蔣玉峰　丁志釗　吳家亮　中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所　266555

?

K波段T/R組件自動測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

蔣玉峰丁志釗吳家亮中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所266555

【文章摘要】

針對T/R組件測試參數(shù)多，復(fù)雜度高等特點，以某型雷達(dá)T/R組件為例，設(shè)計了一套針對多通道T/R組件的自動測試系統(tǒng)，重點闡述了測試儀器選型、大功率發(fā)射信號的調(diào)理方式和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。該測試系統(tǒng)具有穩(wěn)定、高效、使用方便靈活的特點，能夠滿足T/R組件的測試需求。

【關(guān)鍵詞】

T/R組件；自動測試系統(tǒng)；大功率測試；開關(guān)網(wǎng)絡(luò)

0　引言

T/R組件是有源相控陣?yán)走_(dá)中最核心、最關(guān)鍵的部件，而且配備的數(shù)量也非常多，一部雷達(dá)中通常有幾百個甚至更多T/R組件。T/ R組件的電氣性能參數(shù)多，測試的復(fù)雜度和精度要求也高、并且對重復(fù)性和一致性指標(biāo)也提出了較為苛刻的要求。由此可見，T/R組件的測試工作量相當(dāng)大，而且測試實現(xiàn)的難度非常高，同時要求測試人員具備極好的專業(yè)素養(yǎng)?；谝陨显颍罱ǜ咝?zhǔn)確的T/R組件自動測試系統(tǒng)就非常必要。

1　測試需求分析及方案設(shè)計

本文選取某型4通道K波段T/R組件作為被測件。此種T/R組件需要測試的參數(shù)較多，主要有發(fā)射/接收狀態(tài)雜波、帶內(nèi)雜散、帶外抑制參數(shù)，噪聲系數(shù)，1dB壓縮點功率，發(fā)射/接收狀態(tài)端口駐波比、增益、增益平坦度和移相精度等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，脈沖上升沿、下降沿、過沖等波形參數(shù)。其T/R組件最大脈沖測量功率達(dá)10W，最大連續(xù)波測量功率達(dá)2W，噪聲系數(shù)測量準(zhǔn)確度±0.3dB，被測件收發(fā)端口的駐波比小于1.4：1。對于發(fā)射輸出信號來說，必須先進(jìn)行衰減/耦合處理后才能進(jìn)行測試，但是發(fā)射輸出測試通道同時又是接收輸入通道，如果不能進(jìn)行合理的收發(fā)分離勢必影響接收測試。因此，本系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容包括測試儀器選型、大功率發(fā)射信號的調(diào)理、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和測試軟件的設(shè)計等。

1.1測試系統(tǒng)硬件方案

根據(jù)被測T/R組件所測參數(shù)和性能指標(biāo)類型，T/R組件自動測試系統(tǒng)硬件主要包括信號發(fā)生器（提供激勵信號）、頻譜分析儀（測試雜波、雜散、帶外抑制參數(shù)）、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（發(fā)射/接收狀態(tài)端口駐波比、增益、增益平坦度和移相精度等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)）、示波器（測試脈沖上升沿、下降沿、過沖等波形參數(shù)）、噪聲系數(shù)分析儀、噪聲源（測試噪聲系數(shù)）、功率計（功率）、程控電源、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、T/R組件控制器、主控計算機(jī)、交換機(jī)以及相關(guān)連接附件等。

系統(tǒng)基于局域網(wǎng)（LAN），通過主控計算機(jī)可對任何可程控儀器進(jìn)行訪問和控制。主控計算機(jī)與測試儀器、T/R組件控制器和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，控制T/R組件的工作狀態(tài)和切換開關(guān)矩陣中的測試通道，完成系統(tǒng)控制指令下達(dá)、數(shù)據(jù)采集交換處理和最終的測試結(jié)果報表輸出等任務(wù)。在發(fā)射狀態(tài)下，信號發(fā)生器輸出激勵信號至被測件端口Ⅰ（發(fā)射輸入/接收輸出端口），被測件在狀態(tài)控制器的控制下于端口Ⅱ（發(fā)射輸出/接收輸入端口）處輸出大功率發(fā)射信號。輸出信號經(jīng)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)切換通道到達(dá)相應(yīng)的測試儀器，分別得出相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)并反饋至計算機(jī)生成報表保存。在接收狀態(tài)下，端口Ⅱ作為輸入端口接收來自矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、信號源發(fā)生器和噪聲源的激勵信號，通過切換開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，信號送至頻譜儀、噪聲儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀完成頻譜、噪聲系數(shù)和S參數(shù)的測試。

1.2大功率發(fā)射信號調(diào)理

由于測試儀表允許的最大功率限制，在發(fā)射狀態(tài)下，T/R模塊輸出的大功率發(fā)射信號是無法直接進(jìn)行測試的。通常做法是在T/R組件發(fā)射的輸出端口接衰減器或定向耦合器，因為接收輸入通道和發(fā)射輸出通道的復(fù)用，若通道插損太大，雖能實現(xiàn)發(fā)射信號的測試，但在接收測試時，噪聲電平將低于噪聲儀的接收靈敏度，并且在測試接收輸入端口駐波比時，也會導(dǎo)致矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中的源泄露信號功率大于反射耦合信號功率，這都會導(dǎo)致這兩個指標(biāo)無法測試。

為避免上述情況的發(fā)生，系統(tǒng)采用內(nèi)置耦合器的方法，實現(xiàn)收發(fā)分離，發(fā)射狀態(tài)時開關(guān)切換至有耦合器的通路，將信號衰減至合理范圍后分別利用頻譜分析儀、峰值功率分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀完成頻譜、功率、S和波形參數(shù)的測試;接收狀態(tài)時將開關(guān)切換至無定向耦合器的通路，分別利用頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和噪聲儀完成頻譜、噪聲系數(shù)和S參數(shù)的測試。

需要說明的是，將耦合器置于內(nèi)部的前提是開關(guān)能夠承受發(fā)射輸出功率，否則必須采取其它的調(diào)理方式來實現(xiàn)收發(fā)分離。

1.3開關(guān)網(wǎng)絡(luò)方案

開關(guān)網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)測試自動化的關(guān)鍵設(shè)備，主要用于完成測試通道的自動建立/斷開，而且更重要的是要實現(xiàn)收發(fā)信號的調(diào)理。

開關(guān)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部由微波開關(guān)、耦合器、電纜、開關(guān)控制板、供電電源和接口轉(zhuǎn)接板等組成。為達(dá)到最好的通道插損及相位一致性指標(biāo)，同時為使系統(tǒng)具備良好的擴(kuò)展性，本系統(tǒng)的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)將充分考慮可擴(kuò)展性，目前可以實現(xiàn)6通道T/R組件的測試，可在當(dāng)前開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行測試規(guī)模的擴(kuò)展。微波開關(guān)將選擇帶鎖存功能以減小電源功耗并內(nèi)置負(fù)載方便隔離度指標(biāo)的測試。

此外，對于噪聲系數(shù)的測試，由于開關(guān)網(wǎng)絡(luò)會引入一定的失配，定向耦合器、電纜等也會帶來較大的測試通道插入損耗，因此，我們建議如果利用該種方法，拋開開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和定向耦合器直接進(jìn)行噪聲系數(shù)的測試，雖然測試效率較低，但是測試精度會提高。不過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)也會保留噪聲源和噪聲儀的連接端口而備用。

2　結(jié)束與展望

本系統(tǒng)以某型4通道K波段T/R組件為被測件，根據(jù)被測T/R組件所測參數(shù)和性能指標(biāo)類型，選用通用測試儀器和軟件平臺，同時新研開關(guān)網(wǎng)絡(luò)搭建了多通道T/R組件自動測試系統(tǒng)。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計充分考慮了被測件的大功率發(fā)射特性以及良好的可擴(kuò)展性，在一定程度上提高了系統(tǒng)的兼容性。實踐證明，系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)噪聲系數(shù)測量準(zhǔn)確度達(dá)到±0.25dB，被測件收發(fā)端口的駐波比小于1.35:1 ;該測試系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、高效，能夠滿足多通道T/R組件多參數(shù)的自動測試。

【參考文獻(xiàn)】

胡明春，周志鵬，嚴(yán)偉．相控陣?yán)走_(dá)收發(fā)組件技術(shù)［M］．北京: 國防工業(yè)出版社，2010．7:273-274．

【作者簡介】

蔣玉峰，1988年12月生，助理工程師，主要研究方向為T/R組件自動測試系統(tǒng)方向。