有源干擾輻射對艦面電磁環(huán)境影響的抑制技術(shù)研究

摘 ?要：本文分析了艦載有源干擾設(shè)備的特點(diǎn)，其加電后行波管功率放大器發(fā)出的靜態(tài)噪聲輻射干擾信號時(shí)帶來的帶外雜散和較高的天線副瓣電平，給艦面的其他電子設(shè)備的正常工作造成了電磁干擾。因此，本文從降低靜態(tài)噪聲、改變放大器使用區(qū)域以及在不影響作戰(zhàn)使用的情況下選擇合適的有源干擾設(shè)備安裝布局等角度進(jìn)行了分析，并給出了改善艦面電磁環(huán)境的技術(shù)途徑和有效措施，使有源干擾設(shè)備在艦船有限的平臺上能夠與其他設(shè)備更好地兼容工作。

關(guān)鍵詞：有源干擾;雜散抑制;電磁環(huán)境

中圖分類號：TN972 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）05-0065-03

Abstract：The characteristics of Shipborne active jamming equipment are analyzed. The static noise emitted by the power amplifier of traveling wave tube，the stray outside the band and the high antenna sidelobe level caused by the radiation of the jamming signal cause electromagnetic interference to the normal operation of other electronic equipments on the surface of the ship. In this paper，the methods of reducing static noise，changing the use area of amplifier and choosing suitable installation layout of active jamming equipment without affecting operational use are analyzed，and the technical approaches and effective measures to improve the electromagnetic environment on ship surface are given. The active jamming equipment can work better compatibly with other equipment on the limited platform of ships.

Keywords：active interference;stray suppression;electromagnetic environment

0 ?引 ?言

艦載電子對抗系統(tǒng)作為水面艦艇的“軟”武器系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著干擾敵艦載、機(jī)載以及反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的作戰(zhàn)任務(wù)。艦載有源干擾設(shè)備用于對高威脅目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，實(shí)施干擾，干擾頻帶寬、功率大、干擾樣式豐富，可同時(shí)對抗多部雷達(dá)，在水面艦艇防空反導(dǎo)任務(wù)中擔(dān)負(fù)著“軟”武器對抗的重要使命。

但是在艦船這個(gè)有限的平臺上，往往同時(shí)存在多部雷達(dá)，有源干擾設(shè)備輻射干擾信號通常覆蓋了C/X/Ku頻帶，其帶外雜散分量高、天線副瓣電平高，對艦面布置的其他艦載電子設(shè)備造成了不同程度的電磁干擾。

通過全艦電磁兼容管控，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)的變化、戰(zhàn)場電磁頻譜環(huán)境變化，進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)調(diào)整，能夠確保艦船完全有計(jì)劃地進(jìn)行電磁頻譜應(yīng)用，最大限度地解決電磁兼容問題，但有源干擾設(shè)備天線副瓣電平高、帶外雜散頻譜范圍寬，功率電平高，給全艦電磁兼容管控增加了一定的技術(shù)難度，降低了其他艦載電子設(shè)備和武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，成為水面艦艇電磁兼容管控工作中的難題之一。

1 ?有源干擾設(shè)備的特點(diǎn)

艦載有源干擾設(shè)備的干擾方式一般分為壓制性干擾和欺騙性干擾。壓制性干擾通過發(fā)射高功率隨機(jī)信號，在時(shí)域、頻域上掩蓋目標(biāo)回波;欺騙性干擾通過復(fù)制、轉(zhuǎn)發(fā)雷達(dá)輻射脈沖，形成假目標(biāo)，欺騙對方雷達(dá)。

在設(shè)計(jì)有源干擾設(shè)備時(shí)，首先考慮需掩護(hù)目標(biāo)的RCS值，據(jù)此設(shè)計(jì)干擾功率。隨著需保護(hù)目標(biāo)RCS值的增大，有源干擾設(shè)備的輻射功率往往需達(dá)到數(shù)百千瓦，才能有效保護(hù)被掩護(hù)目標(biāo)。根據(jù)輻射功率選擇線陣天線，在空間將中功率TWT合成為高功率輻射波束，以達(dá)到干擾敵方雷達(dá)的目的。

有源干擾設(shè)備對艦面的電磁環(huán)境影響主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）行波管加電后，在信號輸入端無微波信號條件下會輸出靜態(tài)噪聲;（2）在發(fā)射有用干擾信號的同時(shí)也帶有無用的雜散頻譜信號。帶外雜散頻譜分布密集無規(guī)則，幾乎接近連續(xù)譜。

1.1 ? 靜態(tài)噪聲

靜態(tài)噪聲是指在行波管功率放大器加電正常后，在信號輸入端無微波信號條件下，功率放大器輸出的信號。行波管放大器（TWT）輸出靜態(tài)噪聲較大。TWT工作原理如圖1所示。

其靜噪是連續(xù)波行波管正常加電后，因燈絲發(fā)熱，使陰極產(chǎn)生熱電子運(yùn)動，其蒸發(fā)的熱電子在RF入端無輸入微波信號時(shí)，由RF出端輸出的接近于白噪聲的射頻信號功率。靜態(tài)噪聲頻譜特性如圖2所示。典型行波管（單管功率50W）的靜態(tài)噪聲電平約為-20～-23dBmw/MHz。靜態(tài)噪聲隨著行波管的輸出功率增大而增大。末級行波管功放輸出靜態(tài)噪聲如圖2所示。

1.2 ? 輻射有用干擾信號時(shí)的帶外雜散頻譜特性

有源干擾設(shè)備在發(fā)射有用干擾信號的同時(shí)也帶有無用的雜散頻譜信號，發(fā)射有用干擾信號時(shí)頻譜分布如圖3所示。有源干擾發(fā)射頻譜中除有用干擾信號瞬時(shí)帶寬Δf外，還具有干擾信號的高次諧波分量和非諧波帶外雜散分量，而且其帶外雜散分量頻譜分布是無規(guī)則狀態(tài)。其2次以上諧波分量是有用干擾信號的n倍頻率，其幅度約為主頻譜-20dB～-30dB左右。其非諧波帶外雜散為主頻譜的-30dB～-40dB，而且頻譜分布雜亂。

有源干擾設(shè)備為了保證干擾效果，在實(shí)施雜波壓制性干擾時(shí)需具備一定的壓制帶寬。對固定點(diǎn)頻工作的雷達(dá)，雜波干擾的壓制帶寬通常為10MHz～20MHz，對跳頻工作的雷達(dá)壓制干擾帶寬通常達(dá)到數(shù)百兆。無論是窄帶壓制干擾帶寬或是寬帶壓制帶寬，均是由許許多多頻率信號的集合而成，在同一時(shí)刻由末級功放輸出。隨著艦船雷達(dá)功率的增大和需要保護(hù)的RCS增大，行波管需要大功率發(fā)射才能產(chǎn)生有效的有源干擾效果，往往工作在非線放大性區(qū)（準(zhǔn)飽和和飽和放大區(qū)）會產(chǎn)生波形畸變，輸出信號會產(chǎn)生高次諧波分量。如果同時(shí)干擾多個(gè)目標(biāo)雷達(dá)，則會同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)不同頻率的輸入信號，除了產(chǎn)生許多高次諧波分量（2fλ……nfλ）以外，還會產(chǎn)生多個(gè)頻率信號之間的交調(diào)互調(diào)，fi+fj，fi-fj……許多新的頻率分量信號，這些新的頻率分量頻譜寬而且密集，即非諧波帶外雜散信號。隨著輸入功率增大，非線性越深，雜散電平越高。

2 ?改善有源干擾輻射帶外雜散分量的技術(shù)途徑

2.1 ?采用固態(tài)功率放大器

固態(tài)功率放大器由于不需燈絲加熱“蒸發(fā)”熱電子，其靜態(tài)噪聲比行波管功放要降低20dB～30dB?？刹捎枚嘣虘B(tài)功放發(fā)射陣列進(jìn)行功率合成，滿足有源干擾設(shè)備輸出大功率的要求。

2.2 ?采用柵極控制的新型連續(xù)波TWT功率放大器和動態(tài)快速截止電壓控制技術(shù)

有源干擾設(shè)備目前普遍采用時(shí)間分配法，以達(dá)到對雷達(dá)目標(biāo)有效干擾的目的，有源雜波干擾實(shí)施雷達(dá)目標(biāo)干擾時(shí)序關(guān)系如圖4所示。

由圖4可見，有源干擾時(shí)間要覆蓋雷達(dá)目標(biāo)脈沖。在偵察觀察窗（約為2～5ms）內(nèi)和電磁兼容管控跟蹤波門（約為2～15μs）內(nèi)，有源干擾停止發(fā)射，目前采用快速切斷行波管輸入微波信號而停止干擾發(fā)射。這時(shí)行波管輸出信號端仍有靜態(tài)噪聲，對本艦雷達(dá)偵察設(shè)備和本艦同頻段工作的其他電子設(shè)備造成干擾，不能正常接收信號。

采用在有源干擾發(fā)射時(shí)間之外的時(shí)間域給行波管聚束極加載截止負(fù)電壓，可抑制行波管靜態(tài)噪聲。以某個(gè)行波管為例，在聚束極電壓處于非截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，行波管輸出靜態(tài)噪聲為-23dBm/MHZ，當(dāng)聚束極電壓處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，輸出為-80dBm/MHZ?？梢娋凼鴺O處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，靜態(tài)噪聲降低了67dB，其效能甚佳。

由于觀察窗口時(shí)序是動態(tài)變化的，因此其聚束極截止電壓時(shí)間也是動態(tài)變化的，其窗口寬度從微秒到毫秒，秒級不等，而行波管聚束極的截止電壓為1Kv的負(fù)壓，要實(shí)現(xiàn)微秒級的高電壓切換，對供電電源和連續(xù)波行波管都具有較大的技術(shù)難度，對μs級控制聚束極電壓跳變是困難的。

目前采用柵控的大功率CW行波管已有成熟產(chǎn)品，柵控行波管的優(yōu)點(diǎn)是柵極控制截止電壓約為-300v左右，可以實(shí)現(xiàn)柵控電壓的快速跳變，從而實(shí)現(xiàn)行波管的快速（μs級）截止和開通。

2.3 ?末級功率放大器發(fā)射干擾時(shí)帶外雜散的抑制技術(shù)

選擇行波管工作在線性區(qū)域和淺非線性區(qū)，可以大大降低帶外雜散分量，但輸出的功率也下降。為了彌補(bǔ)末級功放輸出功率下降的缺陷，可以用多個(gè)工作在線性區(qū)或淺非線性區(qū)工作的末級功放組提高有效輻射功率，如多波束和相控陣模式，當(dāng)然設(shè)備成本更高，但達(dá)到了降低帶外雜散的目的。

2.4 ?降低發(fā)射天線副瓣，提升發(fā)射天線與其他天線的隔離度

發(fā)射天線一般布局在艦面主桅兩弦方向，2套天線各覆蓋180°，選擇合適的發(fā)射天線位置，在不影響干擾效果的情況下，通過降低發(fā)射天線高度，減少艦面反射，可以改善發(fā)射時(shí)對艦面電磁環(huán)境的影響。

有源干擾設(shè)備在作戰(zhàn)使用過程中，主要針對反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)。艦載天線為了獲得更高的靈敏度和截獲概率，往往安裝位置較高，通常安裝在艦島上。要降低有源干擾設(shè)備發(fā)射時(shí)對其他艦載電子設(shè)備的影響，可以選擇降低發(fā)射天線的高度，以提升發(fā)射天線與其他天線的隔離度。

一般導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)都在攻擊末端，距被攻擊艦艇距離在20km左右。根據(jù)視距計(jì)算公式：，其中：h1為目標(biāo)高度（m），h2為有源干擾天線高度（m）。以常規(guī)反艦導(dǎo)彈飛行高度5m來計(jì)算，發(fā)射天線的高度大于7m即可滿足20km的視距要求。由此，可將發(fā)射天線布局在主甲板以下的左、右弦。

3 ?結(jié) ?論

通過上述分析，改善有源干擾輻射對艦面電磁環(huán)境影響的措施有：

（1）選用新型的功率放大器，降低靜態(tài)噪聲和帶外雜散;（2）選擇合適的安裝位置，降低有源干擾設(shè)備發(fā)射機(jī)的副瓣電平，提高發(fā)射機(jī)主副瓣和其他天線的隔離度;減少艦面反射;（3）通過隱身設(shè)計(jì)，降低艦艇自身的RCS值，從而降低有源干擾的發(fā)射功率，以達(dá)到抑制干擾的目的。

有源干擾設(shè)備作為艦船的重要的軟武器之一，通過一系列的設(shè)計(jì)、布設(shè)及電磁兼容管控，能夠抑制有源干擾設(shè)備輻射對艦面電磁兼容環(huán)境的影響，在艦船這個(gè)有限的平臺上，大功率發(fā)射設(shè)備與其他接收設(shè)備能夠兼容工作。但未來在編隊(duì)作戰(zhàn)的情況下，在頻域、時(shí)域、空域系統(tǒng)化的進(jìn)行電磁兼容管理和控制，保證艦艦協(xié)同、艦機(jī)協(xié)同、互不影響是需要繼續(xù)進(jìn)行研究和解決的問題。

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作者簡介：陳舒（1985-），女，漢族，江蘇人，工程師，本科，研究方向：電子對抗系統(tǒng)。