一種自動DLVA測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)明江，嚴(yán)厚偉

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

DLVA是檢波對數(shù)視頻放大器的簡稱。DLVA在規(guī)定的功率電平范圍內(nèi)產(chǎn)生的輸出信號的電壓與輸入信號功率的對數(shù)成正比，它將輸入的寬動態(tài)范圍的輸入射頻信號功率壓縮成動態(tài)范圍足夠窄、易于處理的視頻信號。檢波對數(shù)視頻放大器一般用作一個幅度檢波器，因?yàn)槠漭敵鲭妷?mV)與輸入信號功率(dBm)成正比，這種幅度信息往往比線性檢波器更為實(shí)用。檢波對數(shù)視頻放大器輸入輸出關(guān)系曲線見圖1。

圖1 檢波對數(shù)視頻放大器輸入輸出關(guān)系曲線

檢波對數(shù)視頻放大器是高速、準(zhǔn)確測量微波脈沖的關(guān)鍵部件。其通常用于雷達(dá)、電子戰(zhàn)設(shè)備中進(jìn)行測向和功率檢測。例如在雷達(dá)告警接收機(jī)(RWR)、電子對抗(ECM)[1]和電子支援措施(ESM)接收機(jī)及大量測量儀器中[2]，通過對接收到的脈沖信號幅度的比較可以確定到達(dá)信號的到達(dá)角[3]。由于雷達(dá)和電子戰(zhàn)設(shè)備中DLVA用量龐大，對DLVA的測試時間長，數(shù)據(jù)記錄工作量大，對傳統(tǒng)人工測試DLVA提出了巨大的挑戰(zhàn)。

本文首先介紹了DLVA測試中測試時間長、記錄數(shù)據(jù)量大的幾個參數(shù)，又介紹了手動DLVA測試過程和該自動DLVA測試系統(tǒng)的硬件組成及工作原理、軟件編寫和測試過程，并通過實(shí)際測試驗(yàn)證，證明了該系統(tǒng)確實(shí)是一種高效的測試系統(tǒng)。

1 DLVA參數(shù)介紹

任何器件都需要一定的參數(shù)來描述它的性能，對于DLVA也不例外，現(xiàn)就DLVA測試中測試時間長、記錄數(shù)據(jù)量大的幾個參數(shù)做如下介紹。

1.1 切線靈敏度

切線靈敏度指的是DLVA檢波電壓上的噪聲最小值與系統(tǒng)無輸入時噪聲最大值相切的時候，輸入信號的功率大小。因?yàn)樵肼暿菬o規(guī)律的隨機(jī)波形，不可能準(zhǔn)確測量，具有很強(qiáng)的主觀性。一個觀測者測量，是通過設(shè)定射頻輸入脈沖電平，使得視頻輸出脈沖幅度大于噪聲輸出幅度以便在示波器上觀察。

1.2 對數(shù)斜率

對數(shù)斜率是用來描述DLVA正常工作時輸入輸出關(guān)系的指標(biāo)。對數(shù)斜率是指動態(tài)范圍內(nèi)輸入(單位：dBm)與輸出(單位：mV)傳輸特性最佳擬合直線的斜率[4]，它表示系統(tǒng)正常工作時輸出電壓跟輸入功率的關(guān)系。在DLVA正常工作時，輸入功率每增加1 dB輸出電壓的增加值即為對數(shù)斜率。單位一般為mV / dB。通過測試DLVA在額定工作條件下所有頻點(diǎn)的輸入輸出值(輸入信號以對數(shù)形式表示，輸出信號以電壓形式表示)，根據(jù)測試結(jié)果繪制擬合曲線來得到DLVA的對數(shù)斜率。

1.3 動態(tài)范圍

DLVA檢波信號功率大于切線靈敏度，能保證正常工作的輸入信號功率范圍稱動態(tài)范圍。最小可檢測功率受基底噪聲的限制，最大能承受功率由系統(tǒng)非線性程度決定。有2種描述動態(tài)范圍的形式比較常見，一種是“線性動態(tài)范圍”，指的是產(chǎn)生1 dB壓縮時輸入信號的功率與靈敏度(或基底噪聲)之比[5]，多用于描述功放；另一種是“無雜散動態(tài)范圍”，指的是等于最小可檢測信號的三階互調(diào)產(chǎn)物的2個等電平輸入與基底噪聲之比，多用于描述低噪聲放大器或混頻器。

2 手動DLVA測試過程

本設(shè)計(jì)中，以對數(shù)斜率和切線靈敏度的測試為例，對DLVA的測試過程進(jìn)行介紹。通常情況下，DLVA測試需要信號源、示波器、電源等。電源給DLVA工作提供所需要的電壓；信號源輸出信號連接到DLVA，作為DLVA的輸入；DLVA的輸出連接到示波器，通過示波器讀出DLVA模塊的輸出信號的幅度等。以2～8 GHz頻段的DLVA為例，假如DLVA的動態(tài)范圍為-58～-13 dBm，對數(shù)斜率進(jìn)行測試。信號源輸出2 GHz時，先在信號源輸出功率為-58 dBm時，測試DLVA輸出到示波器信號的幅度，然后在信號源輸出功率為-13 dBm時，測試DLVA輸出到示波器的信號幅度，兩者幅度之差除以45即為DLVA在此頻點(diǎn)的對數(shù)斜率。按照技術(shù)指標(biāo)的要求，以一定的頻率步進(jìn)依次測試其它頻點(diǎn)的對數(shù)斜率。對正切靈敏度的測試如下：信號源輸出2 GHz的脈沖信號時，信號源的輸出信號功率從大于靈敏度的某功率開始按照1 dBm的步進(jìn)依次減小，觀察DLVA輸出到示波器的信號，當(dāng)觀察到示波器的脈沖信號正最大值和噪聲基底相切的時候，記錄下此時的信號源輸出信號功率，即為DLVA在2 GHz的正切靈敏度。按照技術(shù)指標(biāo)的要求，以一定的頻率步進(jìn)依次測試其它頻點(diǎn)的正切靈敏度。DLVA的動態(tài)范圍即為DLVA工作在圖1線性部分的輸入信號的范圍，即通過繪制DLVA的輸入輸出曲線，觀察DLVA輸入輸出曲線接近于線性部分的輸入信號的功率范圍。其它指標(biāo)的測試也是類似的。

人工測試DLVA的測試連接圖如圖2所示。

圖2 人工DLVA測試連接圖

由于在雷達(dá)和電子戰(zhàn)設(shè)備中，DLVA數(shù)量大，人工測試每個DLVA并記錄數(shù)據(jù)的時間大致在20 min，且隨著測試時間延長，人員疲勞度增加，測試速度進(jìn)一步降低。對于雷達(dá)和電子戰(zhàn)設(shè)備成百上千個DLVA而言，測試工作耗時耗力，記錄數(shù)據(jù)工作量大。

3 自動DLVA測試系統(tǒng)硬件組成和工作原理

自動DLVA測試裝置硬件主要由工控機(jī)、電源模塊、交換機(jī)、控制板、機(jī)箱組成，如圖3所示。其中主控機(jī)用軟件編寫程序，通過網(wǎng)絡(luò)方式連接控制板、信號源和示波器，通過輸出接口連接DLVA進(jìn)行測試?？刂瓢逵上冗M(jìn)的簡化指令計(jì)算機(jī)機(jī)器(ARM)、復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)、網(wǎng)絡(luò)芯片和接口芯片等組成，控制板通過網(wǎng)絡(luò)接口接收主控機(jī)控制命令，輸出TTL信號給DLVA進(jìn)行模式選擇，同時控制DLVA輸出接口多種電源通斷。信號源接收主控機(jī)控制命令，受主控機(jī)控制產(chǎn)生不同頻率和功率的信號提供給DLVA。示波器接收主控機(jī)控制命令，讀取DLVA輸出信號的峰值，并將結(jié)果回報給主控機(jī)。DLVA接收信號源提供的射頻信號及輸出接口提供的電源和控制信號，通過示波器測試輸出的中頻信號的幅度。

圖3 DLVA測試系統(tǒng)硬件組成框圖

4 自動DLVA測試系統(tǒng)顯控軟件

自動DLVA測試系統(tǒng)顯控軟件編寫采用Visual C++ 6.0實(shí)現(xiàn)，包含示波器的控制，信號源的控制，控制板的控制，電源通斷控制，DLVA數(shù)據(jù)的測試、計(jì)算和記錄，顯控界面如圖4所示。

圖4 DLVA測試系統(tǒng)軟件界面

控制板上ARM軟件編寫采用uVision V4.10，CPLD軟件編寫采用QuartusII 11.0。所有軟件編寫采用模塊化編程。

5 自動DLVA測試系統(tǒng)測試過程

自動DLVA測試連接圖如圖5所示。先按照圖5連接好DLVA自動測試系統(tǒng)和DLVA模塊、測試儀表等；再按照測試需求設(shè)置好信號源和示波器的IP地址等，方便網(wǎng)絡(luò)連接；然后打開工控機(jī)，在工控機(jī)上運(yùn)行DLVA自動測試軟件；先進(jìn)行頻段選擇，再依次點(diǎn)擊“連接示波器”、“連接信號源”和“電源開”按鍵；最后點(diǎn)擊“開始測試”按鈕，DLVA模塊即開始自動測試，此時顯控軟件實(shí)時顯示主控機(jī)的下發(fā)報文、接收報文和讀取到的DLVA輸出到示波器的信號幅度。通過顯控軟件控制信號源輸出信號給DLVA，示波器測試DLVA輸出信號的幅度，顯控軟件讀取示波器的測試結(jié)果，記錄信號源輸出信號的幅度，通過邏輯運(yùn)算，計(jì)算出DLVA的指標(biāo)，并標(biāo)注出DLVA模塊指標(biāo)是否合格。根據(jù)實(shí)際測試顯示，單個DLVA模塊的測試時間不超過3.5 min。

圖5 自動DLVA測試連接圖

測試結(jié)果如圖6所示。

圖6 自動DLVA測試結(jié)果

6 結(jié)束語

該自動DLVA測試系統(tǒng)可以極大地減小DLVA的測試時間，減少測試過程中人為的測試誤差，減少后期繁瑣的數(shù)據(jù)整理和數(shù)據(jù)計(jì)算工作，滿足越來越短的設(shè)備交付時間的需求。最后，如果該硬件設(shè)備配合其它軟件和硬件連接線，亦可以對其它多種微波器件進(jìn)行測試。