一种辐射功率检测器的研制

摘要：设计实现了一种便携式、通用性强、模块化，高可靠性的辐射功率检测器。该检测器在有源电子对抗设备的日常维护、保养中，可用于辐射功率的快速准确检测，可适应于不同频段、不同环境的应用需要，提高了有源电子对抗设备的维护检测效率，解决了有源电子对抗设备日常维护难以检测的难题。
关键词：便携式；辐射功率；有源电子对抗；设备维护

0 引言
随着国力的提升，我军装备大量的有源电子对抗装备，并迅速更新换代。为满足平时训练、战时打仗的需要，对有源电子对抗装备的日常维护、保养、维修均提出了很高的要求，急需研制一种便携、实用的检测设备。本文设计了一种针对大功率电子干扰设备的辐射功率检测器，检测器体积小、重量轻、模块化设计，非常适用于有源电子对抗设备的日常维护、保养。

1 工作原理
1．1 有源电子干扰设备工作原理
有源电子干扰设备是针对作战对象辐射源信息，采用大功率压制噪声、欺骗干扰等辐射射频信号，用以与真实雷达反射信号抗衡，达到破坏迷惑敌方雷达的功能的目的。常用的电子干扰设备包括引导式干扰设备、应答式干扰设备，这里以引导式干扰设备为例，典型的引导式有源电子干扰设备的系统框图如图1所示。

图中，引导式有源电子干扰设备通过接收机引导，干扰机发射，提供有源电子干扰的能力，同时对抗可覆盖频段范围内的多部雷达。图中所示系统包括一部接收机，用于检测和接收侦察接收天线所截获的信号，给出载频(RF)、脉宽(PW)、脉冲幅度(PA)、到达角(AOA)、到达时间(TOA)等脉冲描述字(PDW)参数，用以引导干扰机，以便有源电子干扰机在时域、频域和空域三个方面覆盖作战对象；一部干扰机，包含干扰控制、干扰发射机、干扰波束控制和干扰天线等几部分，用以将引导后产生的干扰信号以一定的功率辐射出去。在系统工作时，有源电子干扰机要将控制的存储信号或信号源信号辐射出去，要保证产生足够的辐射功率来压制真实雷达信号，即要保证最终辐射输出功率的正常。
在有源干扰设备的试验和研制过程中，可以采用大功率计、频谱分析仪等通用检测设备监测接收有源干扰设备辐射输出的信号，用以判断其工作是否正常，但在有源干扰设备的现场维护中，一般没有这些通用设备。一方面因为功率计、频谱分析仪等通用设备属于精密仪器仪表，价格昂贵，操作复杂；另一方面这些通用设备无法长期在恶劣的环境下(盐雾、潮湿、高温、低温)使用，而军用的有源电子对抗设备都是工作在恶劣的环境下，所以必须研制一种便携式、价格低廉、操作简单、具有较高可靠性，适用于恶劣环境的设备来满足有源电子干扰设备的日常维护需求。
1．2 辐射功率检测器的原理及方案设计
1．2．1 检测器组成
辐射功率检测器是通过接收有源电子对抗设备辐射的射频信号，转换为射频信号功率，并给出功率指示，来判断辐射功率是否正常。其工作框图如图2所示。

在图2中，接收天线安装在三角架上，指向被测系统发射天线方向，用来接收被测系统辐射出的射频信号，接收天线与便携式机箱之间采用低损耗射频电缆连接。便携式机箱包含有微波模块、视频检波模块、调理电路模块、微处理单元、显示面板和控制电路几部分，其中显示面板和控制电路部分安装在机箱面板上，其余部分安装在机箱内部。
检测器各主要模块功能如下：
接收天线：接收被测设备的辐射信号，具有定向性，提供一定增益和频段选择，接收天线与机箱之间采用低损耗射频电缆连接；
微波模块：对接收到的辐射信号进行滤波、放大、频段选择、衰减控制等，输出的微波信号送视频检波模块；
视频检波模块：对接收到的微波信号进行视频检波，检波输出为视频信号，采用的是大动态范围、高灵敏度的DLVA(数字对数检波视频放大器)；
调理电路模块：调理电路包含运算放大器、A／D转换等，将视频信号转换为数字信号；
微处理器单元模块：微处理单元模块包含MCU，FPGA，RS 232接口等，将接收到的数字信号处理转换为功率信号，并将功率信号转换为可显示的数值送显示面板显示；
显示面板：采用数码管显示的方式，直观地给出最终的功率值；
控制电路：完成输入信号的选择、滤波、频率选择、衰减等开关控制；
电源：提供电源输入保护，从+28 V变换为±5 V、±12 V，分别给其他各模块提供电源。
1．2．2 硬件设计
(1)调理电路模块
调理电路模块对视频检波输出的视频信号进行放大、模／数转换。放大芯片采用ADI公司的AD8132AR，提供3 dB带宽，350 MHz，1 200 V／μs转换速率，可通过电阻比改变增益。A／D芯片采用TI公司的TLC5540，8位采样，最大采样速率达40MHz，+5V单电源供电。A／D芯片TLC5 540的电压参考采用Maxim公司的高精度，低功耗电压参考芯片MAX6166，电压精度可达±2mV，输出电压为2．5V。
(2)MCU
MCU单元完成系统控制、计算机接口控制、参数设置、面板接口控制、设备参数加载初始化等功能。
选用Atmel公司的8位单片机AT89S8253，兼容标准的MCS-51结构，具有12 KB的片内FLASH，2 KB的E2PROM，256×8 b的内部RAM，保证了程序的运行空间和参数的存储，32位可编程I／O接口满足对外连接的需要，四级中断、可编程看门狗保证了系统的可靠性。
(3)RS 232电平转换
通用的计算机接口均为RS 232电平标准，要实现与MCU的通信，必须将标准的RS 232电平串口转换为TTL电平的UART信号。
为保证电源简单、功耗低，RS 232接口芯片选用了Maxim公司的MAX202E，只需+5V单电源供电，外部只需4个0．1μF的电容即可工作，提供双路RS 232接口。
(4)FPGA
FPGA模块作为系统的核心模块，接收来自MCU的加载参数数据，同时接收高速的采样数字信号，将采样的数字信号与加载的参数比对、校正、组合，转换为可以显示的BCD码，送给数码显示管进行显示。芯片选择Altera公司的EP1K50QC208，包含2 880个逻辑单元、40 960 b的RAM，1个锁相环，完全满足系统存储和运算需要。FPGA的加载芯片采用被动串行芯片EPC2。
(5)电源
电源模块提供±5 V电源，所选用的FPGA需要3．3 V和2．5 V两种电源，芯片选用TI公司的REG104GA-3．3，输入电压为4．3～16 V，输出电压为3．3 V，最大输出电流为1 A；此外还选用LINEAR公司的LT1764EQ-2.5，最大输出电流为3 A，最大输入电压范围为3．5～20 V，输出电压为2．5V。
1．2．3 软件设计
系统软件主要包括MCU程序、FPGA程序，分别实现系统管理、参数设置、接口控制、参数测量转换等功能。
(1)MCU软件
MCU软件是整个系统的管理核心部分，实现接口控制、监测，完成参数设置、更新，实现与外部接口计算机的通信；与FPGA连接，设置FPGA的初始化参数表，流程图如图3所示。