基于高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

,王鶴

(1.北京航天測(cè)控技術(shù)有限公司，北京 100041；2.航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094； 3.中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院，西安 710000)

0 引言

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，航天任務(wù)需求日益復(fù)雜且多樣化，有效載荷產(chǎn)品已達(dá)到批量化生產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)衛(wèi)星總體針對(duì)其載荷產(chǎn)品的處理和通信功能要求也越來(lái)越高，多端口微波組件得到了更廣泛的應(yīng)用[1-2]。隨之而來(lái)的是產(chǎn)品測(cè)試強(qiáng)度的不斷增大，針對(duì)不同微波部件的測(cè)試儀器、測(cè)試手段也不盡相同[3]，在測(cè)試儀器測(cè)試通路有限的情況下，傳統(tǒng)人工測(cè)試模式需要測(cè)試人員全程隨測(cè)，每測(cè)一項(xiàng)指標(biāo)就需要手動(dòng)更換測(cè)試端口，一套多端口微波組件產(chǎn)品測(cè)試完成需要耗費(fèi)幾個(gè)小時(shí)，更換數(shù)十次端口，同時(shí)由于不斷地更換端口，每次人工旋緊接頭時(shí)可能有偏差，導(dǎo)致同款產(chǎn)品間測(cè)試的一致性不高測(cè)量精度差，這種測(cè)試模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。因此，必須采用通用化集成度高的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)完成龐大的測(cè)試任務(wù)[4-5]。

本文設(shè)計(jì)了適用于不同衛(wèi)星載荷微波組件產(chǎn)品的高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，依托高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)這一主要單元搭建的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星載荷產(chǎn)品的全過(guò)程自動(dòng)測(cè)試，解決傳統(tǒng)人工測(cè)試效率低且容易出錯(cuò)的問(wèn)題。

1 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計(jì)

自主設(shè)計(jì)研發(fā)的高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分。高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)本地或上位機(jī)程序控制開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)級(jí)聯(lián)同軸開(kāi)關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)被測(cè)件與測(cè)試儀器的聯(lián)通。由于所有被測(cè)件都是經(jīng)由開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)提供的擴(kuò)展鏈路與測(cè)試儀器相連通的，可以說(shuō)高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度，是整個(gè)系統(tǒng)的重難點(diǎn)[6]。因此如何在滿足實(shí)際測(cè)試需求的前提下，優(yōu)化設(shè)計(jì)高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)顯得尤為重要，在硬件部分將從鏈路、電路和結(jié)構(gòu)三個(gè)方面予以優(yōu)化。

1.1 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈路設(shè)計(jì)

通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)及實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證可知，插入損耗作為微波射頻方面的一個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)，其指標(biāo)的好壞與射頻鏈路的長(zhǎng)度是線性相關(guān)的。同一路射頻信號(hào)，如果實(shí)際通過(guò)的射頻開(kāi)關(guān)級(jí)數(shù)越多，鏈路的物理長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其相應(yīng)的插入損耗等指標(biāo)就會(huì)越大，整個(gè)鏈路的阻抗匹配性就會(huì)越差[7]。所以在高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的鏈路設(shè)計(jì)中要盡可能地減少開(kāi)關(guān)級(jí)數(shù)，縮短射頻線纜的物理長(zhǎng)度，優(yōu)化整個(gè)開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的鏈路設(shè)計(jì)，在保證被測(cè)產(chǎn)品的鏈路擴(kuò)展需求的同時(shí)也可以降低整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研制成本。

經(jīng)過(guò)大量調(diào)研被測(cè)產(chǎn)品的需求[8]，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)了由5臺(tái)高頻矩陣開(kāi)關(guān)組成的高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程中8×72通道的鏈路擴(kuò)展，滿足目前包括T/R組件、行波管放大器、正/負(fù)驅(qū)微波開(kāi)關(guān)，相控陣天線等絕大部分微波組件產(chǎn)品的測(cè)試需求。根據(jù)所連接端口數(shù)量的不同允許最多同時(shí)測(cè)量4～8件微波組件產(chǎn)品，具體原理如圖1所示。

圖1 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)原理圖

由圖1可知，高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)包含1臺(tái)定制型總矩陣和4臺(tái)6入18出分矩陣。定制型總矩陣由4個(gè)四選一開(kāi)關(guān)(SP4T)和2個(gè)二選一(SPDT)開(kāi)關(guān)構(gòu)成，外部有IN1-IN4、OUT1-OUT4、J1-J4共計(jì)12個(gè)射頻接口。其中IN1-IN4連接測(cè)試儀器的激勵(lì)端，OUT1-OUT4連接測(cè)試儀器的響應(yīng)端，J1-J4經(jīng)過(guò)外部射頻線纜依次與4個(gè)6入18出分矩陣連接。4個(gè)分矩陣結(jié)構(gòu)相同，均由4個(gè)六選一開(kāi)關(guān)(SP6T)和1個(gè)四選一開(kāi)關(guān)(SP4T)構(gòu)成，前面板設(shè)計(jì)有6個(gè)射頻接口(IN1-IN6)，后面板設(shè)計(jì)有18個(gè)射頻接口(OUT1-OUT18)。5臺(tái)矩陣開(kāi)關(guān)級(jí)聯(lián)而成一套高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，整體達(dá)到8×72通道擴(kuò)展。需要特別提到的是，其中與總矩陣J2和J3端口相連接的分矩陣2和分矩陣3可通過(guò)兩個(gè)二選一開(kāi)關(guān)的通斷實(shí)現(xiàn)激勵(lì)通道/響應(yīng)通道的切換，從而使整個(gè)高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)為被測(cè)產(chǎn)品提供最多54個(gè)激勵(lì)(或響應(yīng))通道，提高了高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的靈活性與適用性。采取這種“五合一”的模式搭建高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)可以減少整體的體積重量，便于搬運(yùn)轉(zhuǎn)移及滿足日常維護(hù)需要；另外由于矩陣開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)為同時(shí)具備本地控制與程序控制兩種模式，當(dāng)被測(cè)微波產(chǎn)品的測(cè)試端口數(shù)量需求較小時(shí)，整個(gè)高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)可以拆分作為獨(dú)立的矩陣開(kāi)關(guān)使用，應(yīng)用方面更為靈活多變。

另一個(gè)決定高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)好壞的方面是機(jī)箱內(nèi)部射頻開(kāi)關(guān)及級(jí)聯(lián)射頻電纜的選型。

目前主流射頻開(kāi)關(guān)分為機(jī)械式同軸微波開(kāi)關(guān)與固態(tài)電子式微波開(kāi)關(guān)。固態(tài)電子式微波開(kāi)關(guān)具有造價(jià)低，體積小，切換速度快等特點(diǎn)，同時(shí)由于內(nèi)部沒(méi)有切換的部件，因此使用壽命更長(zhǎng)。但其缺點(diǎn)也很明顯，頻率覆蓋的范圍不夠?qū)?，自身的插入損耗較大(40 GHz時(shí)超過(guò)-5 dB)，不適于對(duì)性能指標(biāo)要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。

與固態(tài)電子式微波開(kāi)關(guān)相比，機(jī)械式同軸微波開(kāi)關(guān)頻率覆蓋范圍足夠?qū)捛揖哂辛己玫姆€(wěn)定性，靜電作用反應(yīng)對(duì)其基本沒(méi)有影響，自身的插入損耗遠(yuǎn)小于固態(tài)微波開(kāi)關(guān)，通常能做到40 GHz時(shí)不大于-2 dB，通道間切換也可達(dá)到ms級(jí)，是高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的首選開(kāi)關(guān)類型。市場(chǎng)上能夠提供該類型開(kāi)關(guān)的廠商包括美國(guó)的Keysight公司、Dow-Key公司、Pasternack公司，法國(guó)雷迪埃公司，德國(guó)Narda公司等，國(guó)內(nèi)也有很多生產(chǎn)企業(yè)，包括航天科技集團(tuán)504所，中電科技集團(tuán)41所等等。綜合考慮成本及開(kāi)關(guān)指標(biāo)問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用法國(guó)雷迪埃公司的產(chǎn)品，具體指標(biāo)如表1所示。

表1 射頻開(kāi)關(guān)指標(biāo)

機(jī)箱內(nèi)部可采用的射頻電纜分為柔性線纜、半柔性線纜及半剛性線纜?？紤]到半剛性同軸線纜易于定型，其高強(qiáng)度的外導(dǎo)體在提供良好屏蔽特性的同時(shí)，也能很好地保證線纜結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性，便于機(jī)箱內(nèi)部的走線布局。本設(shè)計(jì)選取指標(biāo)優(yōu)異的進(jìn)口半剛性同軸線纜作為內(nèi)部射頻開(kāi)關(guān)間的級(jí)聯(lián)射頻電纜。

端口駐波調(diào)試：矩陣開(kāi)關(guān)微波接口處的級(jí)聯(lián)形式為2.92型面板轉(zhuǎn)接器+半剛電纜+微波開(kāi)關(guān)。以40 GHz為例，其中2.92型面板轉(zhuǎn)接器駐波接近為1.00，半剛電纜駐波為1.15，射頻開(kāi)關(guān)駐波為1.70(二選一開(kāi)關(guān)和多選一開(kāi)關(guān)標(biāo)稱值為1.90、2.20，實(shí)測(cè)1.70)，可見(jiàn)駐波主要取決于射頻開(kāi)關(guān)。此外各微波元器件級(jí)聯(lián)時(shí)的失配狀態(tài)也在一定程度上影響到駐波指標(biāo)。可采取的措施是，在線纜布局設(shè)計(jì)中盡量減小級(jí)聯(lián)和避免電纜的彎折，還需注意彎折的角度，以減小微波傳輸?shù)牟贿B續(xù)性對(duì)駐波的惡化；確保單根電纜的駐波控制在1.2以內(nèi)(40 GHz時(shí))；另外在通道調(diào)試時(shí)，針對(duì)同批次多級(jí)開(kāi)關(guān)駐波曲線基本一致，導(dǎo)致駐波累加的問(wèn)題，對(duì)級(jí)聯(lián)電纜進(jìn)行駐波曲線仿真設(shè)計(jì)，通過(guò)電纜對(duì)鏈路進(jìn)行匹配，使電纜和開(kāi)關(guān)的駐波高點(diǎn)不重合，確保通道駐波指標(biāo)滿足要求。

各通道插入損耗調(diào)試： 微波元器件的插入損耗指標(biāo)是隨著頻率的增加逐漸惡化的。從表1可知，在40 GHz時(shí)，四選一開(kāi)關(guān)和六選一開(kāi)關(guān)的損耗為1.10 dB，二選一開(kāi)關(guān)的損耗為0.80 dB,2.92型面板轉(zhuǎn)接器損耗為0.5 dB，半剛同軸電纜損耗為2.75 dB(電纜損耗為3.5 dB/m，矩陣內(nèi)預(yù)計(jì)電纜長(zhǎng)度為50 cm，考慮到電纜接頭損耗在1 dB左右)，連接造成的失配損耗為0.4 dB，這樣各通道插入損耗可以控制在8 dB以內(nèi)。

幅度相位一致性調(diào)試：矩陣開(kāi)關(guān)的幅度相位一致性主要受各射頻開(kāi)關(guān)和射頻電纜幅相一致性的制約。在機(jī)箱內(nèi)線纜布局設(shè)計(jì)中，需要注意結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，使每條線纜具有相同的物理長(zhǎng)度，通過(guò)等長(zhǎng)設(shè)計(jì)和通道電纜補(bǔ)償來(lái)保證指標(biāo)。本設(shè)計(jì)選用的射頻電纜在全頻帶內(nèi)的幅頻特性較好，可以保證相同規(guī)格的電纜之間，在全頻帶內(nèi)同一頻點(diǎn)處的幅相接近。另外，所選用的各射頻開(kāi)關(guān)之間以及同一開(kāi)關(guān)不同通道間的幅頻特性較好，由開(kāi)關(guān)引起的幅度不一致性可通過(guò)批量電纜篩選的方式予以補(bǔ)償。

經(jīng)過(guò)指標(biāo)調(diào)試后，預(yù)計(jì)高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)能夠達(dá)到以下性能指標(biāo)：

工作頻段：DC～40 GHz；

最大承受功率：不大于2 W；

各端口駐波比：DC～26.5 GHz時(shí)不大于1.7;

26.5～40 GHz時(shí)不大于2.0；

各通道插入損耗：不大于9 dB；

通道間幅度一致性：≤±1.0 dB；

通道間相位一致性：≤±40°；

通道間隔離度：≥50 dB。

1.2 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計(jì)

高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的電路控制主要包括系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)核心板和射頻開(kāi)關(guān)繼電控制板兩部分。主控計(jì)算機(jī)核心板選用了市面上主流廠商研揚(yáng)科技的產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有體積小巧，接口資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，可以提供4個(gè)RS232 串行接口、兩個(gè) USB3.0接口、一個(gè)LAN局域網(wǎng)口、一個(gè)CRT顯示端口、一個(gè)LVDS顯示端口等，滿足系統(tǒng)需求。

射頻開(kāi)關(guān)繼電控制板為自主設(shè)計(jì)研發(fā)產(chǎn)品，以ATMEL的AT91SAM7X256 ARM處理器[9]和Altera的EPM7256SRI208-10 CPLD處理器[10]為主要架構(gòu)，配合MAX485接口、CAN接口等單元，可以對(duì)開(kāi)關(guān)矩陣箱中各個(gè)射頻開(kāi)關(guān)進(jìn)行快速切換，從而形成多路組合開(kāi)關(guān)協(xié)同工作。繼電控制板需要5 V和24 V兩路供電，其中5 V提供給各芯片電路，24 V為包括六選一開(kāi)關(guān)、四選一開(kāi)關(guān)和二選一開(kāi)關(guān)三種類型的射頻開(kāi)關(guān)提供驅(qū)動(dòng)供電。為了滿足多型開(kāi)關(guān)矩陣機(jī)箱的開(kāi)關(guān)控制，控制板能夠?yàn)樽疃?個(gè)SPDT矩陣開(kāi)關(guān)和12個(gè)SP4T/SP6T矩陣開(kāi)關(guān)提供供電及控制信號(hào)，具體原理如圖2所示。

圖2 繼電控制板原理

實(shí)際工作過(guò)程中，通過(guò)前面板的觸摸顯示屏或程控選擇相應(yīng)的切通通道，主控核心板中安裝的控制軟件將切換命令解析為每一個(gè)射頻開(kāi)關(guān)的控制指令，經(jīng)由RS232串行口與繼電器控制板進(jìn)行串行通信發(fā)送控制信號(hào)。繼電器控制板接收到控制指令后，驅(qū)動(dòng)電路將該指令令轉(zhuǎn)化為合適的電壓和驅(qū)動(dòng)電流，進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，從而實(shí)現(xiàn)多路微波信號(hào)傳輸切換，控制矩陣開(kāi)關(guān)射頻通道不同鏈路的選擇。

1.3 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

單臺(tái)高頻矩陣開(kāi)關(guān)的組成包括多端口微波開(kāi)關(guān)、半剛性同軸電纜、轉(zhuǎn)接器、數(shù)據(jù)及電源連接器、矩陣開(kāi)關(guān)控制電路、矩陣電源穩(wěn)壓電路、開(kāi)關(guān)箱結(jié)構(gòu)件等部分，考慮到以后可能的擴(kuò)展需求，將微波開(kāi)關(guān)通道、開(kāi)關(guān)控制電路及電源穩(wěn)壓電路分別進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和集成，依次規(guī)劃為電源區(qū)、控制區(qū)和開(kāi)關(guān)鏈路區(qū)。所有矩陣開(kāi)關(guān)機(jī)箱采用電磁兼容模式，全鋁合金材質(zhì)能夠屏蔽外界信號(hào)的干擾，機(jī)箱散熱通過(guò)安裝在機(jī)箱內(nèi)部的電風(fēng)扇進(jìn)行散熱。成品為標(biāo)準(zhǔn)的4U高19英寸上架結(jié)構(gòu)，尺寸420 mm(長(zhǎng))×450 mm(寬)×170 mm(高)。

2 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)

高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的控制軟件在WINDOWS操作系統(tǒng)環(huán)境下采用Visio Studio 2010編譯軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，具體控制軟件流程如圖3所示。按照?qǐng)D3，采用C++語(yǔ)言進(jìn)行源代碼編寫(xiě)工作，經(jīng)過(guò)調(diào)試及編譯仿真，生成可執(zhí)行程序(*.exe格式)。設(shè)備上電后，自動(dòng)運(yùn)行控制軟件，軟件首先對(duì)各射頻開(kāi)關(guān)發(fā)出復(fù)位指令完成系統(tǒng)初始化，等待接收本地控制指令或上位機(jī)程序控制指令，收到控制指令后，以通道鏈路概念為核心，控制軟件將其解析為各射頻開(kāi)關(guān)的切換命令，通過(guò)串口發(fā)送給繼電控制板，由控制板控制鏈路中的多個(gè)微波開(kāi)關(guān)按信號(hào)方向和工作先后順序切換實(shí)現(xiàn)通道控制完成通道切換。

圖3 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)控制軟件流程圖

軟件具備遠(yuǎn)程控制和本地控制兩種模式，遠(yuǎn)程控制優(yōu)先；本地控制支持觸摸屏控制方式，控制界面可實(shí)時(shí)顯示開(kāi)關(guān)切換次數(shù)，總矩陣控制軟件本地控制界面如圖4所示。

圖4 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)控制軟件界面圖(總矩陣)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)搭建好的高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)試，測(cè)試所需臺(tái)式儀器為是德科技生產(chǎn)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀N5244B及配套測(cè)試電纜一組。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上電校準(zhǔn)后，按圖5所示與被測(cè)矩陣開(kāi)關(guān)連接，依次設(shè)置測(cè)量參數(shù)S11、S22測(cè)量前后面板的端口駐波比，S21測(cè)量通道插入損耗，S12測(cè)量幅度相位一致性(以IN-1～OUT1通道為基準(zhǔn)將S12參數(shù)中幅度相位數(shù)值歸一化)。通過(guò)前面板觸摸顯示屏手動(dòng)控制矩陣開(kāi)關(guān)的通道切換，得到每個(gè)通路的測(cè)試截圖如圖6所示。對(duì)全部測(cè)試截圖中數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以6入18出分矩陣1為例節(jié)選部分實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)詳如表2所示。

圖5 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試連接圖

圖6 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)試截圖

通道端口駐波比(前面板/后面板)DC～26.5GHz26.5～40GHz通道插入損耗/dB相位一致性/(°)幅度一致性/dBIN-1～OUT-11.61/1.681.77/1.827.300.010IN-1～OUT-21.57/1.551.80/1.827.3713.090.06IN-1～OUT-31.61/1.651.84/1.957.587.71-0.25IN-1～OUT-41.55/1.531.84/1.857.4914.850.04IN-1～OUT-51.58/1.621.82/1.837.3112.80.09IN-1～OUT-61.57/1.591.82/1.877.5815.8-0.15IN-1～OUT-71.59/1.571.81/1.937.3520.49-0.01…………IN-6～OUT-161.62/1.631.84/1.897.4517.180.06IN-6～OUT-171.62/1.631.85/1.887.4512.670.03IN-6～OUT-181.60/1.581.80/1.937.3210.340.11

從表2可見(jiàn)，高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)整體性能指標(biāo)良好，端口駐波比、各通道插入損耗及通道間幅度相位一致性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)能夠滿足1節(jié)中預(yù)期的指標(biāo)要求。當(dāng)其應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中時(shí)，可以最小限度的降低由于使用開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展測(cè)試通道而對(duì)被測(cè)產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)證明整個(gè)高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中選取的射頻開(kāi)關(guān)與射頻電纜之間的匹配性較好，指標(biāo)調(diào)試方法合理，可應(yīng)用于后續(xù)類似矩陣開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中。

4 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)應(yīng)用

高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)和圍繞它的系統(tǒng)應(yīng)用組成，主要包括工控計(jì)算機(jī)、激勵(lì)及測(cè)試儀器、提供遙控遙測(cè)信號(hào)的指令驅(qū)動(dòng)設(shè)備等。本系統(tǒng)配備的臺(tái)式儀器為是德科技生產(chǎn)的信號(hào)源E8257D、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀N5244B、頻譜儀N9030A、頻率計(jì)53149A及功率計(jì)N1914A，整體結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

使用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試工作時(shí)，測(cè)試人員首先根據(jù)被測(cè)微波組件的測(cè)試需求在系統(tǒng)搭載的自研軟件平臺(tái)上編輯相應(yīng)的測(cè)試流程，選定測(cè)試項(xiàng)目，工控計(jì)算機(jī)通過(guò)LAN或GPIB的通信方式對(duì)各儀器設(shè)備發(fā)送程控指令，依托高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)提供的通路擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)對(duì)多端口微波組件產(chǎn)品的自動(dòng)測(cè)試。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具備如駐波、諧雜波抑制、增益、帶內(nèi)響應(yīng)、帶外增益、幅相一致性、增益穩(wěn)定度、噪聲系數(shù)、相位噪聲、非線性特性(P-1)等相關(guān)參數(shù)的測(cè)試能力，同時(shí)可利用矢網(wǎng)自校準(zhǔn)功能，對(duì)多個(gè)通道進(jìn)行自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)多通道S參數(shù)的自動(dòng)和循環(huán)測(cè)試，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果如圖8所示?，F(xiàn)以圖7中測(cè)試8入8出的上變頻器和相控陣天線端子的插入損耗為例進(jìn)行說(shuō)明。

輸入激勵(lì)信號(hào)流向：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀激勵(lì)端口(port1)發(fā)出激勵(lì)信號(hào)，信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)接口IN-2進(jìn)入定制型主矩陣，主矩陣輸入端切換至J-1，信號(hào)進(jìn)入6入18出分矩陣1，分矩陣依次切換1-8輸出通道，信號(hào)分別流入被測(cè)上變頻器的8路輸入端予以激勵(lì)。

輸出響應(yīng)信號(hào)流向：激勵(lì)信號(hào)進(jìn)入上變頻器產(chǎn)生8路響應(yīng)信號(hào)，信號(hào)流入分矩陣3，矩陣依次切換1-8輸出通道，主矩陣輸出端切換至J-3，8路響應(yīng)信號(hào)依次經(jīng)由J-3、OUT-1進(jìn)入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀響應(yīng)端口(port2)進(jìn)行分析，軟件平臺(tái)自動(dòng)讀取矢網(wǎng)S21參數(shù)得到被測(cè)上變頻器對(duì)應(yīng)各通路的插入損耗值。

圖8 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種依托高頻開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，能夠適配目前大多數(shù)微波組件產(chǎn)品的測(cè)試需求，解決了不同衛(wèi)星載荷微波組件產(chǎn)品測(cè)試的通用性問(wèn)題，提高了工作效率和人員利用率。目前已有多套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)投入使用，市場(chǎng)反應(yīng)良好，應(yīng)用前景廣闊。