数字T/R组件测试技术研究

魏鼎盛

【摘 要】由于数字T/R组件数字化、集成化和光纤化的特点，传统的测试方法和手段已经不适应于数字T/R组件的测试。基于以上原因，根据当今微波技术、大规模集成电路和光电技术的研究成果，本文提出了一种数字T/R组件发射通道和接收通道参数综合测试的实现方法，经测试验证，证明方法可行有效，对于提高数字T/R组件研制开发的效率乃至未来综合保障应用都具有积极的意义。

【关键词】数字T/R组件；发射通道；接收通道；幅相一致性；大容量存储

0 引言

作为数字阵列雷达的核心部件，数字T/R组件的组成和功能非常复杂，基于DDS的波形产生技术和精确幅相控制技术、基于DDC的多通道数字化接收技术、集成化一体化收发通道设计技术和高速大容量数据传输技术等大量新技术的应用，使得数字T/R组件具有集成化、数字化和光纤化的特点，传统的测试方法和测试手段已经不适应于数字T/R组件的测试。

1 测试需求分析

数字T/R组件发射通道的测试指标不但涵盖发射功率等功率参数和带宽、杂散、脉内信杂比等频谱参数以及脉宽、顶降、周期等波形参数外，而且还引入了幅度一致性和相位一致性等新型参数，特别是相位一致性测试是数字T/R组件发射通道测试的主要挑战之一。

数字T/R组件接收通道的输出信号不再是通过同轴电缆传输的模拟信号，而是通过光缆传输的高速大容量I/Q数据，矢量网络分析仪等传统测试设备已经无法进行连接和测试，所有接收通道性能指标都依赖于对I/Q数据的分析和计算，这是与模拟T/R组件最大的不同，也是最大的测试难点。但两者接收通道性能指标的类型基本一致，也包括接收增益、灵敏度、隔离度等，当然，与发射通道测试一样也有通道间幅相一致性等新的测试需求。

2 数字T/R组件测试关键技术分析

2.1 工作状态控制

数字T/R组件工作状态的控制是通过光缆实现的，传输的内容包括控制数据、波形数据和同步数据等，其中控制数据用以实现包括通道增益、收发切换等状态的设置；数字T/R组件要实现精确幅相控制则几乎完全依赖于波形数据；同步信号贯穿数字T/R组件测试过程的始终，它是实现系统同步和I/Q数据实时接收的关键。

我们采用高端FPGA芯片内置的ROCKET收发器模块来完成工作状态控制的解决方案。按照约定格式生成的数据经ROCKET收发器模块中CRC检验编码、8B/10B编码、缓冲器、并串转换、发送器以及缓冲器等环节后成为双端差分数据，最终通过光收发器将控制数据、波形数据以及同步数据发送到被测数字T/R组件中。

2.2 发射通道测试关键技术分析

在数字T/R组件发射通道测试领域有发射通道相位一致性和移相精度测试、幅度一致性测试等几个关键技术需要解决，下面分别进行论述。

2.2.1 发射通道间相位一致性和移相精度测试

数字阵列雷达的收发波束均采用数字波束，其中数字发射波束形成的关键之一就是要对数字T/R组件的发射通道进行高速精确的幅相控制，因此，发射通道间相位一致性及移相精度是数字T/R组件发射通道测试的重要指标。

不同于传统模拟T/R组件，数字T/R组件不再需要输入模拟中频或射频信号，因此发射通道间相位一致性和发射通道移相精度测试不能利用矢量网络分析仪传统的传输测试模式进行，必须寻求新的测试解决方案。目前，对于数字T/R组件多通道相位一致性和移相精度的测试可以采用两种方式：高性能示波器法和多通道相参接收机法。

2.2.2 发射通道间幅度一致性测试

数字T/R组件发射通道的输出功率随着温度的累积，可能会出现功率下降的现象，因此幅度一致性的测试不能采用单通道分时测试的方式，至少要同时测量两个以上的通道，并将其中的一个通道作为基准通道。

2.3 接收通道测试关键技术分析

在数字T/R组件接收通道测试领域有大容量高速I/Q数据接收/存储、复杂数据分析计算工作状态控制等几个关键技术需要解决，下面分别进行论述。

2.3.1 大容量高速I/Q数据接收/存储

数字T/R组件的接收通道的数据速率一般超过1Gbps，单位时间内的数据量庞大。正确接收和存储通过光缆传输的大容量高速数据是接收通道测试的前提和基础，因此，需要研制高速大容量固态存储器。目前大容量固态存储器的设计一般采用以NAND FLASH芯片為基础搭建存储阵列的解决思路。设计过程中要重点考虑数据速率和存储容量两个方面的需求。数据速率决定了FPGA芯片和FLASH芯片的选型，存储容量则决定了单片FLASH芯片容量和FLASH芯片数量。为保证接收数据的准确性和可靠性，还有全局时钟分配、无效块管理和FLASH芯片类型选择等几个需要注意的问题。

2.3.2 基于FFT运算的接收通道性能指标计算分析

接收通道的性能指标的测试实现最终依赖于I/Q数据的计算和分析。从实现过程来讲，主要可分为数据拆分、数据抽取、FFT运算和通道性能最终计算等几个步骤，还必须获得从雷达模拟信号发生器输出端口至数字T/R组件每个T/R端口之间的补偿函数和信号发生器自身输出信号的频率及功率特性，建立起频率与补偿值之间一一对应的关系。这样，在基带信号的功率及频谱参数已知的前提下就可以对接收通道的接收增益等各类性能指标进行运算。

3 实施效果

在解决了复杂工作状态控制、发射通道相位一致性测试、大容量高速I/Q数据接收/存储等关键技术的基础上，中国电科41所搭建了一套完整的数字T/R组件综合测试验证系统，实现了数字T/R组件发射通道和接收通道性能指标的高效准确测试，解决了接收通道测试这一核心难题。另外，通过与TestCenter软件平台的有机融合，提高了针对数字T/R组件的自动测试能力以及综合化、智能化程度，其非编程式的测试程序开发方式也可大大缩短测试程序的开发周期。

4 结束语

通过本文所述的技术研究，在数字T/R组件测试领域的技术体制、实现方式等方面实现了全面突破后，为实现不同频段、不同体制的数字T/R组件测试奠定了坚实的基础，这对于提高数字T/R组件研制开发的效率乃至未来的综合保障应用都具有积极的意义。

【参考文献】

[1]胡坤娇，“米波段数字阵列雷达的设计，”雷达科学与技术，Vol 6， No. 6， pp. 422-425，Dec.2008.

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[责任编辑：张涛]