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电子信息对抗技术・第２１卷 ２００６年９月第５期 宽带 谭世川 Ａ对信号频谱影响的估计 ３３ 中图分类号￣ＴＮ９７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：ＣＮ５１—１６９４（２００６）０５—００３３—０３ 宽带ＴＷＴＡ对信号频谱影响的估计 谭世川 （中国电子科技集团公司第２９研究所，成都６１００３６） 摘要：简要分析影响 估计。 Ａ频谱特征的因素，着重探讨了 汀的供电电源对 Ａ输出信号 的调幅、调相作用，并就工作在连续波以及脉冲发射状态下的 关键词： Ａ；调幅；调相；频谱；脉冲工作 Ａ的频谱特征进行了初略的 Ｅｓｔｉｍａｔｅ ｏｆ Ｂｒｏａｄ Ｂａｎｄ ＴＷＴＡ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｎ Ｓｈｉ．ｃｈｕａｎ （Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＴＷＴＡ ａｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ０ｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｂｒｉｎｇｓ ｔｏ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ ｉｎ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ丌 ＯＨＳ ｏｒ ｐｕｌｓｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＷＴ ｍｐｌａｉｉｆｅｒ；ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｓｅｃｔｐｒｕｍ；ｐｕｌｓｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｒｅ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕ’ １ 引言 近年来，随着电子信息技术的迅猛发展，雷达 干扰技术也日新月异，但总的来说，其呈现出两个 最主要的发展方向：ａ．超大功率压制干扰甚至物 扰效果。 现代雷达干扰为适应目标系统信号特征的快 速变化以及干扰系统本身的电磁兼容要求，愈来 理毁伤，典型的代表就是高功率干扰系统以及定 向能武器等；ｂ．依托强大的信号处理技术以及逼 愈多地采用较高重频、时分割的脉冲工作方式，系 统边侦收边干扰，因而探讨脉冲发射方式下的 Ａ的信号频谱特征对于“灵巧”干扰系统设计 就显得尤为重要。 真的相参干扰技术，采用较小压制系数的信号进 行所谓的“灵巧”欺骗干扰，如距离、速度以及角度 欺骗等。这两种电子战系统具有共同的特点—— 对功率放大器的需求。 Ａ（行波管放大器）具 ２连续波宽带 ２．１ ＴＷＴＡ的组成 Ａ的频谱特征 有工作频带宽、功率大、效率高等特点而被经常应 用在这些场合。但对于压制干扰与相参欺骗干 Ａ的典型组成如图１所示 Ｊ，它主要包 含了前级固态微波组件、 、供电电源以及发射 Ａ的微波 组成，因 机控制保护等电路。由图１知道， 通道主要由前级固态微波组件以及 而他们共同直接决定了 用而间接影响 扰，它们对功率放大器的“精细”指标需求却不尽 相同，对于大功率压制干扰，主要关心功率源的输 出功率；而欺骗干扰，除了具有功率指标要求外， 功放的频谱特征也至关重要，因为它有可能破坏 Ａ的频谱特性，而 的供电电源则是通过其对电子束的调速作 Ａ的频谱。 逼真的相参干扰的信号特征，从而影响预期的干 收稿日期：２００６—０４—０４；修回日期：２００６—０４—２４ 作者简介：谭世川（１９７３一），男，学士，研究方向为脉冲功率技术、小型化发射机技术。 维普资讯 http://www.cqvip.com
谭世川 宽带 １ｗｒＡ对信号频谱影响的估计 电子信息对抗技术・第２１卷 ２００６年９月第５期 图１ Ａ典型组成 ２．２ Ａ的外部输入信号特征 在电子战系统中， Ａ的输入信号一般是 来自于干扰分机，干扰分机将ＤＲＦＭ的信号进行 干扰调制、变频等处理后送出，由于ＤＲＦＭ直接采 样于被干扰目标的发射信号，变频用的本振一般 具有很低的相噪，因而调制后的这种低功率信号 一般与被干扰目标检测系统具有良好的匹配性， 同时具有一定的信噪比。 ２．３固态微波组件的频谱特征 在现代 Ａ的设计中，为了获得较低的噪 声系数以及杂散，愈来愈多的采用固态放大器与 级联的设计，降低 的增益要求。在 Ａ中一般采用很低噪声系数、增益２０—３０ｄＢ 的低功率固态微波组件，因而它一般具有较低的 噪声输出功率谱密度，典型值为一７０ｄＢｍ／ＭＨｚ，它 一般不会影响 的噪声输出功率谱密度，因而 它不是影响 Ａ频谱特征的主导因数。 ２．４ Ａ的行波管内部噪声 行波管的噪声大小与管子的设计方法、阴极 种类、工作状态和聚焦方式等有关 ２ｊ。以频率分 辨率为ｋＨｚ量级的被干扰系统（如代表速度分辨 率的ＰＤ雷达多普勒滤波器带宽）为例，对于一般 的６—１８ＧＨｚ／１００Ｗ的连续波宽带行波管来讲，工 作时它的噪声功率谱密度大约在一５０ｄＢｍ／ｋＨｚ （或者一２０ｄＢｍ／ＭＨｚ），而在饱和状态下载波的输 出功率谱密度可以达到５０ｄＢｍ／ｋＨｚ，输出信噪比 １００ｄＢ／ｋＨｚ。这样高的信噪比甚至超过ＰＤ雷达 的动态（１４位ＡＤ达到的范围），因而行波管内部 噪声通常在 Ａ频谱分析中可不予考虑。 ２．５供电电源对 Ａ频谱的影响 的供电电源一般由灯丝电源、栅极电 源、阴极电源以及收集极电源等组成，它们均采用 直流供电方式（除灯丝有时利用交流外）。这些直 流电源中包含着许多不必要、有害的但又无法完 全避免的信号，其主要表现为电源的纹波（主要由 电源变换以及脉冲调制等引起），当这些纹波电压 （包含基波以及各次谐波）加到 各极上时，形 成了细微变化的电场，这个电场通过对电子束的 调速作用，会对 Ａ放大的信号进行幅度调制 和相位调制，从而使被放大信号产生噪声边带，这 些噪声边带有可能具有较大能量，它不但降低了 有用载波的功率，更重要的是污染了信号频谱。 表１宽带 的供电幅度调制特性 电压种类 调幅灵敏度 调制深度Ｍ 阴极电压 Ｏ．０２５ ｄＢ／Ｖ Ｏ．００２８ 灯丝电压 ｌｄＢ／Ｖ ０．１２２ 收集极电压 Ｏ．Ｏ０ｌ ｄＢ／Ｖ Ｏ．Ｏ００ｌ 由于灯丝电源为低压，虽然它的调制深度最 高，但它的纹波一般很小，因而由它造成的幅度调 制基本上可以忽略，下面以阴极电压纹波调幅分 析 Ａ的频谱。 幅度调制可以用公式（１）来表示［３］： （ｔ）：Ｕｏ［１＋∑ ｃｏｓ（Ｏ ｔ＋ ）］ｃｏｓ（ｏ￣０ｔ＋ ０） （１） 其中∑ａｉｃｏｓ（ｎ ｔ＋ｃＩ９ ）表示阴极纹波电压， 表示调制深度，利用三角变换可以得到调幅后频 谱特性。 （￡）： ｃ０ｓ（∞。￡＋ｃＩ９ｏ）＋ 下ＵｏＭａｉ． 。 ［（∞。＋ｎ ）￡＋ｃＩ９。＋ｃＩ９ｉ］＋ ＵｏＭａｉ． ＣＯＳ［（（Ｕ０一ｎ ）ｔ＋ ０一 ］ （２） 则边带（双边带）与基波的功率比为： ２２Ｐ，／Ｐ。： （３） 由上面公式可知，当 －Ｉ Ａ单音输入时，假设 阴极纹波也为低频单音（例如１００ｋＨｚ高压变换的 基波）Ｊｓ（ｔ）：５ｃｏｓ２７ｒ×２×１０５ｔ即５Ｖ／２０ＯｋＨｚ的阴 极纹波，则Ｐ，极纹波，则 ／Ｐｏ： ：∑ ２ ２＝一 ：一４０ｄＢ，即２００ｋＨｚ ，即 边带相对于基波衰减４０ｄＢ左右。 表２宽带 的供电相位调制特性 电压种类 调相灵敏度 调制深度ｍ 阴极电压 ２。／Ｖ Ｏ．０３５ 收集极电压 Ｏ．Ｏｌ。／Ｖ Ｏ．Ｏ００ｌ７ 灯丝电压 ５。／Ｖ Ｏ．０８７ 维普资讯 http://www.cqvip.com
电子信息对抗技术・第２１卷 ２００６年９月第５期 谭世川 宽带 １ｗｒＡ对信号频谱影响的估计 ３５ 同样由于灯丝电源为低压，一般其纹波相对 较小，因而由它造成的调相基本上可以忽略，下面 性，为简化起见，在短时间内可以用线性变化来近 似脉动部分，即： Ｖ（ｔ）＝Ｖｏ（１一 ） （７） 以阴极电压纹波调相分析其频谱。 相位调制可以用公式（４）来表示： ＝Ｕｏｃｏｓ（ＣＯｏｔ＋ｍａｓｉｎＩ２ｔ） （４） 参照公式（４）３０出调相后的信号表达式： ＝利用三角函数变换，当ｍ＜＜１时，公式（４）可 以化简为： Ｕｏｃｏｓ［（Ｕ０ｔ＋ｍＶ（ｔ）］ （８） 假设 Ａ工作在ｌｋＨｚ，５０％的占空比，脉冲 顶降Ｖｏ＝５０Ｖ，则调相后的频谱为： Ｕｏｃｏｓｏｏ０￡＋—ｍ ａＵｏ＝ｃ。ｓ（（Ｕ０＋Ｑ）￡ ＋ ＋—■ ｍａＵｏｃｏｓｔ，，ｃｏ０一Ｑ）ｔ一＆Ｚ， （５））， 调制边带与基波的功率比为： Ｐ／／Ｐ０＝ｍ ｎ ／２ （６） 由上面公式可知，当ＴＷＴＡ单音输入时，假设 阴极纹波也为低频单音Ｓ（ｔ）＝５ｃｏｓ２ｒｔ×２×ｌ０ｓｔ即 ５Ｖ／２００ｋＨｚ的阴极纹波，则Ｐｆ／Ｐ０＝ｍ ａ ／２＝ 一１５ｄＢ￣Ｐ ２００ｋＨｚ边带相对于基波衰减１５ｄＢ左右。 由前面的计算可以知道，对于同样的阴极纹 波，其对 Ａ的输出频谱影响主要表现为纹波 的调相作用，特别是当阴极纹波较大时，基波的能 量将有很大一部分转移到两个边带上。对于一个 边带基波功率比要求为一４０ｄＢ的系统来讲，通过 上述公式可以反算出阴极电压的纹波要求为 ４００ｍＹ。 ３脉冲工作方式下 的频谱特征 Ａ工作在脉冲发射模式情况下， 的 高压供电电源就会呈现带脉动负载的特性。由于 电源需要提供较大的输出功率，因而组成高压电 源的电源变换、整流、滤波、反馈及控制网络一般 具有大的时间常数特点，这就注定了这种电源无 法快速响应脉动负载，电源在脉冲期间肯定存在 较大的电压顶降，这个顶降就会对 进行相位 调制，从而影响输出信号的频谱。 图２脉冲工作状态下 汀阴极电压波形 Ａ脉冲期间阴极电压一般为指数下降特 ａ 向 ， ， ａ￡ ．，０一ｍ ｒ ｎ ＝ｆｏ—ｏ・０３５× ｆｏ一３・５ＫＨｚ（９） 由上面计算可知，在这种情况下， Ａ的输 出信号相对于输入信号的频谱将偏移３．５ｋＨｚ。 如果利用这样的 Ａ的进行“精细”的欺骗干 扰，对于一个分辨率为ｋＨｚ量级的被干扰的相参 处理系统，此干扰信号将有可能出现频率失配，从 而降低干扰效率。同样如果要避免这种情况的出 现，即引入的频率偏移小于ｌｋＨｚ，以５００Ｈｚ为例， 则要求发射脉冲期问 的阴极供电电源顶降 电压斜率必须小于１４Ｖ／ｍｓ。 ４结论 本文简要分析了影响 Ａ的频谱特征的因 素，提出了 的供电电源是恶化 Ａ输出功 率谱的主导因子，在模型建立的基础上，半定量估 计了 的供电电源对 Ａ输出信号功率谱 的贡献。根据估计结果可以推算，对于大功率压 制或宽带覆盖干扰， Ａ引入的频谱恶化不会 对干扰效果产生大的影响；而对于“欺骗”相参干 扰， Ａ引入的频谱变化必须得到足够的重视， 如果使用或者指标不当，有可能大大影响干扰效 果。此估计方法对于频谱要求较高的 Ａ设计 以及内部关键指标分配具有一定的参考意义。 参考文献： ［１］李敬勇．ＭＰＭ及其在电子战中的应用［Ｊ］．电子对 抗技术，２００４，１９（６）：３８—４１． ［２］王彦．阴控发射机频谱浅析［Ｊ］．火控雷达技术， ２００４，３３（３）：５６—６１． ［３］ 巴斯卡可夫．无线电信号与电路［Ｍ］．哈尔滨：哈尔 滨工业大学出版社’ ９８８・
