董曉輝

（沈陽鐵路信號有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽110020）

應(yīng)答器是基于射頻識別技術(shù)的車-地信息傳輸系統(tǒng)中的地面設(shè)備。應(yīng)答器通過接收車載天線的射頻能量，轉(zhuǎn)換為工作電能，將上級通信單元或儲存芯片的報(bào)文信息以FSK 的形式發(fā)送出來，從而實(shí)現(xiàn)車-地通信。隨著我國鐵路的快速發(fā)展，應(yīng)答器的應(yīng)用數(shù)量越來越大。

在應(yīng)答器的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，需要大量的功能和性能的測試。傳統(tǒng)的應(yīng)答器測試臺雖然測試功能多，但是占地面積大，且使用儀器儀表較多，成本較高，不適合在生產(chǎn)或應(yīng)用過程中使用。有些改進(jìn)的測試臺雖然解決了這些問題，但是在分析應(yīng)答器數(shù)據(jù)時使用的通用儀表，從而造成測試效率不高。本文中吸取了改進(jìn)測試臺的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制作了一種采集卡型應(yīng)答器測試臺。

1 系統(tǒng)原理

圖1 采集卡型應(yīng)答器測試臺結(jié)構(gòu)圖

采集卡型應(yīng)答器測試臺由信號發(fā)生器產(chǎn)生射頻能量，經(jīng)過功率放大器放大后傳送給測試天線，射頻能量用來激活應(yīng)答器，工控機(jī)測試軟件通過控制信號發(fā)生器改變輸出能量大小，從而產(chǎn)生測試需要的不同的能量。

應(yīng)答器被激活后，通過A 接口向空間輻射FSK 信號，測試天線接收到FSK 信號，并將采集到的FSK 信號進(jìn)行濾波，射頻開關(guān)K1 將FSK 信號傳輸給信號分析儀或者示波器類高速采集卡進(jìn)行處理。信號分析儀測量模式設(shè)置為頻譜分析，測試信號的信道功率。高速采集卡將FSK 信號轉(zhuǎn)換成數(shù)值數(shù)據(jù)發(fā)送給工控機(jī)測試軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。測試天線上的電流探頭連接功率計(jì)，功率計(jì)監(jiān)控測試天線的能量大小，得到的功率值反饋給工控機(jī)以控制信號發(fā)生器的輸出。

工控機(jī)的測試軟件根據(jù)第二章的算法要求設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算，并將分析和計(jì)算的結(jié)果通過屏幕顯示，測試顯示包含了測試達(dá)標(biāo)范圍以及測試結(jié)果，最終的測試數(shù)據(jù)以圖形的形式繪出，可以直觀觀看測試情況以及測試結(jié)果。

圖2 采集卡型應(yīng)答器測試臺連接圖

2 測試過程

2.1 輸入輸出特性測量

在測試時候，將信號發(fā)生器輸出設(shè)置為正弦波，頻率為27.095MHz，表1 給出了27MHz 磁通量等級的Pcs 偏移量。測試應(yīng)該從最低磁通量開始，遞增到磁通量Φd4，然后通量應(yīng)該再次遞減到表中的最低磁通量。將信號分析儀設(shè)置為中心頻率為4.23MHz，測量帶寬為1.2MHz 的信道功率測量模式，對FSK 信號進(jìn)行功率測量，通過工控機(jī)讀取測量結(jié)果，工控機(jī)測試軟件會記錄每個射頻能量及對應(yīng)的FSK 信號功率，通過描點(diǎn)的方式顯示。

表1 27MHz 磁通量偏置

2.2 上行鏈路信號特性測量

工控機(jī)測試軟件將高速采集卡得到的FSK 波形數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率、幅度分析，將fH 連續(xù)8 個波形、fL 連續(xù)7 個波形定義為1bit數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行以下形式的處理：

2.2.1 中心頻率及頻率偏移

對FSK 信號使用一個16bit 的窗口，從窗口中找出fHmax、fLmax、fHmin 和fLmin，使其滿足：

(fLmax+fHmax)/2 < 4.234MHz+175kHz=4.409MHz；

(fLmin+fHmin)/2 > 4.234MHz-175kHz=4.059MHz；

(fHmax-fLmin)/2 < 282.24kHz×（1+7%）=302.00kHz；

圖3 應(yīng)答器輸入輸出特性測量結(jié)果圖

圖4 應(yīng)答器上行鏈路信號特性測量結(jié)果圖

(fHmin-fLmax)/2 > 282.24kHz×（1-7 %）=262.48kHz；

然后窗口前移1 位，直到測量結(jié)束。

2.2.2 MTIE 2

對于1 位≤τ≤5 位，MTIE 2=236×10-9s

對于5 位<τ≤50 位，MTIE 2=370×10-9s

對 于50 位<τ ≤1000 位，MTIE 2=2.5×τ×10-6/564.48+148×10-9s

其中，τ 是觀察間隔（位），MTIE 是相對于平均數(shù)據(jù)率測量的。

碼元平均速率被定義為1500 除以1500 個連續(xù)數(shù)據(jù)位的長度。對于任何連續(xù)的1500 位，碼元平均率應(yīng)為564.48kbit/s，總公差為±2.5%。

2.2.3 幅度抖動

在400us～800us 窗口內(nèi)每一位的幅度抖動不超過窗口內(nèi)算數(shù)平均值的+1.5/-2.0 分貝。

2.3 測試臺的組裝

集卡型應(yīng)答器測試臺使用的儀器儀表通過GPIB/USB 等通信方式與工控機(jī)機(jī)通信，濾波器選擇Mini-Circuits 的SLP-10.7，低通截止頻率為11MHz，前置放大器選擇Mini-Circuits 的ZFL-500，截止頻率為500 MHz，開關(guān)選擇射頻繼電器JPT3，使用直流24V 供電，頻帶范圍在DC-1GHz，器件的接頭種類為SMA接頭，既保證了連接可靠性，又做到小型化。連接電纜使用半鋼柔性電纜，增強(qiáng)了整個切換單元的可靠性。由于應(yīng)答器輸入輸出測量和上行鏈路信號特性測量的測試高度不同，所以在測試中增加木質(zhì)墊塊調(diào)整應(yīng)答器的高度。

3 測試結(jié)果

通過上述設(shè)計(jì)要求，將測試臺所需的儀器儀表進(jìn)行組裝，并將測試軟件安裝于測試臺工控機(jī)，然后使用測試軟件對應(yīng)答器產(chǎn)品進(jìn)行自動測試，應(yīng)答器輸入輸出特性測量如圖3 所示，應(yīng)答器上行鏈路信號特性測量（中心頻率及頻率偏移、MTIE2、幅度抖動）如圖4 所示，測試結(jié)果達(dá)到預(yù)期，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

本文根據(jù)目前應(yīng)答器產(chǎn)品的測試需求，設(shè)計(jì)制作了一種采集卡型應(yīng)答器測試臺，能夠方便進(jìn)行應(yīng)答器輸入輸出特性測量和上行鏈路信號特性測量（中心頻率及頻率偏移、MTIE2、幅度抖動）。由于使用了高速采集卡，射頻切換單元和半剛性電纜等儀表和配件，使整個測試臺更加緊湊、使用方便、節(jié)省空間，提高了測試臺的可靠性。同時，測試結(jié)果準(zhǔn)確，測試軟件顯示結(jié)果比較直觀，有利于測試臺的推廣應(yīng)用。