TR組件自動測試系統(tǒng)設(shè)計

TR組件是有源相控陣雷達的核心部件，也是發(fā)展有源相控陣技術(shù)的關(guān)鍵。TR組件在批量生產(chǎn)時，數(shù)量大、測試指標多、待處理數(shù)據(jù)量龐大、組件控制信號繁瑣，設(shè)計一套全自動TR組件測試系統(tǒng)，實現(xiàn)對大批量TR組件性能指標準確、快速、方便地測試，意義極其重大。在相控陣雷達研制和生產(chǎn)過程中，TR組件測試技術(shù)是影響產(chǎn)品研制、生產(chǎn)進度、產(chǎn)品質(zhì)量以及成本的一項關(guān)鍵技術(shù)。TR組件自動測試系統(tǒng)涉及的技術(shù)很多，包括有微電子技術(shù)、微波測量技術(shù)、總線技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和自動化控制與管理等。本文在借鑒目前國內(nèi)外已有的先進測試系統(tǒng)基礎(chǔ)上，根據(jù)被測對象特點和測試系統(tǒng)要求，研究和設(shè)計TR組件自動測試系統(tǒng)。
1、系統(tǒng)組成
根據(jù)被測TR組件性能指標特點以及所要求的測量精度，除專用測試儀表外，所需硬件還包括TR組件控制器、開關(guān)矩陣、控制計算機、路由器以及連接附件，構(gòu)建TR組件自動測試系統(tǒng)。
計算機通過串口給TR組件控制器發(fā)送指令，指令包含TR組件的工作通道、占空比、周期、衰減量、相移量等，TR組件控制器根據(jù)接收到的指令，控制TR組件工作在相應(yīng)狀態(tài)，并給計算機發(fā)送反饋報文，報告TR組件當前工作狀況，實時顯示TR組件工作電流，防止過流發(fā)生；同時計算機通過路由器與測量儀器進行通信，包括儀器參數(shù)設(shè)置、儀器校準和測量數(shù)據(jù)的讀??；當選擇對TR組件某個參數(shù)進行測試時，計算機給TR組件控制器發(fā)送指令，由TR組件控制器實現(xiàn)對開關(guān)矩陣的控制，導(dǎo)通所需測量通道。
發(fā)射通道脈沖S參數(shù)測試使用寬帶法，由TR組件控制器產(chǎn)生所需同步脈沖信號；示波器測量脈沖參數(shù)需使用檢波器；功率探頭用于完成峰值功率測量，同時也用于網(wǎng)絡(luò)分析儀的源功率校準。測量需要使用衰減器，集成到開關(guān)矩陣當中；接收通道測量噪聲系數(shù)所用噪聲源所需+28V直流電壓由頻譜分析儀后面板接口提供。
本測試系統(tǒng)所用儀器均帶有LAN接口，計算機與各測量儀器設(shè)置相同的網(wǎng)關(guān)和DNS地址，通過LAN連接至路由器構(gòu)成局域網(wǎng)。本系統(tǒng)使用LXI總線技術(shù)，以成熟的以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到自動測試系統(tǒng)中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)GPIB總線技術(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸速度，采用COM編程方式，大大降低了軟件的復(fù)雜性，簡化系統(tǒng)軟件設(shè)計，提高了系統(tǒng)的兼容性、易用性、通用性和開放性。
2、關(guān)鍵參數(shù)測量原理
2.1脈沖S參數(shù)測量原理
發(fā)射通道工作在脈沖狀態(tài)，脈沖S參數(shù)測試屬于掃頻測試，采用脈沖內(nèi)取點方法，從起始頻率開始，每隔一個掃描點測量一次數(shù)據(jù)，直到截止頻率[1]。
脈沖S參數(shù)可使用寬帶檢波法和窄帶檢波法。當脈沖信號的主要頻譜都落在網(wǎng)絡(luò)分析儀接收機帶寬內(nèi)時，為寬帶檢波法。其優(yōu)點是速度快，測試步驟簡單，不會出現(xiàn)動態(tài)范圍損失，缺點是IFBW若太寬則進入網(wǎng)絡(luò)分析儀的噪聲較大。
而當接收機帶寬很窄以至僅濾出連續(xù)的載波分量（幅度存在減敏因子）時為窄帶檢波法，其缺點是測試速度較慢，且隨著占空比的減小，測試動態(tài)范圍將變小。兩種方法測量精度相當，但寬帶法速度比窄帶法快至少快一個數(shù)量級。
2.2噪聲系數(shù)測量原理
為減少測量儀器數(shù)量，本系統(tǒng)采用頻譜儀測量噪聲系數(shù)，相比噪聲系數(shù)測量儀，頻譜儀的測量精度稍差。
2.3脈沖波形測量原理
脈沖波形是指從第一額定狀態(tài)出發(fā)，到達第二額定狀態(tài)，最終又回到第一額定狀態(tài)的一種波形。由于電路中不可避免地存在如分布電容、引線電感等寄生參量，且產(chǎn)生的電壓或電流是非突變的，實際上不可能得到理想的矩形脈沖。
本測試系統(tǒng)需要測量上升時間、下降時間和脈沖頂降。
3、開關(guān)矩陣設(shè)計
開關(guān)矩陣用于控制測量儀器與被測件之間信號通斷，設(shè)計原則[2]：
(1)選用具有開放商業(yè)標準的開關(guān)系統(tǒng)模塊，便于開關(guān)矩陣選型和未來技術(shù)支持；(2)采用模塊化可擴展的開關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，便于擴大系統(tǒng)規(guī)模；(3)在能夠滿足移植、配置方便的前提下，減少備用擴展開關(guān)端口的數(shù)量，在高頻信號（特別是微波信號）傳輸中，開路的開關(guān)通過雜散電容向鄰近的信號通道耦合噪聲，所以應(yīng)該優(yōu)化設(shè)計減少不必要的開關(guān)；(4)根據(jù)測試信號參數(shù)選擇合適的開關(guān)種類。
本測試系統(tǒng)測量信號為微波信號，根據(jù)系統(tǒng)框圖，設(shè)計得到開關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)。使用開關(guān)矩陣會對測量產(chǎn)生影響，其中需要對S參數(shù)和噪聲系數(shù)測量結(jié)果進行修正，修正過程在測量軟件中實現(xiàn)。
4、系統(tǒng)軟件設(shè)計
本測試系統(tǒng)使用LXI總線技術(shù)，所用儀器均帶有LAN接口，通過路由器把各儀器連接起來組成一個局域網(wǎng)，使用COM編程方式實現(xiàn)PC機與儀器之間的通信。
本測試系統(tǒng)使用VB語言進行編程設(shè)計，系統(tǒng)軟件平臺包括以下功能：
4.1測試系統(tǒng)校準
支持儀器設(shè)備自校準、測試資源計量與校準處理，能夠進行補償數(shù)據(jù)的獲取，允許用戶對修正數(shù)據(jù)進行管理。
4.2測試任務(wù)執(zhí)行
可以根據(jù)需要選擇測量參數(shù)。
4.3數(shù)據(jù)分析處理
提供信息查詢、數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、報表輸出與報表打印等功能。
4.4系統(tǒng)維護功能
提供測試程序信息維護、軟件平臺配置、數(shù)據(jù)庫信息管理、用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)源管理與軟件升級等通用功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的管理配置。根據(jù)功能的不同，整個軟件設(shè)計劃分為系統(tǒng)構(gòu)建、測試參數(shù)選擇、系統(tǒng)校準補償，數(shù)據(jù)處理四大部分。
5、結(jié)語
本測試系統(tǒng)利用頻譜分析儀測量噪聲系數(shù)，整個系統(tǒng)只有1個工位，操作簡單，完成1個TR組件全部參數(shù)的測量不超過10分鐘，且測量數(shù)據(jù)存儲、測量結(jié)果顯示及指標合格判定全部自動化，極大提高效率。相比目前國內(nèi)外同類系統(tǒng)，本系統(tǒng)只需5臺測量儀器，系統(tǒng)構(gòu)建簡單，適合升級換代，通用性強，且自制設(shè)備較多，如電源、TR組件控制器、開關(guān)矩陣、測試工裝和連接設(shè)備等，大大降低系統(tǒng)設(shè)計成本。