一种多路DBF 接收机的自动测试系统研究

2013-06-08莫骊

雷达与对抗 2013年2期

莫骊

(中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥 230088)

0 引言

数字波束形成(DBF）是天线波束形成原理与数字信号处理技术相结合的产物，广泛应用于阵列信号处理领域。DBF 体制对接收机的设计提出了非常高的要求，波束形成前采用了多达几十路接收机，要求多路接收机具有良好的幅相稳定性和一致性，解决其测试性是设计DBF 接收机设计不容忽视的技术关键。

1 DBF 接收机的指标

DBF 接收机的测试指标繁多，并且有的指标涉及到多通道间的相对测试。

1.1 噪声系数

噪声系数指的是接收机输入端信号噪声比与输出端信号噪声比的比值，其好坏影响到接收机的灵敏度，通常用噪声测试仪测试。

1.2 动态范围

接收机瞬时动态范围定义为接收机临界灵敏度输入信号功率与使接收机增益产生1dB 压缩时的输入信号功率之比。

1.3 镜像抑制

存在镜像频率是超外差式接收机特有的现象。镜像抑制指的是接收机的输入端分别输入信号频率和镜像频率时输出功率之比，反映了接收机的抗干扰能力。

1.4 通道间隔离度

多路接收机之间的隔离度是影响波束形成精度的重要指标，指的是多路接收机组成系统后当一路接收机加上输入信号时该接收机输出功率同其他路接收机因泄露产生的输出功率比值。

1.5 接收机带内增益起伏和接收机之间增益起伏

带内增益起伏是指接收机工作频段内增益的变化，接收机之间增益起伏是指多路接收机之间在同一工作频率点增益的起伏。

1.6 接收机幅度、相位稳定性

接收机的幅相稳定性是指在一个环境温度条件下接收机之间的幅度、相位随时间变化情况。对于DBF体制的雷达来说，多通道接收机的幅相稳定性和一致性是至关重要的，其好坏不但影响数字波束形成的副瓣电平，而且影响波束指向精度。

通常接收机的射频工作带宽为几百兆，频率间隔仅几兆赫兹，工作带宽内多达几十个测试点。如果用传统的测试方式，射频激励、本振激励和中频响应三方都需人工依次操作来完成测量设置，测量时间长，工作效率低，不能满足多通道DBF 接收机的研制要求。基于这种情况，开发研制了一套DBF 接收机自动测试系统。

2 系统的硬件组成

DBF 接收机自动测试系统可以完成以上所有指标的自动测试，并且将测试结果以Excel 表格的形式储存在电脑中。其主要硬件组成如下:

(1）一台噪声测试仪:用于测试噪声系数;

(2）一台矢网:用于测试除噪声系数以外的其他指标;

(3）两台信号源:分别产生DBF 接收机所需的一本振和二本振信号;

(4）一台计算机:作为主控计算机，给自动测试适配网络发出开关指令以及控制自动测试系统完成所有测试;

(5）一台自动测试适配网络。

自动连接关系如图1所示。

图1 自动测试系统连接关系

2.1 自动测试适配网络

自动测试适配网络是为解决多通道DBF 接收机的测试而专门研发的一款测试设备，一次可以同时测七个接收机的指标，另外有一路接收机为这七路接收机测试相位提供参考。仪表的射频激励通过一个一分二功分器分别送给适配网络的回波端口和回波参考端口:回波参考送给参考接收机的射频端，回波端口通过一个射频单刀8 掷开关分别送给被测接收机的射频端。一本振和二本振信号由信号源产生，通过两个功分网络分别送给所有接收机的本振端口。被测接收机的中频输出通过一个中频单刀8 掷开关送到矢网的Port2 端口，参考接收机的中频输出送到矢网的Port3端口。射频和中频开关的控制信号由主控计算机送出。

2.2 矢量网络分析仪、噪声测试仪和信号源

矢量网络分析仪是测试仪表，可以测试除噪声系数以外的所有指标。选用安立公司的MS4623B，是一台具有全面测量功能的矢网，主要用于微电子器件或组件的S 参数准确测量，在6 GHz 以下通信产品研制领域应用广泛。它所具备的多源模式和内置三端口，使变频器件的测试便捷、高效，很适合于测试DBF 接收机。

信号源提供DBF 接收机工作所需的一本振和二本振。矢网和信号源之间的连接关系如下:

(1）将信号源的10 MHz 参考输出连接至矢网的参考输入;

(2）将信号源的IEEE488.2 接口连接至矢网的第二IEEE488.2 接口;

(3）将矢网Port 1 作为射频激励信号输出端，连接至被测变频器件的RF 输入端;

(4）将矢网Port 2 作为被测接收机的中频响应输入端，连接至被测变频器件的IF 输出端。

(5）将矢网Port 3 作为参考接收机的中频响应输入端，连接至被测变频器件的IF 输出端。

(6）将第一信号源作为一本振输出端，连接至被测接收机的LO1 输入端;

(7）将第二信号源作为二本振输出端，连接至被测接收机的LO2 输入端;

在这里，需要用到该矢网的多源模式。多源模式是一项强大的功能，它提供对内部信号源、外部信号源和接收机的频率扫描进行任意控制。矢网的多源模式设置界面如图2所示。

图2 矢网多源模式设置界面

依次按键CONFIG/MULTIPLE SOURCE/DEFINE BANDS 进入如图2所示的多源模式定义界面，将系统多源模式定义如下，定义好后打开多源模式。

Define Band 1:2.3～2.5 GHz

Source1=(1/1）*(f+0.000000 MHz）

Source2=(1/1）*(f+0.000000 MHz）

Source3=(1/1）*(f+430.000000 MHz）

Source4=(1/1）*(440.000000 MHzC.W.）

Receiver=(1/1）*(10.000000 MHz C.W.）

其中，Source3和Source4分别通过设置不同GPIB 地址来实现对两台外接信号源的控制。通过仪表的10 MHz 参考输出和IEEE488.2 接口之间的连接，使外接信号源的输出频率与矢网的射频激励输出频率同步扫描，完成对接收机的测试。

噪声测试仪的连接方式与矢网类似，用于测试DBF 接收机的噪声系数。

2.3 主控计算机

主控计算机是本自动测试系统的指挥中心，通过它发出各种指令，对仪表、接口卡、开关网络等进行程控才能完成所有指标的测试，并且完成测试数据的处理和储存。

3 DBF 接收机测试

如图3所示，连接好自动测试系统，对DBF 接收机进行测试，每组可同时测7个接收机。每路接收机的测试图显示在矢网或噪声系数测试仪上。测试结果由软件控制自动以Excel 表格形式存储到主控计算机中。

图3 接收机测试结果显示

测试增益起伏、幅度相位、镜像抑制、隔离度等指标时，均使用矢网的频率扫描模式，可以直观地看出在工作频段内接收机的输出幅度和相位信息。而动态范围测试则使用矢网的功率扫描模式，固定某一工作频点，设定矢网输出功率在一个范围内变化。矢网的显示界面显示的是接收机的输出功率随着输入功率变化而变化的结果。从测试图中可以观察出，当输入功率较低时，输出功率还是线性变化的;随着输入功率的增加，输出功率增加值越来越小，当输出功率的增加值比输入功率增加值低1 dB时，即可测出1 dB 压缩点，此时接收机的输入功率与灵敏度之差即为动态范围。

测试结果以Excel 表格形式存储后，可以转化为图形直观地看出各项指标范围。图4 是DBF 接收机的测试数据图形显示。从测试数据看出，自动测试系统在相同的硬件设置下可以很方便地测量DBF 接收机的诸多性能参数，解决了多通道DBF 接收机测试的问题。