基于手持式矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的雷達散射截面測量

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

圖5，MS2028C使用波導天線(xiàn)進(jìn)行散射界面測量

圖6 為矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測量雷達散射截面的典型連接框圖。發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)分別接在矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的兩個(gè)測量端口上。一般來(lái)說(shuō)這兩個(gè)天線(xiàn)應處于同一平面上（相對于被測目標來(lái)說(shuō)），并相互貼近。如果需要考慮極化影響，無(wú)論發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)應該可以單獨或同時(shí)90 度旋轉（如圖5 中波導天線(xiàn)的E 面和H 面 旋轉）。被測目標應置于低反射的支架上或者單獨在空中（航線(xiàn)上）。為了濾除其他位置的物體反射造成的測量誤差，我們可以采用頻率掃描測量并進(jìn)行傅立葉反變 換得到時(shí)域（距離域）測量曲線(xiàn)，使用時(shí)域濾波運算（時(shí)域門(mén)功能）將不屬于被測目標的反射濾除，然后，將濾波后的結果再進(jìn)行傅立葉變換轉為頻率域顯示。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 )有距離折疊現象（即在一定距離后，前面位置的響應重復出現），出現折疊的時(shí)間（距離）與 頻率掃描測量的關(guān)系是：t_a=(N-1)/(頻率掃寬)，這里N是頻率掃描點(diǎn)數。因此，測量距離R一般應小于t_a×C/2，此處除2是因為信號傳播路徑是在測量距離上的來(lái)回。

圖6 矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測試雷達散射界面框圖

天線(xiàn)系統的校準
根據前面的描述，我們對雷達散射截面的測量可以歸于矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的S21測量，而矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的端口校準（圖6 中 的矢網(wǎng)校準面），可以認為是對矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀本身的發(fā)射功率和接收增益的歸一化，而對天線(xiàn)增益和空間衰減的校準一般使用校準球或校準平面金屬板。當然，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(wú)關(guān)，而校準物體的散射截面積最好與被測目標的散射截面積相近。例 如，直徑1.13米的金屬球體的雷達散射截面積為1m²。

圖7，雷達散射截面與目標物理尺寸

測量顯示
在完成矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀端口12項誤差修正（校準）后，將天線(xiàn)接入測量端口并對準測量目標（或校準球體）區域，進(jìn)行頻率掃描測量得到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(mén)（時(shí)域濾波器）將不需要的反射濾除。

圖8，目標區域（沒(méi)有放置被測目標和校準）所有反射的時(shí)域顯示

圖9，在目標區域放置RCS為0.018平方米的校準球體的時(shí)域顯示

測量步驟和測量運算
將對目標的雷達散射截面測量所使用的矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀設定為S21的測量。

圖10，使用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀對雷達散射截面測量設定

1.矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀進(jìn)行12 項端口誤差校準后，將發(fā)射天線(xiàn)接入端口1，將相應的接收天線(xiàn)接入端口2。注意天線(xiàn)極化方向。并保證測量距離D>20 λ，這里 λ為信號波長(cháng)。注意，根據目標尺寸選擇天線(xiàn)，調整天線(xiàn)角度（偏角和仰角）和調節測量距離，應保證被測目標落在天線(xiàn)增益下降小于-1dB 的信號波束內。