錢 佩，鄧 彬

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

微波組合是某型電子設(shè)備中一個(gè)重要的組成部分，其也是生產(chǎn)調(diào)試工作量最大的部分。該組合通道數(shù)量多，頻帶寬，測(cè)試頻點(diǎn)多，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)試精度要求高。以往小批量生產(chǎn)，采用的是人工測(cè)試方法，測(cè)試效率極低，只能勉強(qiáng)滿足生產(chǎn)調(diào)試的要求，隨著生產(chǎn)任務(wù)的增加，原有的生產(chǎn)調(diào)試測(cè)試手段已經(jīng)不能滿足大批量裝備生產(chǎn)的需求，迫切需要設(shè)計(jì)一套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)以滿足調(diào)試生產(chǎn)的需要[1-2]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

微波組合測(cè)試調(diào)試過程如圖1所示，其所測(cè)試的主要參數(shù)為輸出口功率。設(shè)備預(yù)熱穩(wěn)定后，選擇某一通道進(jìn)行測(cè)試，等所有頻點(diǎn)測(cè)試完成，更換通道進(jìn)行測(cè)試，直到所有通道頻點(diǎn)測(cè)試完成。對(duì)所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)波動(dòng)滿足指標(biāo)要求，調(diào)試結(jié)束；數(shù)據(jù)不滿足指標(biāo)，參數(shù)調(diào)整后再重新進(jìn)行測(cè)試。

通過對(duì)微波組合的測(cè)試流程圖的分析，得出測(cè)試系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。由工程控制計(jì)算機(jī)完成對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的控制和管理，控制被測(cè)分機(jī)接收信號(hào)源的輸入信號(hào)，將輸出信號(hào)由頻譜儀測(cè)試后反饋給計(jì)算機(jī)，完成測(cè)試數(shù)據(jù)的記錄。

圖1 微波組合測(cè)試流程圖

圖2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)原理框圖

2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

微波組合輸入分左右兩舷，一舷有9個(gè)輸入端口，輸出有左、中、右3個(gè)輸出端口。那么依此可組合成27個(gè)通道。 在該微波組合的測(cè)試過程中，要把微波信號(hào)源和頻譜分析儀分別連接到這些輸入輸出端口。有圖3所示2種硬件設(shè)計(jì)方案：一種是利用功分器與輸入輸出端口的連接；另一種是利用2個(gè)PIN開關(guān)，用開關(guān)矩陣的方式分別實(shí)現(xiàn)與輸入輸出端口的連接。

圖3 硬件2種連接方式示意圖

在功分器的連接設(shè)計(jì)方案中，由于功分器一般有一分二功分器、一分四功分器、一分八功分器等等，因此在輸入端口選擇用4只一分四功分器組成1個(gè)一分九的功分器組合實(shí)現(xiàn)一分九的功能，不用端口用匹配負(fù)載連接，輸出3路端口用1只一分四功分器代替，不用端口用匹配負(fù)載連接(見圖4)。用開關(guān)矩陣的方案中直接選擇單刀三擲開關(guān)和單刀九擲開關(guān)即可。

圖4 功分器連接示意圖

對(duì)所要使用的開關(guān)和功分器進(jìn)行調(diào)研，主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 開關(guān)、功分器主要技術(shù)指標(biāo)

從圖4和表1得出用功分器方案輸入端引入的插損為7 dB左右，輸出端引入的插損為14 dB左右，整個(gè)插損達(dá)到21 dB左右，通道之間隔離度為15 dB左右。用開關(guān)網(wǎng)絡(luò)方案輸入端引入的插損為6.5 dB左右，輸出端引入的插損為1.2 dB左右，隔離度大于60 dB。2種方案優(yōu)缺點(diǎn)分析評(píng)估見表2。

經(jīng)評(píng)估選擇用2個(gè)PIN開關(guān)，用開關(guān)矩陣的方式分別實(shí)現(xiàn)與輸入輸出端口連接的方案，通過控制電路板實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)開關(guān)的控制，硬件最終框圖如圖5所示。

表2 硬件特點(diǎn)分析及評(píng)估

圖5 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件框圖

3 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

采用VC軟件編程平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微波組合自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件的編制，具體實(shí)現(xiàn)對(duì)策如下：

(1) 對(duì)儀表的自動(dòng)控制：軟件通過LAN網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)與微波信號(hào)源和頻譜分析儀的連接。采用基于虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)(VISA)接口的可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令(SCPI)實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)源和頻譜分析儀的遠(yuǎn)程控制。

(2) 對(duì)開關(guān)控制板的控制：實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)通道的選擇，通過1塊自制的開關(guān)控制電路板來實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)與開關(guān)控制板之間通過LAN網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)連接。采用基于網(wǎng)口的UDP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與開關(guān)控制板之間的通信。再由開關(guān)控制板把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)文轉(zhuǎn)換為TTL電平，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的控制。

(3) 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)功能：由于射頻通道上增加了微波開關(guān)，人為地引入插入損耗，為了消除插損對(duì)系統(tǒng)測(cè)試的影響。在軟件編程過程中，增加了自動(dòng)校準(zhǔn)功能。這樣就能夠消除因增加了微波開關(guān)而引起的系統(tǒng)測(cè)試誤差。

(4) 測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄：計(jì)算機(jī)通過LAN網(wǎng)絡(luò)接口與頻譜分析儀相連，一方面向頻譜分析儀發(fā)送測(cè)試工作命令；另一方面讀取頻譜分析儀上的測(cè)試結(jié)果，消除增加微波開關(guān)的影響后，把數(shù)據(jù)以TXT的格式生成測(cè)試報(bào)告存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上。

自動(dòng)測(cè)試的軟件界面如圖6所示。

圖6 測(cè)試系統(tǒng)主界面

4 實(shí)施效果

微波組合自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)經(jīng)方案論證、硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、產(chǎn)品聯(lián)調(diào)等工作后，最終實(shí)現(xiàn)了設(shè)備研制要求所提出的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。系統(tǒng)實(shí)物如圖7所示。

任選一舷，連接好微波組合的輸入輸出電纜，選定頻率間隔為100 MHz，記錄測(cè)試時(shí)間。檢驗(yàn)結(jié)果:一舷的自動(dòng)測(cè)試時(shí)間為12 min，測(cè)試功率誤差≤±0.25 dB。人工手動(dòng)測(cè)試(頻率間隔為500 MHz)所用時(shí)間約為120～140 min，對(duì)比可得該測(cè)試系統(tǒng)大幅度提高了該微波組合的測(cè)試效率，效率提高了近50倍。

2017年10月17日，在某設(shè)備上對(duì)微波組合自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行使用。使用的實(shí)際情況如表3所示。

圖7 測(cè)試系統(tǒng)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了某型通用微波組合自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)方式。該系統(tǒng)依托工程控制機(jī)作為管理和控制中心，控制儀器儀表、開關(guān)、被測(cè)件的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品多路信號(hào)功率的全自動(dòng)測(cè)試，大大提高了產(chǎn)品測(cè)試效率，在其他領(lǐng)域的專用測(cè)試設(shè)備研制中具有很好的借鑒作用。

表3 人工手動(dòng)/自動(dòng)測(cè)試時(shí)間對(duì)比表(500 MHz/點(diǎn))