Использование аналоговой волоконно-оптической линии передачи СВЧ сигналов для контроля параметров радиолокационной станции X-диапазона

А.Ю. Золотаев, А.Ф. Солодков, В.В. Щербаков

 

 

Современные волоконно-оптические линии передачи аналоговых СВЧ сигналов позволяют передавать сигналы в полосе 0,1 - 18 ГГц на расстояние в десятки километров или  создавать широкополосные активные волоконно-оптические линии задержки аналоговых сигналов на величину задержки до 300 мкс и более.

Ниже приведены результаты разработки опытного образца стенда контроля параметров радиолокационной станции X-диапазона, позволяющего проводить ее проверку без выхода в эфир в полевых или цеховых условиях.

 

Стенд обеспечивает:

• воспроизведение зондирующего сигнала РЛС с задержкой его на необходимую фиксированную величину или ряд величин (при заказе соответствующих линий задержки, входящих в блок модулятора); в описываемом образце - с задержкой на 67,765 мкс;
• воспроизведение сигналов различной структуры и частоты от внешнего генератора сигналов, синхронизированного с сигналом РЛС;
• одновременное воспроизведение нескольких сигналов от внешних генераторов и сигнала РЛС.

Это позволяет при работе РЛС на «эквивалент»:

• провести юстировку РЛС по дальности и углам;
• измерить диаграмму направленности антенн РЛС;
• определить ошибки установки луча ФАР;
• провести юстировку локационного и оптического каналов;
• оценить степень и качество подавления отражений от местных предметов (работа СДЦ);
• оценить характеристики приёмо-передающего тракта РЛС;
• оценить работу алгоритма помехозащиты РЛС.

Схема стенда приведена на рис.1. В его состав входит блок модулятора, блок демодулятора и катушка с оптическим кабелем. 

  Рис.1. Схема стенда: 1- лазер; 2- модулятор; 3- схема стабилизации режимов лазера и модулятора; 4- волоконно-оптическая линия задержки на 67,765 мкс; 5- оптический кабель160 м; 6- фотоприемник; 7- усилитель; 8- ферритовый вентиль; 9– рупорная антенна (в комплект стенда не входит).

 

На рис.2 приведены фотографии блоков, входящих в стенд.

Рис.2. Фото блоков стенда: блок модулятора, блок демодулятора, катушка с оптическим кабелем, адаптеры питания от сети 220 В.

 

 

Основные технические характеристики стенда

• Полоса частот СВЧ сигнала: от 9 до 11 ГГц;
• Время задержки СВЧ сигнала: 67,765 мкс;
• Неравномерность АЧХ  в полосе  9 - 11 ГГц: не более 5 дБ;
• Нелинейность ФЧХ  в полосе  9 - 11 ГГц: ±10 град.;
• КСВн по входу модулятора: не более 2,3;
• КСВн по выходу демодулятора: не более 1,5;
• Коэффициент передачи: не менее -10 дБ;
• Максимально допустимый уровень входного сигнала: 100 мВт;
• Напряжение питания: 21 - 29 В постоянного тока или 220 В переменного тока;
• Ток потребления: не более 1,5 А;        
• Длина оптического кабеля на катушке: 160 м;
• Время готовности (от момента подачи питания): 15 с;
• Диапазон рабочих температур:  от -30 до +50 ºC.

 

Частотные характеристики стенда, измеренные анализатором Agilent N5244A, приведены на рис.3.

   

 

Рис.3. Частотные характеристики стенда.

 

 

Следует отметить, что полоса рабочих частот в описываемом стенде определялась только полосой СВЧ усилителя и ферритового вентиля, все остальные элементы тракта перекрывают полосу частот от 1 до 18 ГГц.

Был измерен динамический диапазон сквозного ВЧ канала стенда с помощью двухсигнального генератора анализатора Agilent N5244A (рис.4).

Динамический диапазон, свободный от продуктов интермодуляции 3-го порядка, составляет 97 ±1 дБ в полосе 1 Гц.

Амплитудная характеристика канала, измеренная при подаче на СВЧ вход гармонического сигнала с частотой 10 ГГц, приведена на рис.5.

При максимальной мощности сигнала, который может дать  анализатор Agilent N5244A, равном 19 дБм, завал коэффициента передачи канала составляет около 0,5 дБ. Отсюда вытекает, что завал коэффициента передачи на 1 дБ соответствует уровню входного сигнала не менее 100мВт.

 

Температурное изменение величины задержки радиосигнала

Было проведено измерение зависимости величины задержки ВОЛЗ из волокна SMF-28 фирмы Corning от температуры в диапазоне температур от +22 до 60 ºC. Измерение проводилось в полосе частот 0.001 ÷ 8.5 ГГц на двух длинах волн: 1310 и 1550 нм, с помощью анализатора Agilent N4373A и анализатора цепей Agilent Е5071B.
Температурное приращение величины задержки лежит в пределах (5 ÷ 8)×10^-6 на ºC.
Таким образом, при изменении температуры от -60 до +60 ºC изменение величины задержки не превышает ±50×10^-5, или ±0,05%.

 

  Рис.4. Динамический диапазон по IP3 аналогового канала стенда.

 

Рис.5. Амплитудная характеристика аналогового канала стенда.