基于手持式矢量网络分析仪实现雷达散射截面测量

雷达散射截面是目标物体在雷达接收机方向上反射雷达信号能力的一种表示方式，其定义为在一个给定方向上的单位角弧度内目标物体散射功率与注入目标物体的功率密度之比。本文主要涉及怎样使用安立公司高性能手持式电池操作微波矢量网络分析仪以及使用此仪表中的时域门功能在现场或航线中对目标的雷达散射截面进行测量。从图1中可以看出一个目标的雷达散射截面大小可以通过比较此目标和标准散射截面（1m2）校准球对信号的反射直观的导出。当金属球体的半径远大于信号波长λ 时 >15 λ，并且球和雷达的距离R>15λ 时，此金属球的雷达散射截面与信号频率无关。


图1 雷达散射界面的基本概念
雷达方程
图2 为典型的雷达方程描述，发射信号功率Pt通过增益为 Gt的发射天线，并通过空间的衰减（距离为R）后，遇到目标并将部分信号功率（反射信号与入射信号的功率比为目标的雷达散射截面 ）反射回雷达接收天线，同样经过空间衰减，通过增益为 Gr的接收天线得到功率为 Pr， Pr与以上这些参数的关系在图3方程中表示。


图2 典型雷达方程，
这里发射和接收天线分开了一个β角，单站雷达的发射和接收天线处于同一位置（β=0），目标与雷达的距离为R，信号的极化与发射和接收天线的极化相关


图3 雷达散射界面测量框图

Pt＝雷达发射功率
Pr＝雷达接收功率
Gt＝雷达发射天线增益
Gr＝雷达接收天线增益
Gσ＝目标雷达散射截面等效增益
Ae＝雷达接收天线有效面积（m2）
R＝目标距离
λ＝信号波长
         ＝目标雷达散射截面积（m2），（定义为 ，其中k 为常数）
这里雷达散射截面积可以通过

这里k是常数

由以上方程得出，只要测得 ，我们即可以推导得到目标雷达散射截面积 ，如果我们将发射天线和接收天线分别接在矢量网络分析仪的测量端口1 和端口2，那么 测量等同于S21 测量，而由于k 是常数与被测目标无关，因此我们只要对标准球进行校准测量即可以得到在测量条件下（测量距离和测量频率）的k 值。矢量网络分析仪一般采用频率扫描测量，在此测量模式下我们可以通过傅立叶反变换得到时域（距离域）测量结果（类似于脉冲雷达），通过将不是目标（不同的距离）的反射响应滤除的方法，可以提高测量准确度。