廖明亮

（1.中國電子科技集團公司第29研究所，四川成都，610036；2.四川省寬帶微波電路高密度集成工程研究中心，四川成都，610036）

0 引言

有源相控陣系統(tǒng)具有波束掃描速度快，波束指向靈活，多目標跟蹤能力強等優(yōu)點，在雷達、電子對抗、通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用[1]。TR組件在有源相控陣系統(tǒng)中用量大、價值高，其可靠性是影響整個系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵因素[2]。為保證其產(chǎn)品質(zhì)量，出廠前需進行充分的測試。由于TR組件集成度高，指標參數(shù)多，其測試流程復(fù)雜、測試資源和測試時間耗費都很大。TR組件通常包含S參數(shù)、頻率參數(shù)、時間參數(shù)、噪聲系數(shù)幾大類參數(shù)[3]，當前每類參數(shù)需要使用不同的測試系統(tǒng)和工位，切換工位后需重新接線、校準、配置軟件等，使用不便、效率低，多個工位不僅占地面積大，而且測試系統(tǒng)多總成本也較高。因此，針對TR組件開展單工位全參數(shù)自動化測試系統(tǒng)研究和應(yīng)用驗證具有重要意義。本文通過測試技術(shù)研究，測試方法創(chuàng)新及實際應(yīng)用驗證，實現(xiàn)了單工位全參數(shù)自動化測試，在滿足產(chǎn)品測試精度的基礎(chǔ)上，綜合效率提升30%以上，成本降低30%以上，人力需求、場地需求降低75%，操作便捷性、自動化程度均大幅提升。

1 TR組件常規(guī)測試方案

TR組件普遍有10多個測試項，傳統(tǒng)測試方案由4個工位組成，如圖1-圖4。每個工位使用的測試儀器差別較大，需要多個嫻熟的調(diào)試人員在4個工位依次手動換線測試，測試過程復(fù)雜，接線、配置、校準耗時長，以某4通道TR組件為例，單件產(chǎn)品開展一次常溫完整測試就需要60分鐘以上，且通常還需進行高低溫等環(huán)境試驗環(huán)節(jié)，由于TR組件使用量很大，傳統(tǒng)測試方法需要生產(chǎn)商投入大量的測試系統(tǒng)和人力資源并行開展測試工作，效率提升需求迫切。

圖1 常規(guī)測試方案工位1—S參數(shù)測試

圖2 常規(guī)測試方案工位2—頻率參數(shù)測試

圖3 常規(guī)測試方案工位3—時間參數(shù)測試

圖4 常規(guī)測試方案工位4—噪聲系數(shù)測試

2 TR組件一鍵全參數(shù)全自動測試方案

為了大幅提升效率和便捷性，我們深入TR生產(chǎn)線對測試難點進行分析，對行業(yè)現(xiàn)狀進行調(diào)研[4-5]，結(jié)合業(yè)內(nèi)新推出的儀器，按照一鍵全自動、全參數(shù)測試的目標，制定了基于多功能矢網(wǎng)一體化集成測試的方案[6]，并順利完成了全系統(tǒng)實物驗證。

本文通過研究多功能矢網(wǎng)替代頻譜儀、示波器等儀器的測試機理[7]，開發(fā)了多個測試程序，設(shè)計、制作了通道可選、模式可控的TR測試夾具，實現(xiàn)了復(fù)雜矢網(wǎng)控制、測試數(shù)據(jù)圖形化顯示，TR收、發(fā)參數(shù)同時測試不換線等功能，測試系統(tǒng)如圖5所示。測試軟件包含所有測試項的測試用例，并可自動連續(xù)執(zhí)行，軟件界面如圖6所示。

圖5 多功能測試工位—一鍵完成所有參數(shù)測試

圖6 一鍵全參數(shù)自動測試程序界面

測試系統(tǒng)組成如下表1所示。由主控計算機（工控機）、測試軟件、數(shù)字IO模塊、多功能矢網(wǎng)、脈沖碼型發(fā)生器、程控電源、微波開關(guān)模塊、測試夾具、集成附件等部分組成。軟件提供人機交互界面，具有自動測試控制、用例配置、數(shù)據(jù)管理等功能模塊。本系統(tǒng)可根據(jù)測試對象的具體需求靈活調(diào)整硬件連接和軟件配置。

表1 一鍵全參數(shù)自動測試系統(tǒng)組成

其中多功能矢網(wǎng)選用RS公司的ZNA系列，外形及主要能力圖7所示，需配備相應(yīng)選件[8]。

圖7 ZNA26 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀圖

T/R組件測試系統(tǒng)原理框圖如圖8。系統(tǒng)中的工控機是測試控制和數(shù)據(jù)處理中樞，安裝的自動測試軟件包含各個指標的測試程序，控制整個測試流程的自動進行，通過數(shù)字IO模塊對被測TR組件進行自動通道切換、收發(fā)狀態(tài)、幅度相位設(shè)置等控制，通過GPIB或LAN口對儀器輸出信號參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、供電狀態(tài)進行控制，同時回讀被測件及儀器反饋的結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理和報表生成；多功能矢網(wǎng)是本系統(tǒng)的核心設(shè)備，支持對TR組件S參數(shù)、增益、幅相特性、噪聲系數(shù)、脈沖特性、開關(guān)時間及上升下降時間等指標進行測試；系統(tǒng)中配置功率探頭，可以對矢網(wǎng)進行精確的功率校準，支撐TR組件信號功率測量，并支持如1dB壓縮點等特性的測試，噪聲系數(shù)的校準和測試與信號功率測試方法類似；微波開關(guān)完成測試儀器與被測TR組件多個通道之間的測試路徑建立與切換，以6通道TR為例，接收特性測試時，由矢網(wǎng)1端口輸出，經(jīng)開關(guān)陣依次切換到TR組件1-6通道接收，隨后由X0合路端口輸出給矢網(wǎng)端口2，發(fā)射特性測試時，由矢網(wǎng)2端口輸出，經(jīng)X0分到各TR通道進行幅相控制及信號放大，然后由開關(guān)模塊選擇對應(yīng)輸出通道并經(jīng)大功率衰減器后進入矢網(wǎng)端口1；脈沖碼型發(fā)生器用于產(chǎn)生中頻脈沖信號，對被測TR組件和矢網(wǎng)進行同步觸發(fā)，實現(xiàn)接收和發(fā)射打開/關(guān)斷時間、上下降沿特性等功能測試；數(shù)字IO模塊用來控制TR組件的通道選擇，開關(guān)狀態(tài)選擇，幅度和相位控制，進行移幅移相測試等；程控電源用于對被測件進行供電；測試夾具用于TR組件的快速安裝、連接及散熱等。

增益、駐波、幅度相位一致性、相位控制、幅度衰減控制等常規(guī)S參數(shù)測試時，與普通矢網(wǎng)使用方法一致；功率測試時需先進行功率校準，將功率探頭接在矢網(wǎng)射頻輸出端口，探頭另一端接入矢網(wǎng)USB端口，設(shè)置好校準的參數(shù)范圍及步進，按矢網(wǎng)向?qū)崾静僮?，隨后將矢網(wǎng)輸出和輸入射頻端口連接，繼續(xù)按提示完成校準，本文通過開發(fā)測試軟件自動控制校準流程，校準后移走功率探頭，按圖8連接進行功率測試；噪聲系數(shù)測試和校準與功率測試類似；頻率精度、諧波、雜散等頻率參數(shù)測試時，利用矢網(wǎng)選配的頻譜測試功能，連接方法同樣如圖8所示；時間參數(shù)測試時，利用雙路脈沖發(fā)生器同步輸出信號，一路去控制打開TR組件的同時，另一路觸發(fā)矢網(wǎng)輸出射頻信號，矢網(wǎng)根據(jù)其接收端口和發(fā)射端口的信號時間差計算出TR組件開通時間及上升沿特性等，關(guān)斷時間測試操作類似。

圖8 TR組件類測試單元系統(tǒng)原理框圖

3 新舊測試方案對比

經(jīng)過多次實測對比，新方案將前述采用傳統(tǒng)測試方法TR組件大于60分鐘的測試時間降低到14分鐘以下，即使考慮批量測試時，以前的4個工位可同時并行測試，而新方案僅用一個工位獨立測試，與之相比，綜合效率也能顯著提升，并且過程中除功率探頭校準外無需拆裝夾具和電纜，一致性好、操作簡便、精度足夠、自動化程度高，所需人力、場地、儀器成本也顯著減少。

表2 新舊測試方案能力對比表

4 結(jié)論

本文針對產(chǎn)量龐大、集成度高的TR組件創(chuàng)新測試方法，實現(xiàn)了單工位一鍵全參數(shù)全自動測試，解決了當前TR組件S參數(shù)、頻率參數(shù)、時間參數(shù)、噪聲系數(shù)需要用到4種不同測試工位，多工位間反復(fù)切換帶來的效率低、使用不便、占地及成本高等問題。經(jīng)過實際驗證，新方法在滿足產(chǎn)品測試精度的基礎(chǔ)上，綜合效率提升30%以上，成本降低30%以上，人力需求、場地需求降低75%，操作便捷性、自動化程度均大幅提升，可有效提升產(chǎn)能。