我們可以采用頻率掃描測(cè)量并進(jìn)行傅立葉反變 換得到時(shí)域（距離域）測(cè)量曲線，使用時(shí)域?yàn)V波運(yùn)算（時(shí)域門功能）將不屬于被測(cè)目標(biāo)的反射濾除，然后，將濾波后的結(jié)果再進(jìn)行傅立葉變換轉(zhuǎn)為頻率域顯示。但是 由于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀采用離散頻率點(diǎn)掃描方式，因此，傅立葉反變換會(huì)有距離折疊現(xiàn)象（即在一定距離后，前面位置的響應(yīng)重復(fù)出現(xiàn)），出現(xiàn)折疊的時(shí)間（距離）與 頻率掃描測(cè)量的關(guān)系是：t_a=(N-1)/(頻率掃寬)，這里N是頻率掃描點(diǎn)數(shù)。因此，測(cè)量距離R一般應(yīng)小于t_a×C/2，此處除2是因?yàn)樾盘?hào)傳播路徑是在測(cè)量距離上的來回。

圖6 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試?yán)走_(dá)散射界面框圖

天線系統(tǒng)的校準(zhǔn)
根據(jù)前面的描述，我們對(duì)雷達(dá)散射截面的測(cè)量可以歸于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S21測(cè)量，而矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口校準(zhǔn)（圖6 中 的矢網(wǎng)校準(zhǔn)面），可以認(rèn)為是對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀本身的發(fā)射功率和接收增益的歸一化，而對(duì)天線增益和空間衰減的校準(zhǔn)一般使用校準(zhǔn)球或校準(zhǔn)平面金屬板。當(dāng)然，也 可以使用其他形狀的物體，只要已知其散射截面積。使用球體的好處在于其散射截面積與頻率無關(guān)，而校準(zhǔn)物體的散射截面積最好與被測(cè)目標(biāo)的散射截面積相近。例 如，直徑1.13米的金屬球體的雷達(dá)散射截面積為1m²。

圖7，雷達(dá)散射截面與目標(biāo)物理尺寸

測(cè)量顯示
在完成矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口12項(xiàng)誤差修正（校準(zhǔn)）后，將天線接入測(cè)量端口并對(duì)準(zhǔn)測(cè)量目標(biāo)（或校準(zhǔn)球體）區(qū)域，進(jìn)行頻率掃描測(cè)量得到S21_（f），然后使用帶通模式時(shí)域變換得到時(shí)域（距離域）S21_（D），如圖8 和圖9 所示，并且可以使用時(shí)域門（時(shí)域?yàn)V波器）將不需要的反射濾除。

圖8，目標(biāo)區(qū)域（沒有放置被測(cè)目標(biāo)和校準(zhǔn)）所有反射的時(shí)域顯示

圖9，在目標(biāo)區(qū)域放置RCS為0.018平方米的校準(zhǔn)球體的時(shí)域顯示

測(cè)量步驟和測(cè)量運(yùn)算
將對(duì)目標(biāo)的雷達(dá)散射截面測(cè)量所使用的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)定為S21的測(cè)量。

圖10，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)雷達(dá)散射截面測(cè)量設(shè)定

1.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行12 項(xiàng)端口誤差校準(zhǔn)后，將發(fā)射天線接入端口1，將相應(yīng)的接收天線接入端口2。注意天線極化方向。并保證測(cè)量距離D>20 λ，這里 λ為信號(hào)波長。注意，根據(jù)目標(biāo)尺寸選擇天線，調(diào)整天線角度（偏角和仰角）和調(diào)節(jié)測(cè)量距離，應(yīng)保證被測(cè)目標(biāo)落在天線增益下降小于-1dB 的信號(hào)波束內(nèi)。