概要

動(dòng)態(tài)范圍是已經(jīng)使用了近一個(gè)世紀(jì)的用于評(píng)估接收機(jī)性能的參數(shù)。這里介紹五種動(dòng)態(tài)有關(guān)指標(biāo)的定義及測(cè)試方法，用于評(píng)估數(shù)字接收激勵(lì)器（DREX，digital receiver exciters）。DREX是構(gòu)成雷達(dá)的關(guān)鍵整部件，其瞬時(shí)帶寬（Instantaneous Bandwidth）、處理速度（Processing Speed）、動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range）等指標(biāo)直接會(huì)影響系統(tǒng)指標(biāo)。給出五種DR的定義，并討論了其對(duì)于DREX和RADAR評(píng)估的適用性，根據(jù)實(shí)例計(jì)算了不同DR的結(jié)果。

基本定義

典型的數(shù)字接收激勵(lì)器DREX如圖1所示。

三階截點(diǎn) IP3-DR，Third-Order Intercept DR

1dB壓縮點(diǎn)，P-1dB-DR，1dB Compression Point

雙音動(dòng)態(tài)范圍，TT-DR，Two Tone Dynamic Range

瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍，WM-DR，Wingman Interferer

輸入限制動(dòng)態(tài)范圍，IL-DR Input Limited Dynamic Range

這五種動(dòng)態(tài)范圍都是以噪底為參考來進(jìn)行定義和測(cè)試的，所以要討論上述動(dòng)態(tài)范圍，需要首先明確噪底的定義為。

其中k為Boltzmann’s常數(shù)1.38×10-23J/K，T為以開爾文計(jì)的系統(tǒng)工作溫度，NF為噪聲系數(shù)，BW以Hz計(jì)的系統(tǒng)帶寬。

IP3-DR定義為三階截點(diǎn)與噪底的差，特點(diǎn)是用一個(gè)指標(biāo)能夠衡量非線性特性與噪聲特性，同時(shí)能夠評(píng)估接收當(dāng)外界有大信號(hào)干擾時(shí)的性能；

P-1dB-DR定義為P-1dB與噪底的差值，該指標(biāo)利用接收機(jī)的基本功能定義，及以無失真的狀態(tài)方法和變換接收信號(hào)頻率；

TT-DR與三階截點(diǎn)和噪底密切相關(guān)，定義為等幅雙音信號(hào)產(chǎn)物與噪底相當(dāng)時(shí)雙音信號(hào)與噪底的的能量差；

WM-DR與TT-DR類似，只是輸入信號(hào)為不等幅雙音信號(hào)，其描述現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中僚機(jī)雷達(dá)主信號(hào)干擾主機(jī)雷達(dá)造成三階交調(diào)產(chǎn)物影響雷達(dá)探測(cè)靈敏度的場(chǎng)景。

IL-DR使采樣器飽和的輸入信號(hào)與輸入噪底間的差值，假定模擬部分不會(huì)飽和。

適用性對(duì)比

表1從可測(cè)試性、DREX適用性和雷達(dá)適用性三個(gè)角度來評(píng)估上述五種動(dòng)態(tài)指標(biāo)。

可測(cè)試性：由于IP3-DR、TT-DR和WM-DR三種動(dòng)態(tài)都涉及到雙音信號(hào)，需要兩個(gè)獨(dú)立控制的信號(hào)源，因此測(cè)試復(fù)雜度相對(duì)較高，IL-DR需要數(shù)字部分因此測(cè)試復(fù)雜度中等，P-1dB-DR只需要一個(gè)信號(hào)源因此測(cè)試最簡(jiǎn)單；

DREX適用性：前四個(gè)指標(biāo)都沒有充分考慮采樣器是否飽和，只有最后一個(gè)指標(biāo)包含了ADC的特性，在實(shí)際測(cè)試與實(shí)現(xiàn)中，前四個(gè)指標(biāo)的測(cè)試都需要假定ADC沒有飽和；

Radar適用性：由于WM-DR模擬了真實(shí)機(jī)載雷達(dá)的使用場(chǎng)景，因此該測(cè)試指標(biāo)對(duì)于雷達(dá)評(píng)估更合適。

測(cè)試對(duì)比

假定輸入噪底為-93dBm，增益為42dB，輸出噪底為-51dBm。五種動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

P3-DR，輸入三階截點(diǎn)為-10dBm，那么IP3-DR=-10-（-93）=83dB；

P-1dB-DR，輸入1dB壓縮點(diǎn)，-26dBm輸入P-1dB，P-1dB-DR = -26-（-93）=67dB；

TT-DR，大致為IP3-DR的2/3，及有TT-DR = 55.3dB；

WM-DR，一個(gè)輸出大信號(hào)+4dBm，一個(gè)輸出小信號(hào)-23dBm輸出大交調(diào)為-78dBm，輸出噪底為-51dBm，相差26dB，小信號(hào)需要幅度增加26從而使大交調(diào)幅度漲到輸出噪底，這時(shí)WM-DR即變?yōu)門T-DR；

IL-DR，ADC輸入噪底-51dBm，飽和輸入10dBm，10-（-51）=61dB。

小結(jié)

給出五種DR的定義，并討論了其對(duì)于DREX和RADAR評(píng)估的適用性，根據(jù)實(shí)例計(jì)算了不同DR的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：Dynamic Range Definitions and Measurement Applied To Radar Digital Receiver Exciter（DREX）2021