杜愛華,張 珊,李蘇文

(1.船舶重工集團公司723所,揚州225001;2.船舶重工集團公司715所,杭州310000)

0 引 言

微波功率計具有可測功率動態(tài)范圍大、頻率范圍寬等特點,廣泛應用于現(xiàn)代通信系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)中。特別是在雷達調試中,微波功率計已經(jīng)是必不可少的重要工具。配用不同的功率計探頭組成完整的峰值功率計,可以對雷達脈沖信號真實有效地采樣而進行峰值功率測量。因此對微波功率計線性度、穩(wěn)定度的考核特別重要。微波功率計的測試點數(shù)多,在功率比對測試中需要較長時間,目前普遍采用的手動測試方法對此類功率計進行測試費時費力,使用先進的測試技術對傳統(tǒng)方法進行改進已勢在必行。本文以AV2433型微波功率計為例設計了對微波功率計的自動檢定系統(tǒng)。

1 功率計檢定測試原理

微波功率計由功率敏感器和功率指示器組成。AV23200系列功率敏感器為平衡雙二極管檢波方式,通過置入對應的被測信號頻率調用校準因子完成功率測量,由一套高穩(wěn)定信號源裝置對被檢功率計進行標準傳遞檢定。目前普遍采用交替比較法進行檢定,如圖1所示,就是用高一級的微波功率計與被檢功率計進行比對。整個測試過程主要是將帶穩(wěn)幅系統(tǒng)的信號源射頻輸出端口連接到一個精密功分器的輸入端,功分器的2個等量輸出端分別連接被測功率計和標準功率計。信號發(fā)生器輸出頻率設置成所需的測量頻率,輸出幅度被設置為被檢功率計所能正常顯示的值。保持信號發(fā)生器輸出功率不變,將被測功率計和標準功率計的頻率設置與信號發(fā)生器輸出信號的頻率對應,分別讀出功率指示器讀數(shù)。在每個頻率點都進行標稱值與校準值的比較,根據(jù)功率計探頭技術手冊所提供的指標,算出允許相對誤差。

圖1 比較法檢定框圖

2 基于虛擬儀器的微波功率計自動檢定測試

基于功率計檢定測試時,需要記錄輸入與輸出的數(shù)值,同時需要改變信號發(fā)生器的功率,相應地,測量功率計的頻率也要改變,因此存在不可避免的隨機誤差,儀器的頻繁操作及測試過程中因為要接觸儀器及連接線路,也會產(chǎn)生一些人為誤差。而使用虛擬儀器結合高性能硬件可以解決以上不足。在參考原有手動測試的基礎上,筆者提出了新的基于虛擬儀器的功率計自動檢定系統(tǒng)。

2.1 硬件組成方案

該系統(tǒng)的硬件由計算機、測量儀器、接口卡和連接電纜組成,如圖2所示。信號發(fā)生器射頻輸出端連接到精密功分器(Agilent 11667B)的輸入端,功分器的2個等量輸出端分別連接被測功率計(AV2433)和標準功率計(Giga8542B)。通過USBGPIB接口卡(Agilent82357A)將功率計與計算機連接起來,利用計算機對帶有GPIB接口的儀器實現(xiàn)操作和控制。軟件采用LabVIEW編程實現(xiàn)。測試中信號源選用VXI總線信號發(fā)生器,由硬件(主機箱、控制器和儀器模塊)和軟件組成,具體情況如下:(1)VXI CT-100C型C尺寸5槽主機箱;(2)零槽控制器Agilent E8491B;(3)外部控制器(便攜式計算機);(4)Giga50020B、Giga52000B信號發(fā)生器儀器模塊;(5)LabVIEW8.6軟件。

VXI總線系統(tǒng)即插即用,易于升級和擴展,易于根據(jù)各種現(xiàn)場的需要方便快速地更換模塊、重新組合系統(tǒng)。如采用VXI功率計模塊,整個檢定測試系統(tǒng)全部集成到VXI主機箱中,可方便地完成現(xiàn)場檢定測試功能。根據(jù)VXI總線靈活的控制方式,在這里采用常用的VXI-1394控制方案。通過Agilent E8491B(VXI-1394)與計算機連接,如圖2所示。

2.2 軟件組成

圖2 基于虛擬儀器的微波功率計自動檢定系統(tǒng)硬件連接圖

測試系統(tǒng)的軟件采用 LabVIEW8.6(圖形化的編程環(huán)境)軟件開發(fā)。主要內(nèi)容包括對儀器通訊(驅動和控制)和自動檢定過程進行分析設計。本系統(tǒng)對儀器通訊采用VISA編程方式,VISA是虛擬儀器軟件結構體系的簡稱,它是在LabVIEW8.6平臺上控制VXI、GPIB以及其他種類儀器的單接口程序庫。VISA功能模塊使用了VISA session參數(shù),VISA資源名稱是儀器I/O會話句柄的唯一標識引用句柄,指出了VI通信的設備,并傳遞所有需要的配置信息,以進行I/O操作。

通訊子VI包括VISA Open(打開通訊過程)、VISA Write(把數(shù)據(jù)串寫入指定設備)、VISA Read(從指定設備中讀入數(shù)據(jù))、VISA Close(關閉由VISA session指定設備的通訊過程,釋放系統(tǒng)資源)等功能模塊。采用VISA標準,就可以不考慮時間及儀器接口的選擇,對驅動程序可以相互兼容使用。在初始VI中,從VISA資源名稱下拉列表中選擇VISA資源名稱。連接至計算機的處于上電狀態(tài)的儀器都將出現(xiàn)在VISA資源名稱下拉列表中。

檢定測試過程先控制信號發(fā)生器輸出信號,在功率計上分別進行測量參數(shù)設置、讀取數(shù)據(jù)并進行比較分析輸出結果,然后再返回下一個測試頻率點,直到完成所有點的測量。

根據(jù)功率計檢定工作的特點,在LabVIEW8.6中采用標準狀態(tài)機——該模板用于生成標準狀態(tài)機的設計模式。每個狀態(tài)執(zhí)行其代碼并決定下一個狀態(tài)。采用狀態(tài)機的設計模式也便于以后測試功能擴展。

根據(jù)需要,設定4種狀態(tài)——初始化、信號發(fā)生器參數(shù)設置、功率計測試參數(shù)設置、結束。先進行功率計的自檢測試,完成后進入信號發(fā)生器參數(shù)設置狀態(tài),在功率計測試參數(shù)設置狀態(tài)完成數(shù)據(jù)讀取、顯示、分析、輸出結果并判斷下一個狀態(tài)。程序流程圖如圖3所示,軟件部分代碼示意圖如圖4所示。

圖3 軟件流程圖

3 測試結果

經(jīng)過與原來手動測試結果比較,新型自動測試系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:

(1)自動化程度較高。原先手動記錄數(shù)據(jù),代入公式,用計算器完成計算;新型自動檢定測試系統(tǒng)自動完成檢定測試并自動計算顯示。

(2)大大提高測試效率。減少了人為頻繁重復操作,縮短測試時間,手動操作需要30 min,而現(xiàn)在自動檢定測試只需2 min。

(3)操作簡單,界面設計人性化。圖5為實際測試界面,結果在右面顯示,一目了然。界面可保存成Word文檔。

圖4 軟件代碼示意圖

圖5 測試界面示意圖

4 結束語

本文分析了微波功率計的檢定特點,利用VXI總線、GPIB總線技術可以快捷地把計算機和信號發(fā)生器、功率計連接起來,基于LabVIEW軟件構建成一套自動檢定測試系統(tǒng),大大提高了測試系統(tǒng)的自動化程度,并能顯著地提高測試工作的效率及測試準確度。

[1]劉剛,王立香,張連俊.LabVIEW8.20中文版編程及應用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.

[2]陳冠玲.基于GPIB接口的功率測試系統(tǒng)開發(fā)與設計[J].電測與儀表,2008,45(9):15-16.