通用微波組合自動測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

錢 佩，鄧 彬

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

微波組合是某型電子設備中一個重要的組成部分，其也是生產(chǎn)調(diào)試工作量最大的部分。該組合通道數(shù)量多，頻帶寬，測試頻點多，測試時間長，測試精度要求高。以往小批量生產(chǎn)，采用的是人工測試方法，測試效率極低，只能勉強滿足生產(chǎn)調(diào)試的要求，隨著生產(chǎn)任務的增加，原有的生產(chǎn)調(diào)試測試手段已經(jīng)不能滿足大批量裝備生產(chǎn)的需求，迫切需要設計一套自動測試系統(tǒng)以滿足調(diào)試生產(chǎn)的需要[1-2]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

微波組合測試調(diào)試過程如圖1所示，其所測試的主要參數(shù)為輸出口功率。設備預熱穩(wěn)定后，選擇某一通道進行測試，等所有頻點測試完成，更換通道進行測試，直到所有通道頻點測試完成。對所記錄的數(shù)據(jù)進行處理，數(shù)據(jù)波動滿足指標要求，調(diào)試結(jié)束；數(shù)據(jù)不滿足指標，參數(shù)調(diào)整后再重新進行測試。

通過對微波組合的測試流程圖的分析，得出測試系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。由工程控制計算機完成對整個測試系統(tǒng)的控制和管理，控制被測分機接收信號源的輸入信號，將輸出信號由頻譜儀測試后反饋給計算機，完成測試數(shù)據(jù)的記錄。

圖1 微波組合測試流程圖

圖2 自動測試系統(tǒng)原理框圖

2 硬件設計與實現(xiàn)

微波組合輸入分左右兩舷，一舷有9個輸入端口，輸出有左、中、右3個輸出端口。那么依此可組合成27個通道。 在該微波組合的測試過程中，要把微波信號源和頻譜分析儀分別連接到這些輸入輸出端口。有圖3所示2種硬件設計方案：一種是利用功分器與輸入輸出端口的連接；另一種是利用2個PIN開關，用開關矩陣的方式分別實現(xiàn)與輸入輸出端口的連接。

圖3 硬件2種連接方式示意圖

在功分器的連接設計方案中，由于功分器一般有一分二功分器、一分四功分器、一分八功分器等等，因此在輸入端口選擇用4只一分四功分器組成1個一分九的功分器組合實現(xiàn)一分九的功能，不用端口用匹配負載連接，輸出3路端口用1只一分四功分器代替，不用端口用匹配負載連接(見圖4)。用開關矩陣的方案中直接選擇單刀三擲開關和單刀九擲開關即可。

圖4 功分器連接示意圖

對所要使用的開關和功分器進行調(diào)研，主要技術(shù)指標見表1。

表1 開關、功分器主要技術(shù)指標

從圖4和表1得出用功分器方案輸入端引入的插損為7 dB左右，輸出端引入的插損為14 dB左右，整個插損達到21 dB左右，通道之間隔離度為15 dB左右。用開關網(wǎng)絡方案輸入端引入的插損為6.5 dB左右，輸出端引入的插損為1.2 dB左右，隔離度大于60 dB。2種方案優(yōu)缺點分析評估見表2。

經(jīng)評估選擇用2個PIN開關，用開關矩陣的方式分別實現(xiàn)與輸入輸出端口連接的方案，通過控制電路板實現(xiàn)計算機對開關的控制，硬件最終框圖如圖5所示。

表2 硬件特點分析及評估

圖5 自動測試系統(tǒng)的硬件框圖

3 軟件設計與實現(xiàn)

采用VC軟件編程平臺，實現(xiàn)對微波組合自動測試系統(tǒng)軟件的編制，具體實現(xiàn)對策如下：

(1) 對儀表的自動控制：軟件通過LAN網(wǎng)絡接口實現(xiàn)與微波信號源和頻譜分析儀的連接。采用基于虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)(VISA)接口的可編程儀器標準命令(SCPI)實現(xiàn)對微波信號源和頻譜分析儀的遠程控制。

(2) 對開關控制板的控制：實現(xiàn)對開關通道的選擇，通過1塊自制的開關控制電路板來實現(xiàn)。計算機與開關控制板之間通過LAN網(wǎng)絡接口實現(xiàn)連接。采用基于網(wǎng)口的UDP協(xié)議，實現(xiàn)與開關控制板之間的通信。再由開關控制板把網(wǎng)絡協(xié)議報文轉(zhuǎn)換為TTL電平，實現(xiàn)對開關的控制。

(3) 自動測試系統(tǒng)的自動校準功能：由于射頻通道上增加了微波開關，人為地引入插入損耗，為了消除插損對系統(tǒng)測試的影響。在軟件編程過程中，增加了自動校準功能。這樣就能夠消除因增加了微波開關而引起的系統(tǒng)測試誤差。

(4) 測試數(shù)據(jù)的自動記錄：計算機通過LAN網(wǎng)絡接口與頻譜分析儀相連，一方面向頻譜分析儀發(fā)送測試工作命令；另一方面讀取頻譜分析儀上的測試結(jié)果，消除增加微波開關的影響后，把數(shù)據(jù)以TXT的格式生成測試報告存儲在計算機上。

自動測試的軟件界面如圖6所示。

圖6 測試系統(tǒng)主界面

4 實施效果

微波組合自動測試系統(tǒng)經(jīng)方案論證、硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、產(chǎn)品聯(lián)調(diào)等工作后，最終實現(xiàn)了設備研制要求所提出的各項技術(shù)指標。系統(tǒng)實物如圖7所示。

任選一舷，連接好微波組合的輸入輸出電纜，選定頻率間隔為100 MHz，記錄測試時間。檢驗結(jié)果:一舷的自動測試時間為12 min，測試功率誤差≤±0.25 dB。人工手動測試(頻率間隔為500 MHz)所用時間約為120～140 min，對比可得該測試系統(tǒng)大幅度提高了該微波組合的測試效率，效率提高了近50倍。

2017年10月17日，在某設備上對微波組合自動測試系統(tǒng)進行使用。使用的實際情況如表3所示。

圖7 測試系統(tǒng)圖

5 結(jié)束語

本文介紹了某型通用微波組合自動測試系統(tǒng)的設計思路與實現(xiàn)方式。該系統(tǒng)依托工程控制機作為管理和控制中心，控制儀器儀表、開關、被測件的協(xié)同工作，實現(xiàn)了產(chǎn)品多路信號功率的全自動測試，大大提高了產(chǎn)品測試效率，在其他領域的專用測試設備研制中具有很好的借鑒作用。

表3 人工手動/自動測試時間對比表(500 MHz/點)