数字T/R组件自动测试系统的设计

马志翔

(南京国睿安泰信科技有限公司,　南京 210013)



·测试技术·

数字T/R组件自动测试系统的设计

马志翔

(南京国睿安泰信科技有限公司,南京 210013)

数字T/R组件是数字阵列雷达的重要组成部分，由于其集成度高、测试项目多，所以在研发生产中需要使用自动测试系统。文中针对数字T/R组件的测试需求，介绍了一种自动测试系统，内容包括硬件设计方案、参数的测试方法以及系统集成和试验，该系统已应用于数字T/R组件的测试。

数字阵列雷达；数字T/R组件；自动测试系统

0　引　言

伴随着数字电路技术的高速发展，数字系统的复杂性和高成本大大降低，其可靠性不断提高，使用这种技术正成为雷达发展的一个主流方向。作为数字阵列雷达的核心部分，数字T/R组件在雷达系统中少则几十上百，多达成千上万，其性能指标的好坏直接影响到雷达整机的性能指标[1]。由于数字T/R组件上行通道的微波激励源不再是从外部输入，而是来源于自身的直接数字综合器(DDS)，其下行通道的输出也不再是微波频段下的信号输出，而是经过中频采样后的光信号，从而造成了数字T/R组件的上行通道测试失去了同频参考基准，下行通道测试无需测试仪表，必须依靠专门的数学算法分析和计算[2]。

测试数字T/R组件既有模拟信号测试，又有数字信号测试，且输出通道多，测试参数繁杂，数据量大，所以自动测试系统的建立，可满足组件各性能指标快速、高效测试的需求[3]。本文首先讨论数字T/R组件的工作原理与测试需求，然后介绍了一种数字T/R组件测试系统的工作原理，进而讨论了核心参数的测试方法及相关算法。

1　需求分析

传统的模拟T/R组件的输入输出信号都是微波模拟信号，所有微波收发通道的指标参数都可以用微波仪表直接测试得到。数字T/R组件的测试方法与模拟T/R组件的差异很大，主要由数字T/R组件自身的工作原理[2]造成的。

数字T/R组件与传统的模拟T/R组件差别在于：除了T/R组件中原有的发射功率放大器、限幅器、低噪声放大器、高频开关和滤波器等功能电路外，信号频率和波形是通过DDS产生的，天线相扫需要的组件之间信号相移及幅度的调整也都在DDS实现。所以测试组件发射通道指标参数时，不需要外加激励信号，可直接控制组件状态后用微波测试仪表进行测试。

数字T/R组件的接收通道接收前端送来的射频回波信号，经低噪声放大、分段滤波后，模拟下变频，形成中频信号，经中频采样后数字下变频为数字零中频I/Q信号，各路I/Q信号数据打包后从光纤接口送出。由于接收通道的输出不在是微波信号输出，其性能指标不能用测试仪表直接得到，只能通过数据记录设备对组件下行I/Q数据采集后进行数学分析和计算，得到其指标参数。

由于数字T/R组件的工作原理与测试方法与传统模拟T/R组件不同，所以对应的组件收发通道的测试项也有所不同。数字T/R组件发射通道主要包括数字波形产生、模拟上变频等几部分。数字接收通道主要包括模拟下变频、A/D和数字预处理等部分，其主要性能参数的测试项，如表1所示。

表1数字T/R组件测试项

2　系统方案设计

该自动测试系统由硬件测试资源和测试软件组成，采用GPIB总线互连[4]。硬件测试资源能最大限度地实现平台的开放性、灵活性，并具有二次开发能力，允许用户根据不同的测试对象灵活地剪裁和增加硬件资源[5]。测试软件采用模块化设计技术，为系统的二次开发提供编程接口。

数字T/R组件自动测试系统框图，如图1所示。

图1　数字T/R组件自动测试系统框图

当测试组件发射参数时，主控计算机控制系统中的电源提供组件工作所需的各种电源，定时产生设备控制被测试单元(UUT)工作在发射状态，输出射频信号通过信号转接中枢连接到测试仪器和负载机箱。当测试组件接收参数时，在计算机控制下，电源、本振源、时钟源提供接收通道所需的电源和射频信号微波激励；然后，利用定时产生设备控制组件工作在相应的接收测试状态，数据记录设备采集数据送到计算机中进行分析计算，得到各项下行指标测试结果。

该系统信号采用集中互连模式，集中管理全系统测试信号。信号转接中枢和负载机箱是数字T/R组件自动测试系统中实现系统开放性、灵活性的关键设备，其性能指标的优劣直接影响到整个系统的测试指标。信号转接中枢主要由微波开关、检波器、控制板、以太网适配板、直流电源等组成。负载机箱主要由衰减器、功分器等组成。信号转接中枢和负载机箱主要功能是根据测试项建立相应的激励通道和测试通道。

数据记录设备为PCIE专用板卡，其主要功能是对接收通道数字信号进行采集，将光纤输入的不同速率的雷达下行数据统一转换为PCIE接口速率后，通过PCIE接口输出至计算机。

3　测试方法

3.1发射通道功率参数测试

发射通道功率参数测试框图，如图2所示。

图2　发射通道功率参数测试框图

当测试组件的第一通道功率参数时，按图2所示信号转接中枢的测试端口连接组件发射输出端口，其他端口连接所需仪表设备，用计算机控制信号转接中枢选择测试通路。组件在该通道上的被测信号经过信号转接中枢，进入微波信号分析仪；组件的其他几路信号通过中枢上的测试端口连接到负载机箱。信号源、电源提供数字T/R组件工作所需的电源、时钟及本振信号，定时产生设备将组件控制到相应的工作状态。运行相应测试程序进行测试。当测试组件的剩余通道时，将信号转接中枢内的开关切换至相应的通路，然后重复上述流程，依次进行测试。

3.2接收通道噪声系数测试

接收通道噪声系数测试框图如图3所示。

图3　接收通道噪声系数测试框图

当测试组件接收通道噪声系数时，按图3所示信号转接中枢的测试端口连接组件接收输入端口，其他端口连接所需仪表设备，用计算机控制信号转接中枢选择测试通路。噪声源信号通过信号转接中枢提供给组件接收输入信号，接收输出信号通过数据记录设备采集数据并进行数据处理。信号源、电源提供数字T/R组件工作所需的电源、时钟及本振信号，定时产生设备将组件控制到相应的工作状态。运行相应测试程序进行测试，其数据计算相关算法如下文所述。数字T/R组件与传统组件的区别在于其输出信号是数字信号，所以接收通路的噪声系数由模拟前端和AD的噪声共同贡献。

数字T/R组件和传统T/R组件的噪声定义是相同的，因此，可采用相同的测试计算方法：Y因子算法。文献[6]提供了推导资料和计算公式，得出以下结论：Y因子即两个噪声功率的比值，一个为噪声源打开时，被测件输出的噪声功率，另一个为噪声关断时，被测件输出的噪声功率。

(1)

多次打开关断噪声源，分别得到两组噪声功率数据，求平均

(2)

噪声探头超噪比已知，被测件噪声系数NF为

(3)

4　系统集成和试验

系统软件采用本公司自主研发的自动测试系统通用软件平台作为该系统的测试软件平台，在此平台上针对数字T/R组件进行测试程序开发。软件测试界面如4图所示。

图4　软件测试界面

目前该自动测试系统已投入实际使用，其硬件系统实物如图5所示。

图5　数字T/R组件自动测试系统

5　结束语

本文介绍的数字T/R组件自动测试系统具有仪器自检，组件性能测试等功能。该设计已成功应用在一种型号数字T/R组件的研发测试上。实际应用表明：该系统的使用缩短了组件的测试时间，减轻测试人员的工作强度，提高了工作效率，对于其他雷达组件的自动测试系统设计具有一定的借鉴价值。

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马志翔男，1986年生，工程师。研究方向为微波测试系统集成。

Design of Automatic Test System for Digital T/R Modules

MA Zhixiang

(Nanjing Glarun-Atten Technology Co. Ltd., Nanjing 210013, China)

Digital T/R module is an important part of the digital array radar. Due to the high degree of integration and large amount of test items in digital T/R modules,automatictest systemis necessary during development or production test.In order to meet the test requirements of digital T/R module,an automatic test system is introduced in this paper,including the design scheme,test method of parameter,systemintegration and test . This system has been applied for the testing of digital T/R modules.

digital array radar; digital T/R module; automatic test system

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2016.09.019

马志翔Email：345501666@qq.com

2016-04-20

2016-06-22

TN957.52

A

1004-7859(2016)09-0092-03