有源干擾輻射對艦面電磁環境影響的抑制技術研究

摘 ?要：本文分析了艦載有源干擾設備的特點，其加電后行波管功率放大器發出的靜態噪聲輻射干擾信號時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備的正常工作造成了電磁干擾。因此，本文從降低靜態噪聲、改變放大器使用區域以及在不影響作戰使用的情況下選擇合適的有源干擾設備安裝布局等角度進行了分析，并給出了改善艦面電磁環境的技術途徑和有效措施，使有源干擾設備在艦船有限的平臺上能夠與其他設備更好地兼容工作。

關鍵詞：有源干擾;雜散抑制;電磁環境

中圖分類號：TN972 ? ? 文獻標識碼：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

艦載電子對抗系統作為水面艦艇的“軟”武器系統，擔負著干擾敵艦載、機載以及反艦導彈末制導雷達的作戰任務。艦載有源干擾設備用于對高威脅目標進行跟蹤，實施干擾，干擾頻帶寬、功率大、干擾樣式豐富，可同時對抗多部雷達，在水面艦艇防空反導任務中擔負著“軟”武器對抗的重要使命。

但是在艦船這個有限的平臺上，往往同時存在多部雷達，有源干擾設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，根據作戰任務的變化、戰場電磁頻譜環境變化，進行實時動態調整，能夠確保艦船完全有計劃地進行電磁頻譜應用，最大限度地解決電磁兼容問題，但有源干擾設備天線副瓣電平高、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難度，降低了其他艦載電子設備和武器系統的作戰效能，成為水面艦艇電磁兼容管控工作中的難題之一。

1 ?有源干擾設備的特點

艦載有源干擾設備的干擾方式一般分為壓制性干擾和欺騙性干擾。壓制性干擾通過發射高功率隨機信號，在時域、頻域上掩蓋目標回波;欺騙性干擾通過復制、轉發雷達輻射脈沖，形成假目標，欺騙對方雷達。

在設計有源干擾設備時，首先考慮需掩護目標的RCS值，據此設計干擾功率。隨著需保護目標RCS值的增大，有源干擾設備的輻射功率往往需達到數百千瓦，才能有效保護被掩護目標。根據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，以達到干擾敵方雷達的目的。

有源干擾設備對艦面的電磁環境影響主要表現在以下兩個方面：

（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噪聲;（2）在發射有用干擾信號的同時也帶有無用的雜散頻譜信號。帶外雜散頻譜分布密集無規則，幾乎接近連續譜。

1.1 ? 靜態噪聲

靜態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）輸出靜態噪聲較大。TWT工作原理如圖1所示。

其靜噪是連續波行波管正常加電后，因燈絲發熱，使陰極產生熱電子運動，其蒸發的熱電子在RF入端無輸入微波信號時，由RF出端輸出的接近于白噪聲的射頻信號功率。靜態噪聲頻譜特性如圖2所示。典型行波管（單管功率50W）的靜態噪聲電平約為-20～-23dBmw/MHz。靜態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噪聲如圖2所示。

1.2 ? 輻射有用干擾信號時的帶外雜散頻譜特性

有源干擾設備在發射有用干擾信號的同時也帶有無用的雜散頻譜信號，發射有用干擾信號時頻譜分布如圖3所示。有源干擾發射頻譜中除有用干擾信號瞬時帶寬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則狀態。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。

有源干擾設備為了保證干擾效果，在實施雜波壓制性干擾時需具備一定的壓制帶寬。對固定點頻工作的雷達，雜波干擾的壓制帶寬通常為10MHz～20MHz，對跳頻工作的雷達壓制干擾帶寬通常達到數百兆。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，在同一時刻由末級功放輸出。隨著艦船雷達功率的增大和需要保護的RCS增大，行波管需要大功率發射才能產生有效的有源干擾效果，往往工作在非線放大性區（準飽和和飽和放大區）會產生波形畸變，輸出信號會產生高次諧波分量。如果同時干擾多個目標雷達，則會同時出現多個不同頻率的輸入信號，除了產生許多高次諧波分量（2fλ……nfλ）以外，還會產生多個頻率信號之間的交調互調，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途徑

2.1 ?采用固態功率放大器

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

2.2 ?采用柵極控制的新型連續波TWT功率放大器和動態快速截止電壓控制技術

有源干擾設備目前普遍采用時間分配法，以達到對雷達目標有效干擾的目的，有源雜波干擾實施雷達目標干擾時序關系如圖4所示。

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

采用在有源干擾發射時間之外的時間域給行波管聚束極加載截止負電壓，可抑制行波管靜態噪聲。以某個行波管為例，在聚束極電壓處于非截止狀態時，行波管輸出靜態噪聲為-23dBm/MHZ，當聚束極電壓處于截止狀態時，輸出為-80dBm/MHZ?？梢娋凼鴺O處于截止狀態時，靜態噪聲降低了67dB，其效能甚佳。

由于觀察窗口時序是動態變化的，因此其聚束極截止電壓時間也是動態變化的，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的負壓，要實現微秒級的高電壓切換，對供電電源和連續波行波管都具有較大的技術難度，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行波管已有成熟產品，柵控行波管的優點是柵極控制截止電壓約為-300v左右，可以實現柵控電壓的快速跳變，從而實現行波管的快速（μs級）截止和開通。

2.3 ?末級功率放大器發射干擾時帶外雜散的抑制技術

選擇行波管工作在線性區域和淺非線性區，可以大大降低帶外雜散分量，但輸出的功率也下降。為了彌補末級功放輸出功率下降的缺陷，可以用多個工作在線性區或淺非線性區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，當然設備成本更高，但達到了降低帶外雜散的目的。

2.4 ?降低發射天線副瓣，提升發射天線與其他天線的隔離度

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

有源干擾設備在作戰使用過程中，主要針對反艦導彈末制導雷達。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。要降低有源干擾設備發射時對其他艦載電子設備的影響，可以選擇降低發射天線的高度，以提升發射天線與其他天線的隔離度。

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

3 ?結 ?論

通過上述分析，改善有源干擾輻射對艦面電磁環境影響的措施有：

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

有源干擾設備作為艦船的重要的軟武器之一，通過一系列的設計、布設及電磁兼容管控，能夠抑制有源干擾設備輻射對艦面電磁兼容環境的影響，在艦船這個有限的平臺上，大功率發射設備與其他接收設備能夠兼容工作。但未來在編隊作戰的情況下，在頻域、時域、空域系統化的進行電磁兼容管理和控制，保證艦艦協同、艦機協同、互不影響是需要繼續進行研究和解決的問題。

參考文獻：

[1] 林象平.電子對抗原理 [M].西安：西安電子科技大學出版社，1985.

[2] 王強，黃暄.艦船電磁環境對電子對抗系統作戰性能的影響 [J].艦船科學技術，2007，29（3）：87-90+93.

[3] 楊躍輪.艦載電子對抗系統電磁兼容性設計分析 [J].艦船電子對抗，2014，37（2）：35-38+42.

[4] 張軍周，李傳慶.對新型反艦導彈末制導相參雷達的有源干擾 [J].艦船電子對抗，2017，40（6）：24-27.

[5] 歷園園，翟助群，李思，等.基于高頻算法的艦船電磁環境研究 [J].中國艦船研究，2015，10（2）：15-21+34.

[6] 馬福博，余振坤，葛園園.大動態范圍增益可控固態放大器系統的實現 [J].現代雷達，2017，39（8）：71-74.

[7] 鄒純燁，張劍云，劉偉，等.基于自適應對消的收發隔離技術 [J].電子信息對抗技術，2015，30（5）：50-54.

[8] 李帆，丁錦，沈耿彪，等.基于復雜網絡理論的編隊電磁兼容網絡優化 [J].電子與信息學報，2017，39（3）：724-730.

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。