运用手持式矢量网络分析仪丈量雷达散射截面

雷达散射截面是方针物体在雷达接纳机方向上反射雷达信号才能的一种表明办法，其界说为在一个给定方向上的单位角弧度内方针物体散射功率与注入方针物体的功率密度之比。本文首要触及怎样运用安立公司高性能手持式电池操作微波矢量网络分析仪以及运用此外表中的时域门功用在现场或航线中对方针的雷达散射截面进行丈量。从图1中能够看出一个方针的雷达散射截面巨细能够经过比较此方针和规范散射截面（1m2）校准球对信号的反射直观的导出。当金属球体的半径远大于信号波长λ时>15 λ，而且球和雷达的间隔R>15λ 时，此金属球的雷达散射截面与信号频率无关。

图1 雷达散射界面的基本概念

雷达方程
图2 为典型的雷达方程描绘，发射信号功率Pt经过增益为Gt的发射天线，并经过空间的衰减（间隔为R）后，遇到方针并将部分信号功率（反射信号与入射信号的功率比为方针的雷达散射截面）反射回雷达接纳天线，相同经过空间衰减，经过增益为Gr的接纳天线得到功率为Pr，Pr与以上这些参数的联系在图3方程中表明。

图2 典型雷达方程，

这儿发射和接纳天线分开了一个β角，单站雷达的发射和接纳天线处于同一方位（β=0），方针与雷达的间隔为R，信号的极化与发射和接纳天线的极化相关

图3 雷达散射界面丈量框图

Pt＝雷达发射功率
Pr＝雷达接纳功率
Gt＝雷达发射天线增益
Gr＝雷达接纳天线增益
Gσ＝方针雷达散射截面等效增益
Ae＝雷达接纳天线有用面积（m2）
R＝方针间隔
λ＝信号波长
＝方针雷达散射截面积（m2），（界说为，其间k 为常数）
这儿雷达散射截面积能够经过

这儿k是常数

由以上方程得出，只需测得，咱们即能够推导得到方针雷达散射截面积，假如咱们将发射天线和接纳天线别离接在矢量网络分析仪的丈量端口1 和端口2，那么丈量等同于S21 丈量，而因为k 是常数与被测方针无关，因而咱们只需对规范球进行校准丈量即能够得到在丈量条件下（丈量间隔和丈量频率）的k 值。矢量网络分析仪一般选用频率扫描丈量，在此丈量形式下咱们能够经过傅立叶反改换得到时域（间隔域）丈量成果（相似于脉冲雷达），经过将不是方针（不同的间隔）的反射呼应滤除的办法，能够进步丈量准确度。

矢量网络分析仪丈量雷达散射截面
矢量网络分析仪以图5所示办法以频率扫描丈量S参数。扫描的频率规模以相应的雷达频率规模为参阅，图5中选用WR-90波导在X波段（8.2－12.4GHz）进行丈量。

图5，MS2028C运用波导天线进行散射界面丈量

图6为矢量网络分析仪丈量雷达散射截面的典型衔接框图。发射天线和接纳天线别离接在矢量网络分析仪的两个丈量端口上。一般来说这两个天线应处于同一平面上（相关于被测方针来说），并彼此靠近。假如需求考虑极化影响，不管发射天线和接纳天线应该能够独自或一起90度旋转（如图5中波导天线的E面和H面旋转）。被测方针应置于低反射的支架上或许独自在空中（航线上）。为了滤除其他方位的物体反射形成的丈量差错，咱们能够选用频率扫描丈量并进行傅立叶反改换得到时域（间隔域）丈量曲线，运用时域滤波运算（时域门功用）将不归于被测方针的反射滤除，然后，将滤波后的成果再进行傅立叶改换转为频率域显现。可是因为矢量网络分析仪选用离散频率点扫描办法，因而，傅立叶反改换会有间隔折叠现象（即在必定间隔后，前面方位的呼应重复呈现），呈现折叠的时刻（间隔）与频率扫描丈量的联系是：ta=(N-1)/(频率扫宽)，这儿N是频率扫描点数。因而，丈量间隔R一般应小于ta×C/2，此处除2是因为信号传达途径是在丈量间隔上的来回。

图6 矢量网络分析仪测验雷达散射界面框图

天线体系的校准
依据前面的描绘，咱们对雷达散射截面的丈量能够归于矢量网络分析仪的S21丈量，而矢量网络分析仪的端口校准（图6中的矢网校准面），能够认为是对矢量网络分析仪自身的发射功率和接纳增益的归一化，而对天线增益和空间衰减的校准一般运用校准球或校准平面金属板。当然，也能够运用其他形状的物体，只需已知其散射截面积。运用球体的优点在于其散射截面积与频率无关，而校准物体的散射截面积最好与被测方针的散射截面积附近。例如，直径1.13米的金属球体的雷达散射截面积为1m2。

图7，雷达散射截面与方针物理尺度

丈量显现
在完结矢量网络分析仪端口12项差错批改（校准）后，将天线接入丈量端口并对准丈量方针（或校准球体）区域，进行频率扫描丈量得到S21（f），然后运用带通形式时域改换得到时域（间隔域）S21（D），如图8和图9所示，而且能够运用时域门（时域滤波器）将不需求的反射滤除。

图8，方针区域（没有放置被测方针和校准）一切反射的时域显现

图9，在方针区域放置RCS为0.018平方米的校准球体的时域显现

丈量过程和丈量运算
将对方针的雷达散射截面丈量所运用的矢量网络分析仪设定为S21的丈量。

图10，运用矢量网络分析仪对雷达散射截面丈量设定

1.矢量网络分析仪进行12 项端口差错校准后，将发射天线接入端口1，将相应的接纳天线接入端口2。留意天线极化方向。并确保丈量间隔D>20 λ，这儿λ为信号波长。留意，依据方针尺度挑选天线，调整天线视点（偏角和仰角）和调理丈量间隔，应确保被测方针落在天线增益下降小于-1dB 的信号波束内。
2.将被测方针从支架上移开，并丈量支架的反射频率扫描S21（str）丈量，假如方针不方便移开，能够将天线一起（包括发射天线和接纳天线）转到一个空阔方位，并确保在相同的间隔上没有其他物体存在。如图10 中表明的校准区域。
3.将频率扫描S21（str）成果转化为时域，一起将时域门设置在方针方位，并调理门宽将方针的一切反射均包括在内，将时域滤波后的成果保存至外表内存。
4.假如方针无法从支架上移开，应确保支架自身的反射S21（str）较反射方针低20dB以上（S21（str）＋20dB<< S21（tgt））。为达到此意图，能够选用在支架上包覆微波吸收资料的办法。
5.将规范物体置于方针区域，丈量规范物体频率扫描的S21（std），并将成果转化为时域，一起将时域门设置在方针方位，并调理门宽将方针的一切反射均包括在内，将时域滤波后的成果保存至外表内存。留意，规范物体的雷达散射截面应挨近方针雷达散射截面。
6.将被测方针置于方针区域并移开规范物体，丈量规范物体频率扫描S21（tgt），并将成果转化为时域，一起将时域门设置在方针方位，并调理门宽将方针的一切反射均包括在内，将时域滤波后的成果保存至外表内存。
7.雷达散射截面运算方程：

这样，，，
因为，所以
因而，，假如支架的反射较大，而且规范物体也是放在支架上进行校准丈量的。那么，

因为已知，咱们即能够得到，例如，
图11 中的方针与图9中直径为6英寸的校准金属球体相比较（参阅光标读数），知道，，，依据
，得到

图11，丈量一个直径为12英寸的金属球体的S21时域曲线

信号极化
反射信号的极化方向可能与雷达发射信号的极化方向不同，方针的形状不同反射的极化也会不同，见图2 中的Et 和Er描绘。
为了批改极化差错，咱们能够别离丈量方针在笔直和水平极化情况下的雷达散射截面，这样咱们就能够树立散射截面极化矩阵。所要做的是，在一种发射极化（笔直或水平）情况下，丈量两种极化（笔直和水平）的S参数。

极化矩阵


Et 与Er的联系为


这儿Sxx为上面说到的4 种不同状况测得的S参数
发射笔直极化，接纳笔直极化
发射笔直极化，接纳水平极化
发射水平极化，接纳笔直极化
发射笔直极化，接纳笔直极化
依据上面的描绘，关于4 种状况下得到的S参数，咱们也能够推出相似的雷达散射截面矩阵

假如发射天线是笔直极化的，那么，并以此类推。