CN116032383A - 一种针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及相控阵发射系统检测技术领域，具体涉及一种针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，包括：连接相控阵发射系统的每一输出通道并获取其输出信号，并对每一路输出信号的幅度进行衰减处理；将衰减后的输出信号进行合成处理，并计算合成信号的辐射功率，从而计算获得相控阵发射系统的等效辐射功率。发明从提高超大功率、多阵元相控阵发射系统的测试效率和测试安全角度出发，对测试方法进行了改进，提出的测试方法解决了目前超大功率相控阵发射系统等效辐射功率测试效率低、测试资源受限及测试时大功率辐射造成人员辐射及设备烧毁安全隐患的问题，能够满足在试验室桌面环境条件下的高效安全测试。
Description
技术领域
本发明涉及相控阵发射系统检测技术领域，具体涉及一种针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法。
背景技术
当前相控阵技术已经普遍应用于武器装备，利用相控阵技术可以实现发射系统超大功率输出，这也对发射系统的测试提出了新的挑战。在对大功率发射系统进行测试时，我们通常主要关注的指标包含其方向图、波束指向误差、波束宽度及有效辐射功率(ERP)等指标。其中方向图、波束指向误差、波束宽度等指标可以控制系统处于小功率辐射模式进行测试。而有效辐射功率(ERP)需要让系统处于满功率辐射状态，但是超大功率的微波信号会对人员及电子设备造成伤害。
目前相控阵发射系统在测试其等效辐射功率(ERP)的时候，通常可以采用空间辐射式或桌面注入式两种方法。虽然采用空间辐射式的方法可以准确测量其有效辐射功率(ERP)，但是对测试场地有一定要求，需寻找满足天线的远场条件的自由空间测试场，即大小能符合相控阵天线阵面远场距离的微波暗室，这种测试方法往往存在暗室资源冲突，测试前期准备周期冗长、测试效率低下的问题。而采用桌面注入方法测试也可以等效计算出系统的等效辐射功率(ERP)，但是对于超大功率相控阵发射系统来说，其通道数量多，逐通道依次注入不仅耗时，而且存在器件烧毁的高风险。
可见，现在的相控阵发射系统的辐射功率检测方式还存在亟待改进的空间，需要提高检测方法的便捷性、准确性和安全性，故需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。
发明内容
至少为克服其中一种上述内容提到的缺陷，本发明提出一种针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，对于超大功率的相控阵发射系统的等效辐射功率进行检测确定，在提高检测的便利性的同时，可有效提高检测结果的准确性和检测过程的安全性。
为了实现上述目的，本发明公开的检测方法可采用如下技术方案：
一种针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，包括：
连接相控阵发射系统的每一输出通道并获取其输出信号，并对每一路输出信号的幅度进行衰减处理；
将衰减后的输出信号进行合成处理，并计算合成信号的辐射功率，从而计算获得相控阵发射系统的等效辐射功率。
上述公开的辐射功率检测方法，通过多若干输出信号进行幅度衰减处理，以及进行信号的合成处理，将数量庞大的输出信号合成为一个合成信号，并通过对合成信号的辐射功率测算，可计算出发射系统的等效辐射功率，该方法使用方便，检测结果准确可靠，且避免了大功率辐射造成的人体伤害，安全性得到提高。
进一步的，在本发明中，在进行输出信号的幅度衰减时，可采用多种方案实现，具体并不被唯一限定，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：每一路输出通道上均设置有独立的衰减器，并通过衰减器对每一路输出信号的幅度进行衰减处理。采用如此方案时，可设置等比例衰减，便于后续进行等效辐射功率的计算。
进一步的，在本发明中，针对输出信号数量庞大的发射系统，采用信号合成的方式以提高辐射功率的计算效率，信号的合成方式可采用多种方案，具体并不唯一限定，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：在进行信号合成时，将相控阵发射系统的输出通道进行分区，每一个分区的输出信号进行首次合成处理，首次合成处理后的信号经过若干次再次合成处理后得到最终的合成信号。采用如此方案时，最终合成信号数量为一，仅通过测定该合成信号的参数即可推算发射系统的等效辐射功率，从而极大的提高了检测效率。
再进一步，信号的合成方式具体可采用如下一种方案：通过功分器对输出信号进行首次合成处理和再次合成处理。采用如此方案时，根据输出信号分路数的不同，可选择对应的功分器进行信号合成。
进一步的，在本发明中，为了保持输出信号的幅相一致性，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：输出信号进行衰减处理后，在等相电缆中传输并进行首次合成处理，并经过等相电缆的传输后进行再次合成处理。采用如此方案时，避免了输出信号在等相电缆中传送时发生幅相变化的情况，从而尽可能的提高了检测结果的准确性。
进一步的，本发明中信号经过多级处理，输出信号经过合成处理后，合成信号的幅度特性和相位特性按照如下方式进行确定：
PA＝PA1+PA2+…+PAn
其中，PA为合成信号的幅度特性，PAn为待合成输出信号的传送器件和电缆的幅度特性；
其中，
为合成信号的相位特性，
为待合成输出信号的传送器件和电缆的相位特性。
再进一步，对信号参数的测定存在一定的误差，由于设备的影响，导致检测到的信号参数可能有较大的出入，因此需要进行调整以保障检测结果的准确性，具体方式并不被唯一限定，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：进行若干次数据检测和收集，以出现频次最多的PA值和
值作为基准值，将误差超过设定值的PA值和
值判定为误差值，并对误差值所对应的传输通道的电长度进行调整以使误差减小到设定值内。
再进一步，本发明中发射系统的输出信号的发射传播链路包括依次连接的天线阵、注入器具、测试电缆和频谱仪。采用如此方案时，天线阵属于发射系统，并用以发射输出信号；注入器具用以将输出信号注入至指定的设备中便于后续进行处理和检测；测试电缆用以传输信号；频谱仪用以进行辐射功率的检测。
再进一步，根据上述公开的发射传播链路，本发明中所述的等效辐射功率按照如下方法进行计算：
ERP＝PtGt
其中，ERP为发射系统的等效辐射功率，Pt为发射功率，Gt为天线增益。
再进一步，对计算方式进行细化，可采用如下一种可行的方案：通过频谱仪对合成信号的辐射功率进行监测，并按照如下方式计算发射系统的等效辐射功率：
其中，ERP为发射系统的等效辐射功率，P1注入式方式下频谱仪测量到的功率读数，单位为dBm；L1为注入式器具的插损，单位为dB；L2从注入式器具接到频谱仪的测试电缆的插损，单位为dB；G1为发射系统中被测试器具原位替换的天线阵增益，单位为dB。
与现有技术相比，本发明公开技术方案的部分有益效果包括：
发明从提高超大功率、多阵元相控阵发射系统的测试效率和测试安全角度出发，对测试方法进行了改进，提出的测试方法解决了目前超大功率相控阵发射系统等效辐射功率测试效率低、测试资源受限及测试时大功率辐射造成人员辐射及设备烧毁安全隐患的问题，能够满足在试验室桌面环境条件下的高效安全测试。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为实例中信号处理的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
针对现有的相控阵发射系统存在的辐射功率检测不准确，或检测操作不方便，同时还存在一定的人员安全性的情况，下列实施例进行优化以克服现有技术中存在的缺陷。
实施例
本实施例提供一种针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，包括：
连接相控阵发射系统的每一输出通道并获取其输出信号，并对每一路输出信号的幅度进行衰减处理；
将衰减后的输出信号进行合成处理，并计算合成信号的辐射功率，从而计算获得相控阵发射系统的等效辐射功率。
本实施例公开的辐射功率检测方法，通过多若干输出信号进行幅度衰减处理，以及进行信号的合成处理，将数量庞大的输出信号合成为一个合成信号，并通过对合成信号的辐射功率测算，可计算出发射系统的等效辐射功率，该方法使用方便，检测结果准确可靠，且避免了大功率辐射造成的人体伤害，安全性得到提高。
在本实施例中，在进行输出信号的幅度衰减时，可采用多种方案实现，具体并不被唯一限定，此处进行优化并采用其中一种可行的选择：每一路输出通道上均设置有独立的衰减器，并通过衰减器对每一路输出信号的幅度进行衰减处理。采用如此方案时，可设置等比例衰减，便于后续进行等效辐射功率的计算。
在本实施例中，针对输出信号数量庞大的发射系统，采用信号合成的方式以提高辐射功率的计算效率，信号的合成方式可采用多种方案，具体并不唯一限定，此处进行优化并采用其中一种可行的选择：在进行信号合成时，将相控阵发射系统的输出通道进行分区，每一个分区的输出信号进行首次合成处理，首次合成处理后的信号经过若干次再次合成处理后得到最终的合成信号。采用如此方案时，最终合成信号数量为一，仅通过测定该合成信号的参数即可推算发射系统的等效辐射功率，从而极大的提高了检测效率。
优选的，信号的合成方式具体可采用如下一种方案：通过功分器对输出信号进行首次合成处理和再次合成处理。采用如此方案时，根据输出信号分路数的不同，可选择对应的功分器进行信号合成。
在本实施例中，为了保持输出信号的幅相一致性，此处进行优化并采用其中一种可行的选择：输出信号进行衰减处理后，在等相电缆中传输并进行首次合成处理，并经过等相电缆的传输后进行再次合成处理。采用如此方案时，避免了输出信号在等相电缆中传送时发生幅相变化的情况，从而尽可能的提高了检测结果的准确性。
本实施例中信号经过多级处理，输出信号经过合成处理后，合成信号的幅度特性和相位特性按照如下方式进行确定：
PA＝PA1+PA2+…+PAn
其中，PA为合成信号的幅度特性，PAn为待合成输出信号的传送器件和电缆的幅度特性；
其中，
为合成信号的相位特性，
为待合成输出信号的传送器件和电缆的相位特性。
对信号参数的测定存在一定的误差，由于设备的影响，导致检测到的信号参数可能有较大的出入，因此需要进行调整以保障检测结果的准确性，具体方式并不被唯一限定，此处进行优化并采用其中一种可行的选择：进行若干次数据检测和收集，以出现频次最多的PA值和
值作为基准值，将误差超过设定值的PA值和
值判定为误差值，并对误差值所对应的传输通道的电长度进行调整以使误差减小到设定值内。
优选的，本实施例中发射系统的输出信号的发射传播链路包括依次连接的天线阵、注入器具、测试电缆和频谱仪。采用如此方案时，天线阵属于发射系统，并用以发射输出信号；注入器具用以将输出信号注入至指定的设备中便于后续进行处理和检测；测试电缆用以传输信号；频谱仪用以进行辐射功率的检测。
具体的，根据上述公开的发射传播链路，本实施例中所述的等效辐射功率按照如下方法进行计算：
ERP＝PtGt
其中，ERP为发射系统的等效辐射功率，Pt为发射功率，Gt为天线增益。
再进一步，对计算方式进行细化，可采用如下一种可行的方案：通过频谱仪对合成信号的辐射功率进行监测，并按照如下方式计算发射系统的等效辐射功率：
其中，ERP为发射系统的等效辐射功率，P1注入式方式下频谱仪测量到的功率读数，单位为dBm；L1为注入式器具的插损，单位为dB；L2从注入式器具接到频谱仪的测试电缆的插损，单位为dB；G1为发射系统中被测试器具原位替换的天线阵增益，单位为dB。
通过上述公开的检测方法，此处列举一实例以说明检测效果。
如图1所示，在某项目大功率干扰发射系统测试过程中，采取了本实施例的基于注入式测试夹具的测试方法，首先设计了一个128通道的测试夹具作为输出信号的注入，该测试夹具由128个同轴衰减器，1个4路功分器，4个32路功分器，4根等长同相电缆，128根等长同相电缆以及一些结构安装组件组成。通过调整各通道电缆的相位及幅度来修正整个通道的幅相特性，保证夹具128通道之间的幅度一致性幅度一致性可达到±2dB，相位一致性可达到±10°，满足了预期的指标要求。
所述的同轴衰减器分别连通一路输出信号通道，通过四个32路功分器将128路输出信号合成四路信号，再由4路功分器将信号合成为一路信号以便于后续检测。
随后将测试夹具用于大功率干扰发射系统的测试，当系统全功率辐射时，经过测试夹具后其输出信号功率大小不超过100mw，确保桌面测试的安全，其测试效率相比于常规进入暗室开展ERP测试相比，提升80％以上。结合注入式测试等效辐射功率计算公式，实现了对大功率干扰发射系统等效辐射功率(ERP)的高效、安全、准确测试。
以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准。
Claims (10)
1.一种针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，其特征在于，包括：
连接相控阵发射系统的每一输出通道并获取其输出信号，并对每一路输出信号的幅度进行衰减处理；
将衰减后的输出信号进行合成处理，并计算合成信号的辐射功率，从而计算获得相控阵发射系统的等效辐射功率。
2.根据权利要求1所述的针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，其特征在于：每一路输出通道上均设置有独立的衰减器，并通过衰减器对每一路输出信号的幅度进行衰减处理。
3.根据权利要求1所述的针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，其特征在于：在进行信号合成时，将相控阵发射系统的输出通道进行分区，每一个分区的输出信号进行首次合成处理，首次合成处理后的信号经过若干次再次合成处理后得到最终的合成信号。
4.根据权利要求3所述的针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，其特征在于：通过功分器对输出信号进行首次合成处理和再次合成处理。
5.根据权利要求4所述的针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，其特征在于：输出信号进行衰减处理后，在等相电缆中传输并进行首次合成处理，并经过等相电缆的传输后进行再次合成处理。
6.根据权利要求1所述的针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，其特征在于，输出信号经过合成处理后，合成信号的幅度特性和相位特性按照如下方式进行确定：
PA＝PA1+PA2+…+PAn
其中，PA为合成信号的幅度特性，PAn为待合成输出信号的传送器件和电缆的幅度特性；
其中，
为合成信号的相位特性，
为待合成输出信号的传送器件和电缆的相位特性。
7.根据权利要求6所述的针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，其特征在于：进行若干次数据检测和收集，以出现频次最多的PA值和
值作为基准值，将误差超过设定值的PA值和
值判定为误差值，并对误差值所对应的传输通道的电长度进行调整以使误差减小到设定值内。
8.根据权利要求6或7所述的针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，其特征在于：发射系统的输出信号的发射传播链路包括依次连接的天线阵、注入器具、测试电缆和频谱仪。
9.根据权利要求8所述的针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，其特征在于，所述的等效辐射功率按照如下方法进行计算：
ERP＝PtGt
其中，ERP为发射系统的等效辐射功率，Pt为发射功率，Gt为天线增益。
10.根据权利要求9所述的针对多阵元相控阵发射系统辐射功率的检测方法，其特征在于，通过频谱仪对合成信号的辐射功率进行监测，并按照如下方式计算发射系统的等效辐射功率：
其中，ERP为发射系统的等效辐射功率，P1注入式方式下频谱仪测量到的功率读数，单位为dBm；L1为注入式器具的插损，单位为dB；L2从注入式器具接到频谱仪的测试电缆的插损，单位为dB；G1为发射系统中被测试器具原位替换的天线阵增益，单位为dB。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117289037A (zh) * | 2023-11-23 | 2023-12-26 | 南京华成微波技术有限公司 | 一种大功率相控阵天线平面近场测试方法及系统 |
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| CN117289037B (zh) * | 2023-11-23 | 2024-02-09 | 南京华成微波技术有限公司 | 一种大功率相控阵天线平面近场测试方法及系统 |
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