基于手持式矢量网络分析仪的雷达散射截面测量

矢量网络分析仪测量雷达散射截面
矢量网络分析仪以图5所示方式以频率扫描测量S 参数。扫描的频率范围以相应的雷达频率范围为参考，图5 中采用WR-90 波导在X波段（8.2－12.4GHz）进行测量。

图5，MS2028C使用波导天线进行散射界面测量

图6 为矢量网络分析仪测量雷达散射截面的典型连接框图。发射天线和接收天线分别接在矢量网络分析仪的两个测量端口上。一般来说这两个天线应处于同一平面上（相对于被测目标来说），并相互贴近。如果需要考虑极化影响，无论发射天线和接收天线应该可以单独或同时90 度旋转（如图5 中波导天线的E 面和H 面 旋转）。被测目标应置于低反射的支架上或者单独在空中（航线上）。为了滤除其他位置的物体反射造成的测量误差，我们可以采用频率扫描测量并进行傅立叶反变 换得到时域（距离域）测量曲线，使用时域滤波运算（时域门功能）将不属于被测目标的反射滤除，然后，将滤波后的结果再进行傅立叶变换转为频率域显示。但是 由于矢量网络分析仪采用离散频率点扫描方式，因此，傅立叶反变换会有距离折叠现象（即在一定距离后，前面位置的响应重复出现），出现折叠的时间（距离）与 频率扫描测量的关系是：t_a=(N-1)/(频率扫宽)，这里N是频率扫描点数。因此，测量距离R一般应小于t_a×C/2，此处除2是因为信号传播路径是在测量距离上的来回。

图6 矢量网络分析仪测试雷达散射界面框图

天线系统的校准
根据前面的描述，我们对雷达散射截面的测量可以归于矢量网络分析仪的S21测量，而矢量网络分析仪的端口校准（图6 中 的矢网校准面），可以认为是对矢量网络分析仪本身的发射功率和接收增益的归一化，而对天线增益和空间衰减的校准一般使用校准球或校准平面金属板。当然，也 可以使用其他形状的物体，只要已知其散射截面积。使用球体的好处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目标的散射截面积相近。例 如，直径1.13米的金属球体的雷达散射截面积为1m²。

图7，雷达散射截面与目标物理尺寸

测量显示
在完成矢量网络分析仪端口12项误差修正（校准）后，将天线接入测量端口并对准测量目标（或校准球体）区域，进行频率扫描测量得到S21_（f），然后使用带通模式时域变换得到时域（距离域）S21_（D），如图8 和图9 所示，并且可以使用时域门（时域滤波器）将不需要的反射滤除。

图8，目标区域（没有放置被测目标和校准）所有反射的时域显示

图9，在目标区域放置RCS为0.018平方米的校准球体的时域显示

测量步骤和测量运算
将对目标的雷达散射截面测量所使用的矢量网络分析仪设定为S21的测量。

图10，使用矢量网络分析仪对雷达散射截面测量设定

1.矢量网络分析仪进行12 项端口误差校准后，将发射天线接入端口1，将相应的接收天线接入端口2。注意天线极化方向。并保证测量距离D>20 λ，这里 λ为信号波长。注意，根据目标尺寸选择天线，调整天线角度（偏角和仰角）和调节测量距离，应保证被测目标落在天线增益下降小于-1dB 的信号波束内。