姜茂仁，吳 波，陳 瓊

(1.海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島 266041;2.南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院，江西 南昌 330063)

0 引言

在現(xiàn)代軍用航空領(lǐng)域，機(jī)載電子設(shè)備一般包括航空通信、導(dǎo)航、雷達(dá)和電子對抗等類型，按照相關(guān)規(guī)程要求，這些設(shè)備在使用過程中要定期維護(hù)，如100小時(shí)、300小時(shí)定檢等，其主要工作內(nèi)容是對外場可更換單元的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測試，檢測手段通常采用大型航空電子設(shè)備綜合測試系統(tǒng)(ATE)［1-3］。航空電子設(shè)備信號具有頻率高、頻帶寬和輻射性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)深入研究抗干擾與電磁兼容問題。本文介紹基于新型ATE研發(fā)，采取有針對性措施來破解這一難題的方法［4］。

1 研制背景

ATE一般包括硬件和軟件兩大部分，硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由控制計(jì)算機(jī)、VXI或PXI機(jī)箱、GPIB測試資源、MXI總線和VPC陣列接口等組成;系統(tǒng)軟件由測試軟件平臺、故障診斷軟件和系統(tǒng)管理軟件3部分組成［5］。由于測試系統(tǒng)具有被測對象(設(shè)備)類型多，信號頻帶寬(0～26.5GHz)，功率強(qiáng)弱不均(大信號峰值功率可達(dá)千瓦數(shù)量級、弱信號幅度最小可為μV數(shù)量級)等特點(diǎn)［6-8］。

圖1 航空電子設(shè)備綜合測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為此，在以往的測試系統(tǒng)中，解決辦法是將大部分射頻、微波信號的傳輸和控制經(jīng)過各自的路徑匯集到陣列接口，然后再與被測設(shè)備連接，如微波信號，其路徑是由微波信號源產(chǎn)生，經(jīng)其后面板輸出，再經(jīng)VXI機(jī)箱后面板輸入，經(jīng)VXI機(jī)箱中的微波開關(guān)控制，到陣列接口轉(zhuǎn)接，最后經(jīng)專用電纜輸出到被測設(shè)備，如圖2所示。其它信號的傳輸和控制路徑也大體與此類似［9］。

圖2 微波信號原來的路徑

射頻、微波信號經(jīng)過這樣的路徑分散傳輸，將導(dǎo)致信號傳輸路徑長、轉(zhuǎn)接控制多，易產(chǎn)生衰減、失真、泄漏和相互干擾，其結(jié)果是使系統(tǒng)測試誤差大，可信度降低(測量值的不確定性增加)，并且，一旦產(chǎn)品定型，短時(shí)間還很難找到較好的解決辦法。

2 集中控制設(shè)計(jì)

射頻微波集中控制的設(shè)計(jì)思想是，將射頻、微波信號的傳輸與控制相對集中，且不再經(jīng)過陣列接口及其開關(guān)轉(zhuǎn)接，而是直接與被測設(shè)備相連，以減少傳播路徑和中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，如圖3所示。這樣做，縮短了傳輸路徑、大大減小了信號衰減、失真、泄漏和相互干擾的可能性，提高了測試精度，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖3 微波信號現(xiàn)在的路徑

2.1 裝置組成

按照這一思想設(shè)計(jì)的產(chǎn)品定名為“射頻微波集中控制裝置”，其原理結(jié)構(gòu)及其與外圍接口、儀器連接框圖如圖4所示。

圖4 射頻微波信號集中控制裝置組成以及與外圍接口、儀器連接圖

其結(jié)構(gòu)主要由電源模塊、帶有衰減器的微波開關(guān)組(共有6組微波開關(guān)、1個(gè)30dB固定衰減器)、信號調(diào)理電路板、電源模塊、直通式功率計(jì)傳感器、射頻負(fù)載1、射頻負(fù)載2和數(shù)字I/O接口電路等組成。

2.2 裝置基本原理

參看圖4，當(dāng)220V/50Hz電源接通時(shí)，“射頻微波集中控制裝置”中的24V電源工作，微波開關(guān)線包供電，觸點(diǎn)由數(shù)字I/O信號控制。數(shù)字I/O通過信號調(diào)理電路板形成驅(qū)動能力，控制微波開關(guān)工作，微波開關(guān)觸點(diǎn)控制微波、射頻信號轉(zhuǎn)接。

圖4中直通式功率計(jì)傳感器、射頻負(fù)載1和射頻負(fù)載2，用于測試短波電臺正反向功率指標(biāo)，其中射頻負(fù)載1作為正向功率負(fù)載，射頻負(fù)載2作為反向功率負(fù)載。

該裝置主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、微波開關(guān)壽命長、電磁屏蔽效果好、信號傳輸路徑短、檢查維修方便。

2.3 微波開關(guān)組

裝置使用頻率范圍高、插入損耗低、隔離度高的微波開關(guān)轉(zhuǎn)接微波信號，較好地延長了裝置的使用壽命，提高了電磁兼容性與測試精確度。

以安捷倫8766為例，開關(guān)使用標(biāo)準(zhǔn)14針接口驅(qū)動與供電，數(shù)字I/O接口控制具體開關(guān)轉(zhuǎn)接。開關(guān)在500萬次轉(zhuǎn)接周期中具有0.03dB的優(yōu)良重復(fù)性［10］。

圖5 微波開關(guān)8766

如圖5所示，TTL信號通過驅(qū)動電路給不同引腳加驅(qū)動即可控制開關(guān)轉(zhuǎn)接。如信號由C點(diǎn)進(jìn)入，2點(diǎn)輸出，給13引腳與5引腳加驅(qū)動即可。

裝置共使用6組開關(guān)，TTL信號通過數(shù)字I/0接口由信號調(diào)理電路板給微波開關(guān)驅(qū)動并控制開關(guān)轉(zhuǎn)接。

2.4 信號調(diào)理電路板設(shè)計(jì)

參看圖4，驅(qū)動微波開關(guān)的TTL電平信號由VXI模塊產(chǎn)生，通過數(shù)字I/O口控制。這里介紹一種驅(qū)動控制微波開關(guān)的調(diào)理電路設(shè)計(jì)。

微波開關(guān)要求由地或負(fù)電壓驅(qū)動引腳來控制具體開關(guān)控制，因使用TTL電平信號，因此使用反相器來驅(qū)動引腳。如圖6所示，這是利用三極管導(dǎo)通原理設(shè)計(jì)的一路反相器。

圖6 反向驅(qū)動器

當(dāng)輸入信號為高電平時(shí)，應(yīng)保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電平接近零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極管的基數(shù)電流大于深度飽和的基極電流，即IB＞IBS［11-13］。這里提供一組電阻組合，R1=3.3K，R2=2.2K。如表 1 所示，當(dāng)VCC=24V時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)得出不同輸入電壓對應(yīng)的輸出電壓:電路默認(rèn)大于1V即為高電平，即當(dāng)輸入大于1V時(shí)，電路反向輸出為零。在射頻微波集中控制裝置中，使用VXI模塊1548提供TTL信號，模塊默認(rèn)大于2V即為高電壓，即當(dāng)輸出高電平時(shí)，電路必定反向輸出為零，成功為微波開關(guān)提供驅(qū)動。

表1 不同輸入電壓對應(yīng)輸出電壓

裝置使用6個(gè)微波開關(guān)，一共28路驅(qū)動電路，信號調(diào)理電路板即有28路反相器組成。電路板由24V直流電壓供電［14］。

3 結(jié)束語

“射頻微波集中控制裝置”主要應(yīng)用在航空電子設(shè)備相配套的地面二線檢測設(shè)備中，目前，共研發(fā)、生產(chǎn)3套“射頻微波集中控制裝置”，已裝備在“×××型飛機(jī)電子設(shè)備綜合測試系統(tǒng)”平臺中。應(yīng)用表明，“射頻微波集中控制裝置”工作穩(wěn)定，系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)可靠，從未發(fā)生信號之間相互干擾和電磁兼容等問題。

“射頻微波集中控制裝置”主要功能是完成微波、射頻信號的集中控制與轉(zhuǎn)接分配，以解決測試系統(tǒng)中信號相互干擾和電磁兼容等問題，該裝置也可用于國防相關(guān)大型高頻、微波類檢測設(shè)備中，解決信號相互干擾、衰減和電磁兼容等問題。

［1］吳國慶，王格芳，郭陽寬.現(xiàn)代測控技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007:279-297.

［2］趙會兵.虛擬儀器技術(shù)規(guī)范與系統(tǒng)集成［M］.北京:清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2003:27-43.

［3］劉鴻琴.ATE產(chǎn)業(yè)發(fā)展新動向［J］.國外電子測量技術(shù)，2004(6):3-4，14.

［4］李行善，于勁松.ATS(自動測試系統(tǒng))及ATE技術(shù)［J］.電子產(chǎn)品世界，2002(5):30-32.

［5］李永明，王儉秦，鄭晉光，等.國外標(biāo)準(zhǔn)航空電子自動測試設(shè)備現(xiàn)狀和發(fā)展［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2004，12(1):1-5.

［6］于功勁，孟漢城.軍用ATE/ATS技術(shù)的發(fā)展［J］.測控技術(shù)，2000，19(1):13-15，18.

［7］賈志軍，顏國強(qiáng)，吳慶國，等.外軍ATS/ATE發(fā)展趨勢［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2003，11(1):1-4.

［8］韓國泰.關(guān)于新一代航空電子設(shè)備ATE的初步設(shè)想［J］.航空電子技術(shù)，1992(2):1-10.

［9］李寶安，李行善.自動測試系統(tǒng)(ATS)軟件的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)［J］.測控技術(shù)，2003，22(1):1-4.

［10］湯世賢.微波測量［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1991:99-102.

［11］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)［M］.北京:高等教育出版社，1997:59-62.

［12］劉建.機(jī)載雷達(dá)通用自動測試的設(shè)計(jì)［D］.南京:南京理工大學(xué)，2007.

［13］王永東.雷達(dá)接收機(jī)自動測試系統(tǒng)的研制［D］.南京:南京理工大學(xué)，2008.

［14］鄒峰興.電磁兼容技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005:400-411.