信號(hào)發(fā)生器在雷達(dá)接收機(jī)靈敏度測(cè)試中扮演關(guān)鍵角色，通過(guò)模擬不同強(qiáng)度的目標(biāo)回波信號(hào)，驗(yàn)證接收機(jī)在低信噪比（SNR）條件下的檢測(cè)能力。以下是具體測(cè)試步驟、關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置及注意事項(xiàng)：

一、測(cè)試原理

雷達(dá)接收機(jī)靈敏度定義為：在滿足特定誤碼率（BER）或檢測(cè)概率（Pd）和虛警概率（Pfa）條件下，接收機(jī)能夠檢測(cè)到的最小輸入信號(hào)功率（Smin）。測(cè)試核心是通過(guò)信號(hào)發(fā)生器生成已知功率的微弱信號(hào)，逐步降低信號(hào)強(qiáng)度直至接收機(jī)無(wú)法可靠檢測(cè)，記錄此時(shí)的功率值。

二、測(cè)試設(shè)備準(zhǔn)備

1. 信號(hào)發(fā)生器
   • 需支持：
     • 高頻段覆蓋：與雷達(dá)工作頻段一致（如X波段8-12GHz、Ku波段12-18GHz）。
     • 低相位噪聲：避免信號(hào)自身噪聲干擾測(cè)試結(jié)果（典型值<-120dBc/Hz@10kHz）。
     • 高幅度分辨率：功率調(diào)整步進(jìn)≤0.1dB（如Keysight E8257D支持0.01dB步進(jìn)）。
   • 推薦型號(hào)：R&S SMW200A（40GHz，相位噪聲-145dBc/Hz@10kHz）、Anritsu MG3710A（20GHz，功率范圍-140dBm至+13dBm）。
2. 功率衰減器
   • 作用：擴(kuò)展信號(hào)發(fā)生器輸出功率范圍至超低電平（如-140dBm以下）。
   • 類(lèi)型：固定衰減器（如30dB）或可變衰減器（如HMC624LP4E，衰減范圍0-31.5dB）。
   • 注意：需選擇低插入損耗（<0.5dB）和高衰減精度（±0.1dB）的型號(hào)。
3. 頻譜分析儀/誤碼率測(cè)試儀（BERT）
   • 作用：監(jiān)測(cè)接收機(jī)輸出信號(hào)質(zhì)量（如SNR、BER）或驗(yàn)證檢測(cè)概率。
   • 推薦型號(hào)：Keysight N9041B UXA信號(hào)分析儀（110GHz帶寬）、R&S FSW信號(hào)分析儀（85GHz帶寬）。
4. 測(cè)試連接
   • 信號(hào)路徑：信號(hào)發(fā)生器 → 功率衰減器 → 雷達(dá)接收機(jī)輸入端口。
   • 同步觸發(fā)：若測(cè)試脈沖雷達(dá)，需用同步信號(hào)觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器和接收機(jī)（如通過(guò)外部TTL信號(hào)）。

三、測(cè)試步驟

1. 初始設(shè)置

• 信號(hào)參數(shù)配置：
  • 頻率：設(shè)置為雷達(dá)中心頻率（如10GHz）。
  • 調(diào)制方式：根據(jù)雷達(dá)類(lèi)型選擇脈沖調(diào)制（如PRI=100μs，脈沖寬度1μs）或連續(xù)波（CW）。
  • 信號(hào)形式：模擬目標(biāo)回波時(shí)，需疊加多普勒頻移（如fd=c2vf0，模擬目標(biāo)速度）。
• 功率校準(zhǔn)：
  • 使用功率計(jì)（如Keysight N8481A）校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸出功率，確保衰減器后的實(shí)際功率與顯示值一致。

2. 靈敏度閾值測(cè)試

• 步驟：
  1. 設(shè)置初始功率：從信號(hào)發(fā)生器輸出較高功率（如-60dBm），確保接收機(jī)可穩(wěn)定檢測(cè)。
  2. 逐步降低功率：以1dB步進(jìn)減小信號(hào)功率，每次調(diào)整后記錄接收機(jī)輸出信號(hào)的SNR或BER。
  3. 確定靈敏度點(diǎn)：
     • 基于SNR：當(dāng)SNR降至接收機(jī)設(shè)計(jì)閾值（如10dB）時(shí)，記錄當(dāng)前輸入功率。
     • 基于BER：對(duì)于通信雷達(dá)，當(dāng)BER超過(guò)允許值（如10??）時(shí)，記錄功率。
     • 基于檢測(cè)概率：對(duì)于脈沖雷達(dá)，統(tǒng)計(jì)1000次脈沖中正確檢測(cè)的次數(shù)，當(dāng)Pd<90%時(shí)記錄功率。
  4. 重復(fù)驗(yàn)證：在靈敏度點(diǎn)附近反復(fù)測(cè)試，確認(rèn)結(jié)果一致性。

3. 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景測(cè)試（可選）

• 多目標(biāo)模擬：通過(guò)多通道信號(hào)發(fā)生器（如R&S SMW200A的4通道）生成不同功率的目標(biāo)信號(hào)，驗(yàn)證接收機(jī)在多目標(biāo)環(huán)境下的靈敏度退化。
• 雜波干擾：在信號(hào)中疊加高斯白噪聲（如通過(guò)頻譜分析儀生成），測(cè)試接收機(jī)在低SNR條件下的抗干擾能力。

四、關(guān)鍵參數(shù)控制

1. 功率精度
   • 衰減器校準(zhǔn)：使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）測(cè)量衰減器的實(shí)際衰減曲線，補(bǔ)償溫度漂移（典型溫漂±0.01dB/℃）。
   • 功率平坦度：確保信號(hào)發(fā)生器在測(cè)試頻段內(nèi)的功率平坦度≤±0.5dB（如通過(guò)頻譜分析儀驗(yàn)證）。
2. 相位噪聲影響
   • 影響機(jī)制：信號(hào)發(fā)生器相位噪聲會(huì)抬高接收機(jī)噪聲基底，導(dǎo)致靈敏度下降。
   • 補(bǔ)償方法：選擇低相位噪聲型號(hào)，或在測(cè)試中扣除相位噪聲貢獻(xiàn)（通過(guò)公式Smin,corr=Smin,meas?10log(1+10ΔSNR/10)，其中ΔSNR為相位噪聲引起的SNR損失）。
3. 多普勒頻移精度
   • 速度模擬誤差：多普勒頻移誤差需小于接收機(jī)速度分辨力（如1m/s對(duì)應(yīng)Δf≈66Hz@10GHz）。
   • 校準(zhǔn)方法：使用頻率計(jì)數(shù)器（如Keysight 53230A）測(cè)量信號(hào)發(fā)生器實(shí)際輸出頻率，驗(yàn)證多普勒頻移準(zhǔn)確性。

五、測(cè)試結(jié)果分析

1. 靈敏度計(jì)算
   • 公式：Smin=Pin+10log(N)?SNRthresh，其中Pin為輸入功率，N為噪聲功率帶寬，SNRthresh為閾值信噪比。
   • 示例：若接收機(jī)噪聲系數(shù)F=3dB，帶寬B=1MHz，則噪聲功率N=?174dBm/Hz+10log(B)+F=?114dBm。當(dāng)SNRthresh=10dB時(shí)，Smin=?104dBm。
2. 與理論值對(duì)比

   • 理論靈敏度：根據(jù)接收機(jī)噪聲系數(shù)（NF）、帶寬（B）和檢測(cè)閾值計(jì)算：

其中$ kTB $為熱噪聲功率（-174dBm/Hz@290K）。

• 偏差分析：若實(shí)測(cè)值比理論值高>3dB，需檢查：
  • 信號(hào)發(fā)生器相位噪聲貢獻(xiàn)。
  • 接收機(jī)內(nèi)部噪聲系數(shù)惡化（如LNA損壞）。
  • 測(cè)試路徑損耗未校準(zhǔn)。

六、常見(jiàn)問(wèn)題與解決

1. 信號(hào)發(fā)生器輸出功率不足
   • 現(xiàn)象：無(wú)法達(dá)到接收機(jī)理論靈敏度（如需-120dBm，但信號(hào)發(fā)生器最低輸出-110dBm）。
   • 解決：增加可變衰減器（如HMC624LP4E）擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍，或使用超低噪聲放大器（LNA）提升接收機(jī)靈敏度。
2. 接收機(jī)飽和
   • 現(xiàn)象：高功率信號(hào)時(shí)接收機(jī)增益壓縮，導(dǎo)致低功率信號(hào)測(cè)試異常。
   • 解決：在信號(hào)路徑中插入限幅器（如Skyworks SKY12347-385LF），或調(diào)整接收機(jī)自動(dòng)增益控制（AGC）參數(shù)。
3. 測(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)
   • 現(xiàn)象：手動(dòng)調(diào)整功率步進(jìn)耗時(shí)（如1dB步進(jìn)測(cè)試-140dBm至-60dBm需80步）。
   • 解決：使用自動(dòng)化測(cè)試腳本（如通過(guò)MATLAB控制信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析儀），或采用二分法快速定位靈敏度點(diǎn)。

七、應(yīng)用案例

案例：某型X波段脈沖雷達(dá)接收機(jī)靈敏度測(cè)試

• 測(cè)試目標(biāo)：驗(yàn)證接收機(jī)在Pd=90%、Pfa=10??條件下的靈敏度是否優(yōu)于-115dBm。
• 測(cè)試配置：
  • 信號(hào)發(fā)生器：R&S SMW200A（10GHz，脈沖寬度1μs，PRI=100μs）。
  • 衰減器：HMC624LP4E（31.5dB）+ 固定衰減器（80dB）。
  • 監(jiān)測(cè)設(shè)備：R&S FSW信號(hào)分析儀（帶寬10MHz，平均次數(shù)1000）。
• 測(cè)試結(jié)果：
  • 當(dāng)輸入功率降至-114dBm時(shí)，SNR=10.2dB，Pd=92%；
  • 當(dāng)功率降至-115dBm時(shí)，SNR=9.8dB，Pd=88%；
  • 結(jié)論：接收機(jī)靈敏度為-114dBm（未達(dá)標(biāo)，需優(yōu)化LNA噪聲系數(shù)）。

通過(guò)上述方法，可系統(tǒng)化完成雷達(dá)接收機(jī)靈敏度測(cè)試，確保雷達(dá)在低可觀測(cè)目標(biāo)場(chǎng)景下的可靠性能。