作者：Rolland Zhang，是德科技公司產品經理

雷達系統(tǒng)用于多種應用，從交通執(zhí)法到天氣預報。其中一些是關鍵任務系統(tǒng)，這意味著任何故障或故障都會危及生命。為了幫助確保良好的結果并延長系統(tǒng)正常運行時間，日常維護和偶爾的故障排除和維修是必不可少的。所有這些都必須在惡劣的環(huán)境條件下快速、準確和可靠地完成。

雷達安裝和維護的現(xiàn)實使這變得困難。由于任務關鍵型系統(tǒng)通常非常復雜，因此需要臺式口徑的結果;然而，使用臺式設備在現(xiàn)場進行準確測量并不容易。幸運的是，現(xiàn)在可用的突破性技術為系統(tǒng)維護人員提供了一種在現(xiàn)場測試關鍵任務雷達系統(tǒng)的新方法。

基礎

雷達系統(tǒng)分為幾個類別，例如氣象、民用空中交通管制和軍用防空。廣泛使用的關鍵任務系統(tǒng)的一個典型例子是商業(yè)空中交通管制。這些發(fā)射和接收波形——脈沖、未調制連續(xù)波 (CW) 和 FM-CW——在處理時提供有關目標范圍、大小和形狀的重要信息;速度和軌跡;方位角和仰角;和飛機識別。

在現(xiàn)場對雷達系統(tǒng)和組件進行表征和故障排除時，通常需要在各種測試條件下測量時域和頻域性能。鑒于當今系統(tǒng)的復雜性，維護人員還必須協(xié)調和比較兩個域中的波形。維護人員甚至可能需要測試和調整各種雷達功能塊或線路可更換單元 (LRU)。

傳統(tǒng)上，此類測試是使用多個臺式儀器進行的。在 LRU 級別尤其如此，這通常需要在時域和頻域(例如，絕對和相對幅度和相位)以及這些測量的各種組合中進行一組基本測量。

涵蓋所有必要的測量通常需要三個或四個單獨的儀器。例如，峰值功率計用于測量作為時間函數(shù)的發(fā)射機的絕對幅度，但需要頻譜分析儀來測量作為頻率函數(shù)的絕對幅度。在進行相對測量時，峰值功率計可以測量波形的相對時間和幅度，但需要矢量網(wǎng)絡分析儀 (VNA) 或矢量電壓表來測量幅度/相位與頻率的關系。

圖 1 顯示了過去幾十年來通常用于現(xiàn)場測試民用航空雷達的儀器。由于大多數(shù)此類設備都是為室內使用而設計的，因此測試場地必須有天氣保護，以確保安全、準確的操作。

圖 1：臺式儀器通常需要幾分鐘的預熱時間，這對于現(xiàn)場使用來說并不理想。

這種傳統(tǒng)方法還有其他幾個問題。首先，臺式儀器的精度通常由制造商指定，僅在設定溫度(例如，23°C ±5°C)下操作時。在現(xiàn)場，測試可能會在廣泛的環(huán)境條件下進行，從而導致測量數(shù)據(jù)的不確定性。

其次，維護人員經常使用較舊的臺式設備，當它的支持壽命結束時，這些設備將變得難以維護或維修。切換到較新的儀器有利于降低總體測試成本，因為許多儀器具有三年保修和更低的總體維護成本。較新的儀器通常還提供更高的性能、更高的精度和特定于應用的功能。然而，一對一的儀器更換并不是雷達應用中的最佳解決方案。

如今，組合式或一體式分析儀(請參閱下面的邊欄“FieldFox 一體式分析儀”)提供多儀器功能，為測試雷達系統(tǒng)提供方便且經濟的解決方案。確保成功、準確結果的關鍵當然是選擇合適的儀器。

使用現(xiàn)場就緒技術

憑借長電池壽命、重量輕和內置 GPS，組合分析儀專為現(xiàn)場測試而設計。堅固的全密封外殼(無風扇或通風口)符合美國 MIL-PRF-28800F 2 類要求，符合 MIL-STD-810G 方法 511.5、程序 1 要求(在爆炸性環(huán)境中操作)，并且還符合 IEC/EN 60529 IP53 防塵防水要求，可在最惡劣的環(huán)境中延長耐用性。

組合分析儀還可以支持遠程操作，例如通過在各種 Apple iOS 設備上運行的應用程序。這對于在同時操作雷達系統(tǒng)的某些部分時可能難以控制和觀察分析儀的測試環(huán)境來說是理想的選擇。

類似的臺式儀器被指定在設定溫度下運行，并且需要很長的預熱時間?？梢匝a償從 –10°C 到 55°C 的溫度變化的組合分析儀已準備好在開啟時以及在指定范圍內的任何溫度變化下進行高度準確的頻譜測量。

同樣重要的是，組合分析儀時域和頻域測量必須與使用臺式儀器在開發(fā)過程中獲取的基準數(shù)據(jù)相關聯(lián)(圖 2 和圖 3)。

圖 2：這些 S 模式發(fā)射機的時域測量顯示使用 8990A 峰值功率分析儀(左)和 FieldFox 組合分析儀(右)進行的 P2 到 P6 第一同步相位反轉。

圖 3：在基于鐵氧體環(huán)行器的射頻雙工器的頻率響應測量中，在網(wǎng)絡分析儀模式下運行的 FieldFox 組合分析儀產生的結果(右)與 8753D 臺式 VNA(左)的結果幾乎相同。

降低維護成本

使用現(xiàn)代現(xiàn)場就緒技術的一個主要好處是降低了總體資本和運營支出。例如，單個組合分析儀可以取代傳統(tǒng)上用于現(xiàn)場民用雷達測試的所有四種射頻儀器，其成本遠低于單個可比臺式儀器的成本。此外，與傳統(tǒng)的每年四次校準加備件的方法相比，減少校準要求(每年只需一次)可以將年度成本降低多達五倍。由于組合分析儀處于其生命周期的早期，因此幾乎不需要維護備件或備用儀器，這兩者都會顯著增加整體測試成本。

邊欄：FieldFox 一體化分析儀

FieldFox 組合分析儀提供圖 1 所示四種儀器的所有測量能力。1，并且可以配置多種測量功能，頻率覆蓋范圍為 30 kHz 至最大 50 GHz。通過添加峰值功率傳感器，F(xiàn)ieldFox 提供了一種解決方案，可以輕松攜帶到測試現(xiàn)場，以測量雷達系統(tǒng)的時間和頻率性能。例如，F(xiàn)ieldFox 組合分析儀具有測試到 LRU 級別所需的功能。支持的測量包括高達 40 GHz 的完整脈沖分析能力，帶有 USB 峰值功率傳感器和發(fā)射機主脈沖到輔助脈沖的相對定時測量。FieldFox 分析儀還通過矢量電壓表模式支持穩(wěn)定的本地振蕩器 (STALO) 相位校準。

FieldFox 獲得的 S 參數(shù)結果可在百分之幾分貝內跟蹤世界上性能最高的 VNA，并在十分之一分貝內匹配世界上性能最高的頻譜分析儀。這種相關程度增加了對測量結果的信心，還降低了通過不良 LRU 或使良好 LRU 失敗的風險。

FieldFox 在是德科技所有復雜的微波或毫米波儀器中故障率最低。事實上，F(xiàn)ieldFox 提供了所有復雜射頻、微波和毫米波儀器中最高的可靠性，與同類臺式儀器相比，這將總體測試成本降低了至少 50%。標準的三年保修還降低了整體維修成本。

審核編輯：湯梓紅