今世社会对雷达的需求给雷达规划师及测验工程师带来了许多应战。为了满意不断涌现的各种新需求，可满意不同运用的多用处/功用/形式自适应雷达应运而生。先进的雷达体系有必要具有更高的精确度，然后能够丈量更窄的脉冲宽度，到达更高的分辨率，以便对脉内行为(包括一个脉冲紧缩信号内的上升/下降边际效应或波形)进行检测。为充沛了解现代雷达的杂乱规划，最好先回忆一下雷达体系和脉冲丈量的根本原理。
本白皮书介绍了雷达体系的常见运用与类型，雷达体系的要害要素及典型测验参数，以及三种常用的依据散射参数的脉冲丈量方法。
雷达方程式
雷达是无线电侦测及测距的简称，其根本原理如下：当电磁波依照已知的功率及频率向特定方向传达时，遇到方针后会发生反射，即部分电磁波信号被方针反射回来，而被反射回来的电磁波信号则能够经过接纳设备进行丈量。接纳信号的功率(Pr)或雷达发射器与方针之间的距离(R)能够经过以下雷达方程式核算出来：
其间：
Pr = 接纳信号的功率;
R = 雷达发射器与方针之间的距离;
Pt = 发射信号的功率;
G = 雷达天线增益;
σ = 方针的雷达截面;
Ae = 有用的天线孔径;
λ = 发射信号的波长。
除了丈量距离，还能经过更改雷达体系参数来丈量方针的其他信息，如速度和方向等。例如，选用高定向天线扫描某区域能够丈量方针的方位角和高度，再经过这两个参数就能够确认方针的方向，而经过丈量接纳信号的频移则能够确认方针的速度。
依据用处的雷达分类
丈量方针距离是大都雷达体系的根本功用之一。但是，雷达体系的技能水平，包括制作工艺、所用的信号、获取信息的规模及所获信息在各种运用中的用处等，现已有了明显前进。雷达广泛用于军事和民用范畴，详细用处包括(图1)：
图1：雷达用处广泛(由雷神公司供给)。
· 监督(例如要挟辨认、运动物体勘探或近炸引信制作);
· 勘探与盯梢(例如方针辨认与追寻或海上救援);
· 导航(例如轿车防撞或空中交通管制);
· 高清成像(例如地势地貌测绘或着陆导航);
· 气候状况盯梢(例如暴风雨避险或风廓线数据获取)。
以下是一些运用不同类型信号的常见雷达体系(图2)：
图2：雷达依据详细用处而选用相应的信号。
· CW(多普勒)雷达：这种雷达体系依照安稳的频率传输接连波信号。接纳信号发生了多普勒频移，而多普勒频移可用于确认方针的速度。警方常常运用这种雷达体系对交通状况进行监控。
· FMCW雷达：这种雷达体系对CW信号进行调频，以生成守时基准。用户能够依据守时基精确认方针的距离及速度。依据CW的雷达(与脉冲雷达体系比较)有一个明显优势，即它们能够供给接连的勘探成果。航空器一般会装置这种雷达体系，以便在着陆进程中精确丈量高度。
· 脉冲雷达：这是一种根本(非相干)的脉冲雷达体系，它们经过丈量发射脉冲与接纳脉冲之间的时刻距离来核算方针的距离和方向。由于脉冲之间的相位乱七八糟，因而脉冲雷达体系归于非相干雷达体系。这种雷达体系多用于远距离空中监控。
· 脉冲多普勒雷达：这是一种相干雷达体系，可依据接纳脉冲之间的相位差异丈量方针的距离、方向以及速度。脉冲多普勒雷达体系一般选用高脉冲重复率(PRR)，因而能更精确地丈量径向速度，但在丈量距离时精确性较低。这种雷达体系常用于勘探移动方针，一起按捺停止杂波，在气候监测运用中非常有用。
· 动方针显现(MTI)雷达：这种雷达也运用多普勒频率将动方针回波与停止物体及杂波区别开来。MTI雷达的波形为一连串低PRR脉冲，这种波形能够防止距离含糊，但无法精确测算方针的速度。这类雷达常用于地对空查找和监控。
· 脉冲紧缩雷达：窄脉冲信号能够到达更好的距离分辨率，但测距有限。宽脉冲信号含有更多能量，测距更长，但分辨率欠安。脉冲紧缩则结合了宽脉冲的功率优势与短脉冲的分辨率优势。经过调理发射信号的频率(例如线性调频)或相位(例如运用巴克码)，能够依照调理信号宽度的倒数在接纳器上对宽脉冲进行紧缩(图3)。许多气候监测体系都现已选用脉冲紧缩雷达。
图3：脉冲紧缩结合了宽脉冲的功率优势与短脉冲的分辨率优势。
依据天线装备的雷达分类
雷达体系可能会运用天线列阵，有时甚至会运用不计其数的天线元素。因而，依据天线装备，雷达体系可分为以下几种类型：
· 单站雷达：在这种雷达体系中，发射器和接纳器选用时域多路复用技能，然后共用天线。
· 双站雷达：假如雷达体系的发射天线和接纳天线分隔布置(一般相距较远或偏置角较大)，则归于双站雷达体系。双站雷达体系多用于勘探隐形方针，即那些为了防止向发射器地点方向反射雷达信号而运用隐形技能的方针。
· 机械扫描雷达：在开端的雷达规划中，经过滚动雷达天线可构成天线辐射图形。在这种雷达体系中，一旦发射器发生单点毛病，可能会导致机械体系失能，所以它们一般更重、更容易发生毛病。
· 相控阵雷达：在这种雷达体系中，经过精确操控每个天线元素的相位和振幅，能够操控或刻画天线阵列的整个波束图形。由于相位阵列天线的单个或多个元素失效不会导致雷达体系全体失能，因而这种规划计划的牢靠性更高。
· 无源相控阵雷达(PESA)：一般来说，这种雷达体系先从单一信号源获取信号，再将获取的信号分解为上百个通道(每个通道完结于一个独自的天线)，并在部分通道中运用选定的时延衰减。
· 有源相控阵雷达(AESA)：在这种雷达体系中，天线阵列的每个元素都有独立的发射/接纳组件(TRM)(图4)。这种装备大大进步了有源相控阵雷达体系的灵敏性，使其能够一起在多个频率上运转并生成多种波束图形，然后完结不同的勘探使命等。有源相控阵雷达是现在最先进战斗机的基线装备。
图4：这一海基X波段(SBX)导弹防护有源相控阵雷达具有45056个收发组件，最大勘探距离可到达4800公里。
雷达体系的要素及其对体系功用的影响
上文对雷达方程式、信号类型以及天线装备进行介绍时，说到雷达体系中许多的元素。表1总结了雷达体系的一些要素以及它们对体系功用的影响。
测验雷达
鉴于本身所扮演的人物，雷达体系有必要依照预订方针运转，不然可能会构成严峻的成果。因而，雷达体系有必要经过严厉测验。其间，查验射频链(图5)的功用是雷达测验的重要组成部分。测验作业能够针对子体系(例如有源相控阵雷达的收发组件)或射频链中的特定元件(例如发射器的功率放大器或接纳器的低噪声放大器)进行。
图5：有源相控阵雷达体系的简化框图。
典型测验中包括的丈量项目如下：
脉冲丈量类型
在雷达运用中，选用了许多常见的依据散射参数的丈量类型及脉冲成形丈量技能。本节将评论其间三种最常用的丈量方法。
脉冲内定点丈量
脉冲内定点丈量对在脉冲内任一时刻点的散射参数数据进行了量化。这类丈量选用频率或功率扫描技能，并在丈量后按要求进行绘图。当需求防止可能发生的脉冲边际效应时，这种丈量方法较为适用。例如，放大器一般在脉冲开端时起到安稳效果。
关于脉冲内定点丈量来说，有必要经过长时刻的丈量才干获取到数据，一起用户需对同步脉冲指定相应的距离，即T0(图6)。该时刻距离一般经过期延(T1)和所需的丈量时刻窗口宽度来量化。经过调整丈量时刻窗口发动时刻的时延(T1)，能够防止初始效应，如放大器稳守时刻等。能够运用以下方程式来确认最小丈量时刻窗口：
TMW≥1/IFBW
图6：脉冲内定点丈量对在脉冲内任一时刻点的散射参数数据进行了量化。
假如运用安立(Anritsu)MS4640B矢量网络剖析仪选件035和042(PulseView)，其200MHz的中频带宽(IFBW)能够构成5ns的最小丈量时刻窗口(TMW)。
假如需求额定的动态量程，可为此指定一个平均水平，然后经过多个脉冲对同一时刻距离进行剖析，依据同一个相干时钟对成果进行抽样，并坚持相位信息。
在无需对脉冲的内部结构和脉冲之间的差异进行剖析，而只需在全体上对脉冲进行丈量时，这种丈量方法较为适用。
脉冲成形丈量
脉冲成形丈量重视脉冲内的数据结构(图7)。脉冲成形丈量在时域中进行，期间频率和功率坚持不变。这种丈量方法多用于确认脉冲的特征，如过冲/下冲、波形顶降及边际呼应(例如上升/下降时刻)。
图7：脉冲成形丈量重视脉冲内的数据结构，如过冲/下冲、波形顶降及边际呼应。
为了详细表现成形脉冲的特征，需设定开端时刻(Tstart)、停止时刻(Tstop)以及与同步脉冲相关的多个时刻点，即T0(图8)。必要时，丈量作业能够在世界时与和谐世界时之差(DUT)期间且在呈现物理脉冲之前开端，在DUT之后完毕。丈量时刻窗口宽度已被指定，一起也能够在多脉冲之间取平均值。就脉冲内定点丈量而言，其所答应的丈量时刻窗口宽度规模较大。
图8：为了详细表现成形脉冲的特征，需设定开端时刻、停止时刻以及与同步脉冲相关的多个时刻点。
在脉冲成形丈量中，脉冲之间的差异往往不易发觉，因而丈量成果可能是多个脉冲的平均值。但是，人们能够对丈量进程进行规划，从某个肯定开端时刻调查脉冲的行为，一起不取平均值，然后调查脉冲行为的整个演化进程。取得丈量数据后，一般会依据数据与时刻的对应联系制作图形，因而还能够运用多种途径或设置进行更杂乱的丈量。
脉冲到脉冲丈量
脉冲到脉冲丈量便是对脉冲流内各脉冲之间的差异进行量化的进程。该丈量也在时域中进行，期间频率和功率坚持不变。这种丈量方法多用于确认脉冲特征是否会跟着时刻的推移而发生变化。例如，高功率放大器可能会发生热效应，而这会引起增益差异或相位差异。
图9显现了针对三个脉冲的脉冲到脉冲丈量。在丈量进程中，经过同步脉冲(T0)设定了相应的时延(T1)，并对每个脉冲进行独自处理。
图9：脉冲到脉冲丈量便是对脉冲流内各脉冲之间的差异进行量化，以了解高功率放大器发生的热效应的进程。
在上文说到的几种丈量方法中，可用的丈量时刻窗口宽度和脉冲宽度规模较广，只要不超越记载的最大宽度即可。其间，MS4640B矢量网络剖析仪上记载的最大丈量时刻窗口宽度为0.5s。由此，即使是较宽或重复率较低的脉冲也能丈量。别的，人们能够运用多种途径或设置，经过循环运用各种频率/功率进行丈量。
总结
现代雷达体系对丈量精确度的要求越来高。现代测验计划要摒弃和打破脉冲丈量中常见的折中和限制。安立MS4640B矢量网络剖析仪选用了高速数字转换器架构，其分辨率和计时精度到达了业界最高水平。欲了解有关脉冲丈量测验摒弃折中的更多信息，请拜见安立公司白皮书(11410-00709)—《摒弃和打破脉冲丈量测验计划中的折中和限制》。欲了解有关MS4640B高速架构的更多信息，请拜见安立公司白皮书(11410-00711A)—《VNA高速架构进步了雷达脉冲丈量的守时分辨率与精度》。
VectorStar系列是安立公司的高阶矢量网络剖析仪系列产品，可在今世作业途径上供给最超卓的全体功用。其间，MS4640B系列的功用最强，可供给70kHz~70GHz的频率掩盖规模。关于宽带运用，ME7838A系列可为单个1mm同轴测验端口供给70kHz~110GHz的超宽频率掩盖规模。关于多端口运用，MN469xB系列可支撑4端口丈量，此外支撑12端口丈量的VectorStar体系所能掩盖的最高频率达70GHz。而SM6430 VectorStar非线性体系则是最完善的高功用非线性剖析体系，能够经过多条途径灵敏晋级。
安立MS4640B矢量网络剖析仪供给的功用更强，它有助于器材建模工程师完结精确牢靠的器材建模;有助于RD工程师尽量扩展其产品规划的动态规模，研宣布最先进的设备,还有助于制作工程师在确保精准度的状况下最大程度地进步出产功率。
安立MS4640B矢量网络剖析仪在单台仪器中可供给从70kHz~70GHz的最宽频率掩盖规模。能掩盖高达70GHz的频率当然令人赞赏，但低频端额定带来的二十倍频程更令人激动，由于有了它就能够在不运用射频网络剖析仪的状况下更好地完结组件建模。MS4640B矢量网络剖析仪不只具有超卓的原始功用，而且当作业频率为70GHz时,其动态规模可到达业界抢先的100dB，因而该仪器能以最安稳、精确的方法完结最具难度的丈量作业。
当运用该仪器以业界最快的速度(20微秒/点)进行归纳扫描时，其灵敏度可到达80dB。此外，无论是在当时仍是在未来很长一段时刻内，与市场上的同类产品比较，这种矢量网络剖析仪的丈量成果最为精准和全面。
安立矢量网络剖析仪旨在成为抱负的微波矢量网络剖析途径。它依据敞开的Windows架构，能与多种设备相连接，具有直观的界面，而且具有无限潜能，如在单途径形式下可支撑100,001个丈量点。不只如此，它还供给业界首个规范3年保修服务，加上呼应敏捷的出售和技能支撑部队，MS4640B是工程师最正确的挑选。
带有选件035和042(PulseView)的安立MS4640B矢量网络剖析仪具有生成和丈量脉冲信号的功用。该仪器所装备的四个内部信号发生器能生成单线态、双线态、三线态、四线态/猝发脉冲信号。安立MS4640B矢量网络剖析仪支撑多种脉冲丈量方法，如脉冲成形丈量、脉冲内定点丈量和脉冲到脉冲丈量等。
