小型EMI設備電老煉系統(tǒng)開發(fā)

陳華習，李 茂，李 洋

（中國電子科技集團公司第二十九研究所，四川 成都 610036）

0 引 言

目前，電磁干擾（Electro Magnetic Interference，EMI）設備在各類戰(zhàn)場平臺均發(fā)揮著重要作用，其具有體積小、電子集成度高以及可靠性要求高等特點。為了保證彈載平臺小型EMI設備在打擊過程中穩(wěn)定發(fā)揮干擾敵方雷達的作用，在制造過程中需要進行可靠性測試，剔除其在工藝、元器材、原材料等方面的缺陷，而電老煉試驗是可靠性測試的重要一環(huán)。某型彈載平臺的EMI設備在常溫下進行電老煉試驗，要求累計上電時間不小于200 h，扣除在模塊級和分級級所完成的155 h，在整機級EMI設備還需要完成45 h[1-3]。根據(jù)EMI設備電老煉試驗要求，單次電老煉循環(huán)設備上電時間為10 min，下電后的設備散熱時間則根據(jù)散熱條件而定。在上電過程中，需要測試設備的輸出功率、靈敏度等指標。電老煉系統(tǒng)開發(fā)之前，采用人工對設備進行上電、下電、指標測試等工作，不僅工作量大，時間成本高，而且長時間工作容易導致試驗人員疲勞，存在發(fā)生質量事故的風險[4-6]。為了縮短電老煉試驗周期，減少質量事故的發(fā)生，設計一種適用于小型EMI設備的電老煉系統(tǒng)。

1 電老煉系統(tǒng)設計思路

某型彈載平臺小型EMI設備集合了雷達信號的接收、分選、處理和電磁信號的產(chǎn)生、放大、發(fā)射等功能，需要大量使用集成度較高、功能較全的元器材，導致設備上電后發(fā)熱量較大，而該EMI設備沒有自帶散熱功能的風機等裝置，自身散熱效率極低，無法在短時間內將設備溫度恢復至常溫狀態(tài)。由于電老煉過程中設備散熱時間高達67.5 h，對電老煉周期影響極大，因此在電老煉系統(tǒng)開發(fā)時需要考慮設備的快速散熱問題。

由于該型EMI設備自身散熱功能較差，為了避免加電時間較長導致設備損壞，單次上電時間不能超過10 min。同時為了確保整機級設備上電時間不小于45 h，則整個電老煉過程需完成270次的上電、散熱以及指標測試等。為了減少質量問題的發(fā)生，保證試驗的完整性，電老煉試驗人員需具備較高的技能水平，在操作過程中需保持注意力高度集中?；诖?，電老煉試驗系統(tǒng)設計時需考慮操作的便捷性，實現(xiàn)定時自動上電、自動下電、自動測試以及數(shù)據(jù)自動處理與保存等功能。除此之外，該型EMI設備數(shù)量需求極大，為了確保EMI設備能保質保量完成交付，在縮短電老煉時間的基礎上還應考慮多套并行試驗的能力，以達到提高產(chǎn)能的目的[7-10]。

2 電老煉系統(tǒng)組成

基于上述思路設計電老煉試驗系統(tǒng)，主要包括散熱系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、微波信號激勵及微波信號輸出網(wǎng)絡以及工控機等，如圖1所示。

2.1 散熱系統(tǒng)

從經(jīng)濟性、便捷性、能耗、散熱效率等方面考慮，散熱系統(tǒng)由自制通道箱式散熱夾具和吹風機組成，其中通道箱式散熱夾具為半封閉式結構。通道箱式散熱夾具模型如圖2所示。

在電老煉過程中，吹風機向散熱夾具的進風口吹風，由于通道箱式散熱夾具只保留出風口，其余方位呈密閉狀態(tài)，因此風機吹出的風能夠攜帶EMI設備的熱量快速從夾具的出風口散出，以此達到對設備快速散熱的目的。

2.2 電源系統(tǒng)

電老煉系統(tǒng)中的電源由可程控直流電源和非程控直流電源組成。可程控直流電源通過自制供電電纜連接EMI設備進行供電，額定電壓不小于20 V、額定電流不小于50 A，并且可以由測試軟件通過通用接口總線（General-Purpose Interface Bus，GPIB）控制其打開和關閉。非程控直流電源為微波激勵和微波輸出網(wǎng)絡中的射頻開關供電，額定電壓不小于28 V，額定電流不小于5 A，可以長時間保持穩(wěn)定輸出。

2.3 微波信號激勵及微波信號輸出網(wǎng)絡

微波信號激勵網(wǎng)絡由微波信號源、功分器、射頻開關以及射頻電纜組成。微波信號源輸出的信號經(jīng)過多路功分器處理后功分成多路信號分別發(fā)送給射頻開關1、射頻開關2、…、射頻開關2n-1（n為設備數(shù)量），各個射頻開關則根據(jù)測試軟件中的通道控制命令將相應通道打開，并將信號送至EMI設備的對應輸入接口。工控機中的測試軟件通過GPIB總線對微波信號源的信號頻率、功率進行設置和輸出。

微波信號輸出網(wǎng)絡由頻譜分析儀、功分器、射頻開關、衰減器以及之間互連的射頻電纜組成。電磁信號從設備輸出接口輸出，經(jīng)過衰減器處理后送至射頻開關2、射頻開關4、...、射頻開關2n（n為設備數(shù)量），各個射頻開關則根據(jù)測試軟件中的通道控制命令將相應的通道打開，并將微波信號送至功分器，最后由功分器將微波信號輸出至頻譜分析儀，頻譜分析儀對接收到的信號實時采集。

2.4 工控機系統(tǒng)

電老煉系統(tǒng)中，工控機搭載GPIB、IO96板卡以及基于NI488、C#開發(fā)環(huán)境的測試軟件。通過GPIB協(xié)議對系統(tǒng)中的程控直流電源、微波信號源、頻譜分析儀、開關通道進行控制，實現(xiàn)對程控直流電源的定時打開和關閉、微波信號源參數(shù)設置、頻譜分析儀參數(shù)設置、射頻開關控制等功能。

3 測試軟件設計

在電老煉試驗系統(tǒng)中，儀器控制、射頻開關通道控制、指標測試以及數(shù)據(jù)處理等功能均由測試軟件實現(xiàn)。

3.1 測試軟件開發(fā)流程

電老煉系統(tǒng)測試軟件開發(fā)流程如圖3所示。

從圖3可以看出，EMI設備電老煉測試嵌套著內、外2個循環(huán)流程。其中，內循環(huán)流程主要包括指標測試功能、測試通道遍歷功能、EMI設備遍歷功能。指標測試功能實現(xiàn)對單套EMI設備單個通道的靈敏度、輸出功率測試，確保指標的全覆蓋測試。測試通道遍歷功能則確保每套EMI設備的所有通道都被測試，避免通道遺漏。EMI設備遍歷功能確保單次電老煉循環(huán)中所有EMI設備均能被測試，避免設備遺漏。外循環(huán)流程實現(xiàn)定時循環(huán)功能，為整個電老煉過程提供時間軸，保證電老煉試驗的完整性。

3.2 UI設計

測試軟件用戶界面（User Interface，UI）設計應本著簡捷、明晰的原則，本次設計的測試軟件界面由參數(shù)設置窗口、數(shù)據(jù)實時顯示窗口2部分組成。其中，參數(shù)設置窗口包含測試項目選擇、電老煉時間/次數(shù)設置、設備信息填寫以及試驗數(shù)據(jù)保存路徑填寫等功能，數(shù)據(jù)實時顯示窗口界面實時顯示電老煉過程中的測試進程和測試數(shù)據(jù)。

除此之外，測試軟件支持一鍵啟動功能。一鍵啟動后，測試軟件根據(jù)時間軸自行完成整個電老煉試驗過程中的自動上電和下電、指標測試、數(shù)據(jù)處理和保存，無需人員參與，為實現(xiàn)全過程無人操作創(chuàng)造條件。

4 效果檢查與分析

為了驗證此次開發(fā)的電老煉系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性，選取編號為1#和2#的2套EMI設備進行20次循環(huán)的電老煉驗證。驗證步驟如下：按照電老煉系統(tǒng)組成框圖連接儀器、工控機、射頻開關；將兩臺EMI設備分別放置在2個不同的通道箱式散熱夾具中，按照接線關系將射頻電纜及供電電纜通過電纜走線孔與設備進行連接；依次完成GPIB/IO96接口初始化、電老煉時間/次數(shù)設置、設備信息填寫、試驗數(shù)據(jù)保存路徑填寫等設置，設置完成后一鍵啟動電老煉；每次測試時間到達后，測試系統(tǒng)按照測試流程對2套EMI設備的靈敏度和輸出功率進行測試，測試結束后對測試結果判斷和保存；電老煉結束后，對2套EMI設備電老煉數(shù)據(jù)進行分析。

電老煉結束后，將2套設備各20次電老煉測試數(shù)據(jù)分別與手動測試數(shù)據(jù)進行比對和分析，以測試誤差均方根（Root Mean Square，RMS）作為測試準確性的評價指標。1#、2#這2套EMI設備的靈敏度測試誤差分析情況如圖4、圖5所示，其誤差均在±1 dBc以內，具有高度的一致性和穩(wěn)定性。

1#、2#這2套EMI設備的輸出功率測試誤差分析情況如圖6、圖7所示，其誤差均在±1.3 dBc以內，具有高度的一致性和穩(wěn)定性。

從輸出功率、靈敏度測試數(shù)據(jù)的分析情況可知，使用電老煉系統(tǒng)后，測試數(shù)據(jù)的一致性良好，測試準確性較高。在電老煉試驗驗證過程中，電老煉系統(tǒng)運行穩(wěn)定，整個過程未出現(xiàn)異常情況。

5 結 論

針對EMI設備電老煉系統(tǒng)中的硬件組成和構建給出明確思路，采用通道箱式散熱夾具和吹風機組成散熱系統(tǒng)，實現(xiàn)對EMI設備快速散熱功能，為縮短電老煉周期創(chuàng)造條件。通過電源系統(tǒng)設計、微波信號激勵及微波信號輸出網(wǎng)絡設計、測試軟件設計實現(xiàn)電老煉全過程定時自動上電和下電，同時自動執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、處理、判斷以及保存。