微波組件自動測試系統(tǒng)及其分布式網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)

文/鄭宏斌

隨著系統(tǒng)級集成技術(shù)的發(fā)展，整機系統(tǒng)對微波組件的集成度要求也隨之提高，組件指標(biāo)參數(shù)的測試復(fù)雜度決定了組件的研發(fā)與生產(chǎn)效率。本文根據(jù)自動測試系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，并結(jié)合實際應(yīng)用發(fā)展，提出了具有通用性的微波組件自動測試系統(tǒng)，為微波組件的研發(fā)及生產(chǎn)提供了具有高精度、高效率的自動測試方法。

1 微波組件自動測試系統(tǒng)的需求及構(gòu)成

1.1 微波組件的測試需求

隨著自動測試系統(tǒng)的發(fā)展需要，新一代自動測試系統(tǒng)要求具有以下功能：

（1）測試參數(shù)通用化；

（2）測試接口標(biāo)準(zhǔn)化；

（3）測試過程智能化；

（4）測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。

微波組件自動測試系統(tǒng)用于各類微波組件各種指標(biāo)自動化測試，測試指標(biāo)包括：頻率、功率、諧波、雜散、增益、駐波、隔離度、相位、幅度、噪聲系數(shù)、噪聲系數(shù)等；常用的儀器包括頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、信號源、功率計、示波器、電源等。傳統(tǒng)的測試方法是對每個獨立的指標(biāo)進(jìn)行單獨測試，測試過程中涉及到不同的儀器時，需要人工切換不同的測試連接，而且在儀器手動切換過程中帶人測試誤差，測試精度及效率無法滿足需求；因此具有一次性接入、儀器自動切換功能的集成化、高精度、高效率、通用化的自動測試系統(tǒng)是微波組件測試的最優(yōu)選擇。

1.2 自動測試系統(tǒng)硬件設(shè)計

自動測試系統(tǒng)的硬件平臺包含主控計算機、測試儀器、開關(guān)矩陣等。主控計算機為自動測試系統(tǒng)的核心，通過與測試儀器、開關(guān)矩陣、待測組件等進(jìn)行通信，完成系統(tǒng)指令發(fā)送、數(shù)據(jù)采集、測試數(shù)據(jù)解析、測試結(jié)果輸出等內(nèi)容；測試儀器由多個部分組成，通過標(biāo)準(zhǔn)儀器接口互聯(lián)，最后通過LAN接口與主控計算機相連，測試儀器完成微波組件待測指標(biāo)參數(shù)的讀??；開關(guān)矩陣通過LAN或RS232接口與主控計算機相連，完成微波組件測試過程中儀器切換，同時開關(guān)矩陣內(nèi)部可集成其他輔助功能模塊，滿足多功能測試臺的功能，實現(xiàn)了測試接口的標(biāo)準(zhǔn)化；

自動測試系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖1所示。

1.3 自動測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

自動測試系統(tǒng)軟件進(jìn)行了模塊化設(shè)計，包括儀器通信接口設(shè)計、儀器校準(zhǔn)、輸入接口設(shè)計、輸出顯示設(shè)計、測試模式選擇、測試參數(shù)可配置、本控和遠(yuǎn)控切換功能。自動測試系統(tǒng)輸入接口設(shè)計為參數(shù)的輸入具有可存儲功能，參數(shù)的輸入和更改僅需一次即可完成，以后的測試過程中不需要重復(fù)的輸入。

自動測試系統(tǒng)軟件實現(xiàn)流程如下：

圖1：自動測試系統(tǒng)的構(gòu)成框圖

（1）系統(tǒng)初始化：完成儀器的初始化，主控計算機通過通信接口設(shè)置每臺測試儀器的測試狀態(tài)、測試參數(shù)；

（2）開關(guān)矩陣初始化：建立開關(guān)矩陣的輸入連接、輸出連接；

（3）系統(tǒng)電源控制：按照微波組件上電順序要求，依次完成微波組件的各路電源上電；

（4）指令控制：主控計算機通過LAN接口發(fā)送通信指令，使儀器、開關(guān)矩陣、待測組件進(jìn)入測試狀態(tài)；

（5）數(shù)據(jù)處理：主控計算機測試軟件完成數(shù)據(jù)采集，并對采集的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、存儲并輸出測試結(jié)果；

（6）狀態(tài)檢測：自動測試系統(tǒng)運行過程中，對測試狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，并完成故障診斷。

自動測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計使得整個測試過程實現(xiàn)了智能化、一鍵化測試；自動測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖如圖2所示。

2 測試系統(tǒng)的精度校準(zhǔn)及效率優(yōu)化

2.1 測試系統(tǒng)精度校準(zhǔn)

自動測試系統(tǒng)的重要性能為測試過程的一致性及測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，在整個測試過程中測試儀器、開關(guān)矩陣、測試電纜等每個環(huán)節(jié)都會對測試結(jié)果的精度造成影響。因此測試系統(tǒng)在測試前應(yīng)用校準(zhǔn)處理方法完成對測試指標(biāo)產(chǎn)生影響的環(huán)節(jié)進(jìn)行校準(zhǔn)參數(shù)采集，并將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)寫入校準(zhǔn)文件，在測試過程中調(diào)用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件并通過校準(zhǔn)處理算法消除因射頻電纜、射頻開關(guān)、衰減狀態(tài)、測試環(huán)境溫度等產(chǎn)生的測試誤差。

與傳統(tǒng)的測試方法相比，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的一次性采集與測試過程中測試誤差校準(zhǔn)方法的應(yīng)用，避免了人員操作所產(chǎn)生的誤差，提高了測試系統(tǒng)的使用靈活度和測試精度。

2.2 測試系統(tǒng)效率優(yōu)化

圖2：自動測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖

自動測試系統(tǒng)的測試速率為系統(tǒng)的最基本特點，微波組件測試參數(shù)多，但測試參數(shù)也具有通用性。為了提高測試效率，自動測試系統(tǒng)從以下幾個方面進(jìn)行了優(yōu)化。

（1）儀器自動切換：開關(guān)矩陣的應(yīng)用實現(xiàn)了測試過程中實現(xiàn)了儀器的自動切換，避免了人工進(jìn)行儀器切換帶來的誤差，同時提高了測試效率；

（2）功能接口擴展：開關(guān)矩陣擴展為多功能綜合測試臺，增加了輔助功能輸入輸出控制接口，并可實現(xiàn)編程處理，具有測試狀態(tài)可配置功能；

（3）測試數(shù)據(jù)處理優(yōu)化：所有采集數(shù)據(jù)的解析、處理、存儲、讀取等均在自動測試系統(tǒng)上位機軟件中完成處理，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理采用多線程運行方式，主控計算機后臺可完成所有數(shù)據(jù)的處理；

（4）測試儀器和設(shè)備新技術(shù)的應(yīng)用：在多通道收發(fā)組件測試過程中，幅度和相位數(shù)據(jù)采集時選用大于通道數(shù)目的儀器或?qū)ｉT開發(fā)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可一次性完成多通道所有數(shù)據(jù)的測試，避免了測試過程中多次更換輸入輸出接口的測試方式。

3 自動測試系統(tǒng)的分布式網(wǎng)絡(luò)化功能實現(xiàn)

根據(jù)自動測試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，新一代分布式網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)在功能上應(yīng)該滿足以下幾點：

（1）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)測控, 用戶能通過網(wǎng)絡(luò)控制測試現(xiàn)場；

（2）能夠滿足裝備專家遠(yuǎn)程實時的獲取測試信息；

（3）測試數(shù)據(jù)可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析處理存儲和故障診斷功能；

（4）能夠查詢歷史數(shù)據(jù)；

（5）可以對用戶登錄情況進(jìn)行控制統(tǒng)計和管理；

（6）系統(tǒng)具有靈活的結(jié)構(gòu), 不限于對一個現(xiàn)場測試系統(tǒng)的監(jiān)測。

從圖1可知，微波組件自動測試系統(tǒng)的分布式網(wǎng)絡(luò)化分為用戶層、單元層和設(shè)備層；用戶層運行在可接入測試網(wǎng)絡(luò)的用戶機計算機或工作站中；單元層運行在自動測試軟件操作平臺中，完成測試設(shè)備管理、測試數(shù)據(jù)管理、通信接口管理等功能；設(shè)備層包括測試儀器、開關(guān)矩陣及待測微波組件。微波組件自動測試系統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)化的實現(xiàn)包括以下內(nèi)容：

（1）系統(tǒng)搭建實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)分布式，避免了傳統(tǒng)的分離式測試，實現(xiàn)了一鍵化自動測試；

（2）實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)傳遞，可通過網(wǎng)絡(luò)控制測試現(xiàn)場，遠(yuǎn)程實時獲取各測試節(jié)點的數(shù)據(jù)；

（3）主控計算機可完成不同來源的數(shù)據(jù)分析、處理和存儲，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理；

（4）測試過程中實現(xiàn)了故障檢測、故障定位、故障診斷、歷史數(shù)據(jù)記錄。

4 結(jié)論

本文介紹了微波組件自動測試系統(tǒng)的通用需求，給出了自動測試系統(tǒng)的硬件和軟件實現(xiàn)方法，根據(jù)實際測試過程驗證，完成了測試過程中測試精度的校準(zhǔn)和測試效率的優(yōu)化；最后根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展需求及趨勢，給出了微波組件自動測試系統(tǒng)中所實現(xiàn)的分布式網(wǎng)絡(luò)化功能。