Калибровка приемников метеорологических РЛС с помощью генератора R&S®SMB100A

Измерительная задача

Метеорологи используют оборудование РЛС преимущественно для анализа динамической структуры отдельных облаков или облачных систем и для исчерпывающего непрерывного измерения количества осадков. Важный параметр для точных прогнозов погоды — интенсивность осадков, которая измеряется метеорологическими РЛС.

Хотя радиолокационное оборудование не может непосредственно измерять интенсивность осадков, возможно измерение отражательной способности. Отражательная способность — это единица измерения для эффективной площади рассеяния целей. Она пропорциональна энергии, отраженной обратно в антенну от всех рассеивающих частиц в луче РЛС. Чем больше количество и размер капель дождя в воздухе, тем выше отражательная способность.

Количественное определение отражательной способности представляет собой двухпортовое измерение с передатчиком РЛС в качестве источника сигнала и приемником в качестве селективного измерителя мощности. Коэффициент передачи тракта от передатчика до приемника можно рассчитать на основании известной переданной мощности (Pt) и измеренной принятой мощности (Pr). В этом коэффициенте передачи учитываются отражательная способность цели, коэффициент усиления антенны и коэффициент ослабления тракта от антенны до радиолокационной цели. Поскольку усиление антенны и потери при передаче известны, можно рассчитать отражательную способность.

Передатчики РЛС обычно генерируют достаточно точную выходную мощность для определения отражательной способности. В случае приемников ситуация более сложная. Как правило они способны контролировать изменения уровня с высокой точностью, но для них характерна слишком низкая точность измерения абсолютных уровней.

Необходимая для этого измерения точность может достигаться посредством регулярной калибровки этих приемников с использованием источника сигнала с высокоточным уровнем на выходе. Для точного определения вероятности осадков и плотности дождя, снега или тумана совершенно необходимо иметь откалиброванное оборудование метеорологической РЛС.

Контрольно-измерительное решение

Аналоговый генератор сигналов R&S®SMB100A обеспечивает очень точные уровни на выходе для калибровки приемников метеорологических РЛС.

Для калибровки прибор R&S®SMB100A подключается к линии приемника метеорологической РЛС с помощью направленного ответвителя (16-дБ ответвитель).

Между соединительным портом направленного ответвителя и генератором R&S®SMB100A необходимо поместить 3-дБ аттенюатор для улучшения согласования по импедансу. Должно быть известно общее ослабление между выходом R&S®SMB100A и входом приемника РЛС, чтобы его можно было учесть при настройке уровня R&S®SMB100A. Это ослабление, которое точно измеряется во время монтажа, почти равно 20 дБ и определяется потерями при передаче в направленном ответвителе, аттенюатором и потерями в кабелях. Поэтому уровень на выходе R&S®SMB100A изменяется от +10 дБмВт до –90 дБмВт, чтобы обеспечить соответствие оптимальному для большинства приемников РЛС диапазону от –10 дБмВт до –110 дБмВт.

Во время калибровки передатчик РЛС выключается, а R&S®SMB100A формирует калибровочный сигнал с требуемой частотой и уровнем. Измеренный приемником уровень сигнала считывается и сравнивается с калибровочным уровнем, чтобы рассчитать поправку. Поскольку приемники обычно точно измеряют отношения уровней, достаточно выполнить двухточечную калибровку, которая предусматривает расчет и сохранение поправок для высокого, например, –10 дБмВт, и низкого, например, –70 дБмВт, уровней.

При необходимости можно использовать более двух точек калибровки. При использовании прибора R&S®SMB100A может быть достигнут даже меньший предел чувствительности, например, –110 дБмВт. После калибровки генератор R&S®SMB100A выключается, а радиолокационное оборудование переходит в состояние готовности к обычной работе. Интервалы калибровки зависят от стабильности приемника и обычно составляют один месяц.

R&S®SMB100A обеспечивает точность измеренного уровня < 0,1 дБ (при 5,62 ГГц и комнатной температуре) для соответствующих уровней на выходе. Кроме того, благодаря максимальной выходной частоте прибора 12,75 ГГц возможна калибровка вплоть до X-диапазона. Таким образом, генератор R&S®SMB100A может считаться высокоточным источником, идеально подходящим для калибровки измерения абсолютного уровня приемников метеорологических РЛС.

Чтобы удовлетворить более высокие требования к характеристикам, можно использовать высококлассный аналоговый генератор сигналов R&S®SMA100A, который обеспечивает превосходную спектральную чистоту.