一种扩展紧缩场低频测试频率的时域测试方法

马玉丰，李 薇，胡鹏展，韩嘉维

（中国空间技术研究院西安分院，陕西 西安 710000）

0 引言

紧缩场测量系统通常是基于微波暗室和紧缩场反射面体系的测量系统，可以实现包括天线测量、目标特性测量、材料测量以及天线罩测量等多项测试功能。但紧缩场测量系统自身固有的特性决定了系统无法实现较低频段的测量功能，其原因一方面是因为无论反射面是卷边还是锯齿，其相对于低频均无法有效地滤除边缘的反射、散射、绕射，从而造成反射面静区性能随着频率的下降急速恶化；另一方面微波暗室在较低的频段时，吸波材料的性能也急剧下降，从而进一步恶化紧缩场的静区性能，在低于1 GHz时，由于电磁波的波长更长表现尤为明显。

目前，国内已经建成的紧缩场测量系统有上百套，但其在低频的测量频段通常都是从2 GHz开始，部分较为大型的紧缩场系统测量频段则是从1 GHz开始，但随着频率的下降，静区尺寸变小甚至全部区域均不能满足幅度相位变化的测试需求。对于连续波或者线性调频的紧缩场来说，这种固有的低频绕射引起的静区性能恶化无法消除。因此，本文设计了一种在保证测试精度的前提下扩展紧缩场测试频段的时域测试方法。

1 测试系统原理

该实验系统的设计原理是将时域测试设备引入紧缩场测试系统，其中包括时域系统的仪器仪表及采集分析软件等，将其搭载于现有的紧缩场系统中，该紧缩场的测试频率范围为2～40 GHz，静区尺寸为2 m，为单反射面紧缩场的结构形式，原系统测试使用连续波信号源与网络分析仪进行天线测试，测试频率下限只能到2 GHz。本文使用了直接时域法的时窗滤波与平均采样原理[1]，使用时域的信号源与接收机设备（如图1、图2所示），替换原来系统的网络分析仪，在时域滤除来自反射面边缘以及微波暗室在低频时的反射、散射以及绕射的影响[2]，完成紧缩场静区在0.3～1 GHz以下波段的频率扩展，使紧缩场系统在该波段波段获得良好的RCS测量效果。

图1 时域接收机与脉冲源

图2 脉冲探头与测试转台

2 测试试验

2.1 测试系统搭建与待测物

按照时域测试系统的工作原理连接时域脉冲源与时域接收机、脉冲探头，将时域馈源通过测试支架安装于原反射面馈源的焦点处。如图3所示。

图3 系统连接框图

本次试验测试待测设备为直径分别为1 000 mm、500 mm、200 mm的金属球，验证通过该时域扩展设备后低频标准金属球的RCS测试结果。

2.2 测试结果与对比分析

按照测试链路图进行测试系统连接以后，分别将不同大小的金属球以及飞机模型安装于RCS测试支架上，如图4与图8所示，加载脉冲信号，调节时域脉冲的时间延时，找到时域脉冲信号的主要静区反射信号以及DUT的测试信号，调整完成后分别进行RCS的测试。

图4 标准金属球测试

对200 mm金属球的RCS值进行FEKO仿真，测量结果与仿真结果在各个角度的误差≤±1 dB，如图5所示。

图5 200 mm标准金属球测试结果与仿真对比

对500 mm金属球的RCS值进行FEKO仿真，测量结果与仿真结果在各个角度的误差≤±1 dB，如图6所示。

图6 500 mm标准金属球测试结果与仿真对比

对1 000 mm金属球的RCS值进行FEKO仿真，测量结果与仿真结果在各个角度在0.8 GHz附近频段误差≤±1.5 dB，在其余频段误差≤±1 dB，如图7所示。

图7 1000 mm标准金属球测试结果与仿真对比

图8 1.8 m长金属飞机测试

对1 800 mm金属覆膜模型飞机的RCS值进行测量，测量结果趋势在0.3～0.9 GHz时趋势高度一致，在0.9～1.0 GHz时RCS值分布变化较大，如图9所示。

图9 1.8 m长金属飞机测试结果与仿真结果对比

通过将以上测试结果与FEKO仿真的的金属球RCS测试结果进行对比可以看出，除1 000 mm金属球的RCS值测量结果与仿真结果在各个角度在0.8 GHz附近频段误差≤±1.5 dB外，其余金属球的RCS测量结果与仿真结果在各个角度的误差≤±1 dB。对1 800 mm金属覆膜模型飞机进行ISAR成像测量，在300 MHz～1 GHz频段可以明显看到机身的散射中心，同时机身成像效果良好，机翼由于翼展与来波方向处于基本平行状态，成像不太明显，但其散射处也均有成像。

3 结束语

本测试实验基于2 m静区的紧缩场，分别采用200 mm、500 mm、1 000 mm、1.8 m金属飞机模型的被测物进行测量，在0.3～1 GHz波段的RCS测量结果良好，有效地证明了时域系统配合紧缩场可以实现全尺寸紧缩场静区的目标特性测试测量，并能够保证测量结果的精度要求。该紧缩场时域测试通过直接采用时域的方式解决紧缩场测量频率低频扩展问题，从而实现已有紧缩场的扩频升级，满足了用户低频波段高精度RCS测量要求，验证了系统设计的可行性，具有推广价值。■