Mi-Wave 雷達目標模擬器Radar Target SimulatorRTS三面角反射器

雷達測試：目標模擬與校正反射器

不用真實目標、不出外場——以電子方式合成距離、速度與 RCS 的回波，再用已知 RCS 的三面角反射器把整套雷達校正回來。

Radar Test: Target Simulation and Calibration Reflectors

方案摘要

雷達開發與產線驗證最花時間的不是演算法而是目標：真車、真飛機、真障礙物既不可重複也搬不進實驗室。雷達目標模擬器（RTS）把待測雷達的發射訊號收下來，經衰減、相位延遲與 I/Q 調變後再從天線送回去，雷達便把它解讀成特定距離、特定速度、特定 RCS 的真實回波；三面角反射器則提供理論可算的已知 RCS，作為量測鏈的校正基準。本文說明 RTS 的運作原理與訊號流程、角反射器的選用與擺放限制，以及測試架設中用到的毫米波元件：18–110 GHz 標準增益喇叭天線、8–110 GHz 可變衰減器與方向耦合器、18–325 GHz 隔離器、7–110 GHz 低雜訊放大器與波導轉同軸轉接器。模擬器與反射器本體可經 Mi-Wave 詢價供應。

為什麼實體目標不夠用

雷達要驗證的是距離、速度與目標強度三個維度的判讀是否正確，而這三個維度在真實環境裡幾乎無法獨立控制。要讓一個目標以固定速度接近、在固定距離折返、RCS 又維持不變，外場試驗做不到，也沒有人能在產線上為每一台車用雷達安排一次路試。不可重複的目標讓量測結果無法比對，出了問題也分不清是雷達、演算法還是場地的責任。

另一個問題是頻段。車用、工業感測與航太雷達已普遍工作在 K、V、E、W 等毫米波頻段，波長只有幾毫米，室內多路徑反射與人員走動都會改變回波，暗室的建置與維護成本又高，多數開發團隊無法為每一次韌體改版都預約一次暗室時段。實驗室需要的是一種能把「目標」變成可設定參數的裝置，讓 CW、FMCW 與脈衝雷達都能在桌上重複測試。

雷達目標模擬器的運作原理

RTS 並不在空間中製造距離，而是接收待測雷達的發射訊號，在內部對其振幅、相位與 I/Q 特性做受控的改變，再重新輻射回雷達接收端。雷達收到經過處理的訊號後，會把它當成一個真實目標的回波來解算。整個裝置屬於硬體迴路（hardware-in-the-loop）系統，需要外部的 I/Q 波形產生器（AWG 或 DSP）、情境產生軟體，以及與雷達同調運作用的同步觸發介面。

訊號流程可以拆成七步：雷達向模擬器天線發射；訊號經環行器導入內部射頻鏈；通過衰減級以代表目標強度與距離；施加 I/Q 調變以引入 Doppler 與運動特性；處理後的訊號經環行器與方向耦合器送回；由天線重新輻射回雷達接收端；耦合埠同時提供一路取樣訊號供監測與校正使用。這條鏈上每一個環節，都是 Mi-Wave 目錄中的標準毫米波元件。

距離、速度與 RCS 各由什麼控制

距離由相位延遲與訊號強度共同表示：訊號強、相位延遲小，雷達判讀為近目標；訊號弱、延遲大，則為遠目標。速度依 Doppler 關係 fd = 2v/λ 由基頻 I/Q 訊號合成——I 與 Q 的相位差決定目標是接近還是遠離，I/Q 訊號的頻率決定速度大小，隨時間變化的 I/Q 輪廓則能表現加減速、微動與多目標情境。可模擬的速度上限主要受系統頻寬與組態限制。

目標大小與 RCS 則純粹用衰減控制：衰減越大，回波越弱，雷達看到的就是較小或較遠的目標；衰減越小則相反。這也是為什麼衰減器的重複精度與頻率響應平坦度直接決定模擬器的可信度——若衰減量隨頻率飄移，FMCW 雷達掃頻時看到的目標強度就會跟著變，這在真實目標上並不會發生。同樣地，相位延遲級的穩定度決定距離讀值的重複性，兩者都要在整機校正時一併驗證。

三面角反射器：已知 RCS 的校正基準

模擬器輸出的目標強度需要一個絕對基準來校正，這個基準通常是三面角反射器。它由三片互相垂直的導電平板組成，入射波經多次反射後精確地沿原方向返回，因此體積不大卻有很大的 RCS，理論值可以由邊長與波長直接算出（RCS 與邊長四次方成正比、與波長平方成反比）。相較二面角反射器，三面角的半功率響應角度較寬，對準容忍度高，外場架設快。

使用時有幾個限制必須知道。理論公式假設反射器處於自由空間，地面等周遭反射體會使實際值偏離；當入射角接近與平板平行時 RCS 急遽下降；若反射器向前傾使最大 RCS 方向與地面呈淺掠角，地面瓣效應會破壞計算準確度。製作精度更關鍵：三對平面夾角必須是 90°，很小的角度誤差就會讓響應嚴重劣化，所以校正用反射器不建議自行加工。

測試架設中的毫米波元件

天線是模擬器與雷達之間唯一的介面，Mi-Wave 261 系列標準增益喇叭天線涵蓋 18–110 GHz，V、E、W 頻段各有多種增益規格，增益經精密校準、輻射場型穩定，本身就可作為天線量測的校準件。衰減器涵蓋 8–110 GHz，有手動旋鈕、微米可調與電子可程式等型式，後者適合由情境軟體直接控制 RCS。方向耦合器提供 10/20/30 dB 耦合度與大於 30 dB 的方向性，訊號流程中的監測取樣埠就靠它。

隔離器保護放大器與訊號源不受反射訊號影響：115 系列法拉第式涵蓋 18–325 GHz、隔離度 20–25 dB；178 系列 Y 接面式插入損耗低至 0.4 dB。低雜訊放大器涵蓋 7–110 GHz，用於接收前端補償鏈路損耗。波導轉同軸轉接器（8–110 GHz，2.4 mm、2.92 mm、1.85 mm 介面）則負責把波導鏈路接到儀器與電纜。整條鏈以標準波導法蘭組裝，頻段一旦選定，元件之間可以直接對接，不必再為轉接損耗與 VSWR 失配另外補償。

從元件到整套系統

一套雷達測試架設通常從三個問題開始：雷達工作在哪個頻段、要模擬的距離與速度範圍多大、需不需要多目標與動態情境。前者決定波導尺寸與所有元件的頻段；後兩者決定 I/Q 波形產生器的頻寬與衰減器的動態範圍。若只需驗證接收鏈與天線，一顆喇叭天線加一具已知 RCS 的角反射器就足以完成基本校正；要做演算法與產線測試，才需要完整的 RTS。

成朔企業為 Mi-Wave 台灣授權代理，可依頻段與法蘭規格協助選配天線、衰減器、耦合器、隔離器、放大器與波導元件，並提供元件量測資料與技術支援；雷達目標模擬器與三面角反射器本體不在標準目錄內，可依需求經 Mi-Wave 詢價供應。