TR組件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

TR組件是有源相控陣?yán)走_(dá)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(shí)，數(shù)量大、測(cè)試指標(biāo)多、待處理數(shù)據(jù)量龐大、組件控制信號(hào)繁瑣，設(shè)計(jì)一套全自動(dòng)TR組件測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大批量TR組件性能指標(biāo)準(zhǔn)確、快速、方便地測(cè)試，意義極其重大。在相控陣?yán)走_(dá)研制和生產(chǎn)過(guò)程中，TR組件測(cè)試技術(shù)是影響產(chǎn)品研制、生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)品質(zhì)量以及成本的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。TR組件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)涉及的技術(shù)很多，包括有微電子技術(shù)、微波測(cè)量技術(shù)、總線技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和自動(dòng)化控制與管理等。本文在借鑒目前國(guó)內(nèi)外已有的先進(jìn)測(cè)試系統(tǒng)基礎(chǔ)上，根據(jù)被測(cè)對(duì)象特點(diǎn)和測(cè)試系統(tǒng)要求，研究和設(shè)計(jì)TR組件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。
1、系統(tǒng)組成
根據(jù)被測(cè)TR組件性能指標(biāo)特點(diǎn)以及所要求的測(cè)量精度，除專用測(cè)試儀表外，所需硬件還包括TR組件控制器、開(kāi)關(guān)矩陣、控制計(jì)算機(jī)、路由器以及連接附件，構(gòu)建TR組件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。
計(jì)算機(jī)通過(guò)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(jì)算機(jī)發(fā)送反饋報(bào)文，報(bào)告TR組件當(dāng)前工作狀況，實(shí)時(shí)顯示TR組件工作電流，防止過(guò)流發(fā)生；同時(shí)計(jì)算機(jī)通過(guò)路由器與測(cè)量?jī)x器進(jìn)行通信，包括儀器參數(shù)設(shè)置、儀器校準(zhǔn)和測(cè)量數(shù)據(jù)的讀取；當(dāng)選擇對(duì)TR組件某個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，計(jì)算機(jī)給TR組件控制器發(fā)送指令，由TR組件控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)矩陣的控制，導(dǎo)通所需測(cè)量通道。
發(fā)射通道脈沖S參數(shù)測(cè)試使用寬帶法，由TR組件控制器產(chǎn)生所需同步脈沖信號(hào)；示波器測(cè)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(cè)量，同時(shí)也用于網(wǎng)絡(luò)分析儀的源功率校準(zhǔn)。測(cè)量需要使用衰減器，集成到開(kāi)關(guān)矩陣當(dāng)中；接收通道測(cè)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(cè)試系統(tǒng)所用儀器均帶有LAN接口，計(jì)算機(jī)與各測(cè)量?jī)x器設(shè)置相同的網(wǎng)關(guān)和DNS地址，通過(guò)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(dòng)測(cè)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(jiǎn)化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的兼容性、易用性、通用性和開(kāi)放性。
2、關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量原理
2.1脈沖S參數(shù)測(cè)量原理
發(fā)射通道工作在脈沖狀態(tài)，脈沖S參數(shù)測(cè)試屬于掃頻測(cè)試，采用脈沖內(nèi)取點(diǎn)方法，從起始頻率開(kāi)始，每隔一個(gè)掃描點(diǎn)測(cè)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(dāng)脈沖信號(hào)的主要頻譜都落在網(wǎng)絡(luò)分析儀接收機(jī)帶寬內(nèi)時(shí)，為寬帶檢波法。其優(yōu)點(diǎn)是速度快，測(cè)試步驟簡(jiǎn)單，不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)范圍損失，缺點(diǎn)是IFBW若太寬則進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)分析儀的噪聲較大。
而當(dāng)接收機(jī)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(shí)為窄帶檢波法，其缺點(diǎn)是測(cè)試速度較慢，且隨著占空比的減小，測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍將變小。兩種方法測(cè)量精度相當(dāng)，但寬帶法速度比窄帶法快至少快一個(gè)數(shù)量級(jí)。
2.2噪聲系數(shù)測(cè)量原理
為減少測(cè)量?jī)x器數(shù)量，本系統(tǒng)采用頻譜儀測(cè)量噪聲系數(shù)，相比噪聲系數(shù)測(cè)量?jī)x，頻譜儀的測(cè)量精度稍差。
2.3脈沖波形測(cè)量原理
脈沖波形是指從第一額定狀態(tài)出發(fā)，到達(dá)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(shí)際上不可能得到理想的矩形脈沖。
本測(cè)試系統(tǒng)需要測(cè)量上升時(shí)間、下降時(shí)間和脈沖頂降。
3、開(kāi)關(guān)矩陣設(shè)計(jì)
開(kāi)關(guān)矩陣用于控制測(cè)量?jī)x器與被測(cè)件之間信號(hào)通斷，設(shè)計(jì)原則[2]：
(1)選用具有開(kāi)放商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)模塊，便于開(kāi)關(guān)矩陣選型和未來(lái)技術(shù)支持；(2)采用模塊化可擴(kuò)展的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，便于擴(kuò)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(kuò)展開(kāi)關(guān)端口的數(shù)量，在高頻信號(hào)（特別是微波信號(hào)）傳輸中，開(kāi)路的開(kāi)關(guān)通過(guò)雜散電容向鄰近的信號(hào)通道耦合噪聲，所以應(yīng)該優(yōu)化設(shè)計(jì)減少不必要的開(kāi)關(guān)；(4)根據(jù)測(cè)試信號(hào)參數(shù)選擇合適的開(kāi)關(guān)種類。
本測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量信號(hào)為微波信號(hào)，根據(jù)系統(tǒng)框圖，設(shè)計(jì)得到開(kāi)關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)。使用開(kāi)關(guān)矩陣會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響，其中需要對(duì)S參數(shù)和噪聲系數(shù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，修正過(guò)程在測(cè)量軟件中實(shí)現(xiàn)。
4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本測(cè)試系統(tǒng)使用LXI總線技術(shù)，所用儀器均帶有LAN接口，通過(guò)路由器把各儀器連接起來(lái)組成一個(gè)局域網(wǎng)，使用COM編程方式實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與儀器之間的通信。
本測(cè)試系統(tǒng)使用VB語(yǔ)言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件平臺(tái)包括以下功能：
4.1測(cè)試系統(tǒng)校準(zhǔn)
支持儀器設(shè)備自校準(zhǔn)、測(cè)試資源計(jì)量與校準(zhǔn)處理，能夠進(jìn)行補(bǔ)償數(shù)據(jù)的獲取，允許用戶對(duì)修正數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。
4.2測(cè)試任務(wù)執(zhí)行
可以根據(jù)需要選擇測(cè)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(jì)分析、報(bào)表輸出與報(bào)表打印等功能。
4.4系統(tǒng)維護(hù)功能
提供測(cè)試程序信息維護(hù)、軟件平臺(tái)配置、數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理、用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)源管理與軟件升級(jí)等通用功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理配置。根據(jù)功能的不同，整個(gè)軟件設(shè)計(jì)劃分為系統(tǒng)構(gòu)建、測(cè)試參數(shù)選擇、系統(tǒng)校準(zhǔn)補(bǔ)償，數(shù)據(jù)處理四大部分。
5、結(jié)語(yǔ)
本測(cè)試系統(tǒng)利用頻譜分析儀測(cè)量噪聲系數(shù)，整個(gè)系統(tǒng)只有1個(gè)工位，操作簡(jiǎn)單，完成1個(gè)TR組件全部參數(shù)的測(cè)量不超過(guò)10分鐘，且測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、測(cè)量結(jié)果顯示及指標(biāo)合格判定全部自動(dòng)化，極大提高效率。相比目前國(guó)內(nèi)外同類系統(tǒng)，本系統(tǒng)只需5臺(tái)測(cè)量?jī)x器，系統(tǒng)構(gòu)建簡(jiǎn)單，適合升級(jí)換代，通用性強(qiáng)，且自制設(shè)備較多，如電源、TR組件控制器、開(kāi)關(guān)矩陣、測(cè)試工裝和連接設(shè)備等，大大降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本。