一种移相器快速化测试系统的设计

宋赛武，唐 楠

(南京电子技术研究所， 南京210039)

0 引言

铁氧体移相器作为一种特殊的微波器件，在雷达、微波通信和微波测量系统等方面得到了广泛应用，特别是在无源相控阵雷达中其优越性得到了充分体现［1-2］。无源相控阵天线通过对天线内移相器的控制，达到波束指向的瞬间转换［3-5］。移相器在天线中有着非常重要的作用［6］，随着对移相器性能指标要求的逐渐提高与人力成本的不断上升，使得对移相器产品质量的一致性要求更高，相关的移相器生产企业也面临着产能瓶颈，因此，国内外生产厂商在采用自动化方式代替人工操作方面做着各自的努力与尝试。而移相器的测试是耗时最多的环节，在测试环节进行效率提升，效果最为显著。本文针对一种定制性极强、结构更为复杂的移相器组件，介绍了一种移相器快速测试系统的设计。

1 快速化测试系统

1.1 快速化测试系统需求

锁式铁氧体移相器组件是应用于雷达上的一种新型铁氧体移相器，它具有电性能要求高、阵面装配数量多、结构形式独特等特点，结构如图1所示。随着该雷达进入批产阶段，该移相器组件的生产也面临着巨大压力。移相器在整个的生产过程中要进行多次测试及数据采集工作，因此，如何提高移相器测试效率，成为提升移相器生产效率凾待解决的关键性问题。

图1 锁式铁氧体移相器组件

以往我们对移相器进行测试都是人工将移相器通过螺钉拧紧在测试系统上，为给测试人员提供足够操作空间，每次都需要对测试系统的高度、角度进行调整。同时，采集移相器数据时都是将三根颜色各异、长度等同的导线按特定的规则焊在移相器的焊盘上，焊线前导线还需经过备线、剥线、浸锡等工序，采集数据时，测试人员先将移相器用螺钉固定在测试系统上，再通过与仪表相连的三个线夹夹紧焊在移相器的三根导线线头，借助仪表读取数据，完成一个单元移相器一次的数据测试及采集工作，之后松开三个线夹，将移相器从测试系统拆下，进行下一单元移相器的数据采集。

通过对采集到的测试数据进行分析比对，将合格的移相器进行分类存放，等待下一环节数据采集，而对于不合格品需将导线拆下，重新进行装配、调试、筛选、数据测试与采集等工作。

等所有移相器进入临交付状态时，还需对移相器再进行一次交付前状态数据采集，数据采集完成后，拆除焊接的导线，修整焊盘，移相器包装交付。

由此可见，采用这种焊线方式进行测试与数据采集，是一种十分繁琐且费时费力费料的工作，且焊盘经多次焊接后会影响焊盘可靠性，给后续电装造成不利影响;另外，对成品器件进行反复拆装，有对成品器件造成损伤的风险，也不利于移相器的后续测试维修［7-9］。因此，迫切的需要设计一种快速化测试系统来取代原有的移相器测试系统。

1.2 快速化测试系统基本组成及设计原理

基于该锁式铁氧体移相器的具体测试要求，在设计快速化测试系统时我们将其分为数据采集、快速安装定位、系统控制三部分。其中，数据采集部分需改变以往焊线的采集方式，快速安装定位需将测试系统变动态系统为固态系统，系统控制则是将复杂的经验式手工操作变为简单的按钮式机械操作。

1.3 系统的实现与测试结果比对

我们将测试波导与移相器固定在单一方向确定行程的导轨上，通过内部弹簧与定位销钉的作用，使复杂多变的动态测试系统成为只能做简单往复运动的传动机构，实现了测试系统与移相器快速精准安装紧固，如图2所示。同时，结合天线阵面中移相单元周期分布的特点，测试时移相单元间也实现了快速衔接替换。用简单的按钮式自动化控制系统替代复杂的手工操作。

然而，要想真正实现移相器快速测试，单纯依靠移相器与测试系统快速安装定位还是远远不够的，必须将繁杂的焊线测试方式彻底改变。因此，我们又设计了一款可操作性强、与移相器三个焊点相对位置一致且具有伸缩功能的电测探头，如图3所示。通过合理的工装设计，借助多个传动关节点的控制，实现了探头与焊盘之间的快速、精准、稳定的柔性接触。

图2 测试系统

图3 电测探头

通过移相器与测试波导的快速定位安装，结合快速电测探头的使用，实现了移相器快速数据测试与采集。经过实际测算，采用了这种移相器快速化测试系统后，该锁式铁氧体移相器组件的数据测试与采集效率得以大幅度提高，每移相单元测试时间从8 min缩短为2 min，通过图4～图6所示移相器组件仿真性能与测试系统使用前后测试数据对比，表明该快速化测试系统满足该锁式铁氧体移相器测试要求。

图4 驻波与损耗仿真结果

图5 驻波与损耗未使用测试系统前实测结果

图6 驻波与损耗使用测试系统后实测结果

2 结束语

本文介绍的一种移相器快速测试系统，它彻底改变了传统铁氧体移相器的测试方式，能够大大提高了移相器测试效率，值得注意的是，这只是针对移相器测试环节进行的快速化改造，对于其他同类微波器件，实现装配、测试、调试、检验的全流程自动化，还需要各方能人志士的共同努力。

［1］ 汤宁生.一种铁氧体移相器控制系统的设计［J］.现代雷达，2013，35(6):58-60.Tang Ningsheng.Design of control system for ferrite phase shifter［J］.Modern Radar，2013，35(6):58-60.

［2］ 蒋仁培，胡 岚.纵向场铁氧体双横波导的本征模问题［J］.微波学报，2004，20(3):33-38.Jiang Renpei，Hu Lan.Eigenmode problem of dual-mode ferrite waveguide under longitudinal magnetized field［J］.Journal of Microwaves，2004，20(3):33-38.

［3］ 张祖稷，金 林，束咸荣.雷达天线技术［M］.北京:电子工业出版社，2005.Zhang Zhuji，Jin Lin，Shu Xianrong.Radar antenna technology［M］.Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2005.

［4］ 张光义，赵玉洁.相控阵雷达技术［M］.北京:电子工业出版社，2006.Zhang Guangyi，Zhao Yujie.Phased array radar technology［M］.Beijing:Publishing House Of Electronics Industry，2006.

［5］ 蒋微波，蒋仁培.微波铁氧体器件在雷达和电子系统中的应用、研究与发展［J］. 现代雷达，2009，31(9):5-13;2009，31(10):1-10.Jiang Weibo，Jiang Renpei.Application and development of microwave ferrite device in radar and electronic systems［J］.Modern Radar，2009，31(9):5-13;2009，31(10):1-10.

［6］ 何炳发，朱瑞平.固态有源相控阵天线系统的相位测试和校准［J］.天线技术，1999(15):48-51.He Bingfa，Zhu Ruiping.Phase measurement and calibration of solid-state active phased array antenna system［J］.Antenna Technology，1999(15):48-51.

［7］ 曾传宝.阵列天线的源场测试法［J］.零八一科技，2004(1):40-43.Zeng Chuanbao.Source field test method for array antenna［J］.081 Technology，2004(1):40-43.

［8］ 李 宏，薛 冰，杨英科.相控阵天线的测试技术［J］.探测与定位，2004，14(2):21-27.Li Hong，Xue Bing，Yang Yingke.Testing technology of phased array antenna［J］.Exploration and Positioning，2004，14(2):21-27.

［9］ 陈光辉，张 娟.基于相位扫描的天线移相器测试方法［J］. 现代雷达，2015，37(4):55-58.Zhang Juan，Chen Guanghui.Testing method of antenna phase shifter based on phase scanning［J］.Modern Radar，2015，37(4):55-58.