多通道T/R组件自动化测试技术

2018-10-29张忠元刘克强

制导与引信 2018年1期

周凯，张忠元，苏坪，刘克强

(1. 上海无线电设备研究所，上海 200090； 2.空军军械通用装备军事代表局，北京 100166)

0 引言

T/R组件是相控阵导引头中核心的微波组件之一，其性能直接决定导引头整机性能的优劣[1]。通常情况下，一套相控阵导引头中往往有成百上千个天线单元，每个天线单元下连接着一个T/R组件的接收和发射通道。

T/R组件测试指标包括收发隔离度、驻波系数、衰减精度、移相精度、寄生调相、寄生调幅、1 dB压缩点、噪声系数、发射功率、杂散、顶降、效率等，单个通道的自动化测试技术已经实现[2]。但是该技术不能进行测试仪器的自动切换，在面对多通道T/R组件的测量时，需要工人干预替换T/R组件通道和测试仪器，增加测试时间和人工操作量。通过射频开关网络可以自动切换测试仪器和测试通道，实现多通道组件的自动化测量。

GPIB总线是计算机和测试仪器之间常见的接口之一，使用这种总线可以设计出一套自动化测试系统[2-3]。但是GPIB总线通常数据的传输速度为1 MB/s，在面对T/R组件测试产生的大量数据时，会产生延迟传输效应，是提高测试速度的瓶颈之一。百兆网络端口的数据传输速度可达10 MB/s，可以有效解决这个问题。

1 测试技术的原理

多通道T/R组件自动测试技术框图如图1所示，包括工控计算机、网络交换机、频谱分析仪(带噪声模块)、矢网、峰值功率计、信号发生器、直流稳压电源、开关网络和FPGA(可编程逻辑阵列)测试板。其工作原理：工控计算机通过网络交换机控制开关网络切换T/R组件测试通道和测试指标，网络交换机实现工控计算机和测试仪器的连接，开关网络实现T/R组件和测试仪器射频信号的切换。

工控计算机和测试仪器通过一台网络交换机进行数据交换，测试仪器的控制端口支持VISA标准[4]，计算机和测试仪器之间通过VISA库函数进行通信。

(1) 工控计算机软件界面的编写

工控计算机的操作系统平台是Windows XP，使用MFC进行工控计算机软件界面的编写。Windows XP和MFC都是较成熟的软件，可以参考的资料较多，能快速开发出一款可用的软件。为了操作界面的美观和改善使用体验，选用NI的Measurement Studio进行控件开发。在软件界面上，核心的显示由一个CListCtrl类的表格完成，包括接收和发射指标，由于不能保证每条组件的指标都达到要求，因此需要对不达标的指标进行分层显示。CListCtrl类不能针对表格中的某一行进行颜色显示，为此，利用ON_CUSTOMDRAW消息开发一个CListCtrl类的派生类，使用该派生类实现了数据表格的分层显示，方便测试人员使用。

(2) 开关网络

开关网络连接各测试仪器的射频信号口，其内部开关连接图如图2所示。

各测试仪器的射频端口通过射频电缆连接到开关网络。端口I连接矢网端口1作为接收幅相测试的输出端口，同时连接信号发生器，作为发射功率测试的输入端口。端口II连接矢网端口2作为接收幅相测试的输入端口，同时连接功率计，作为发射功率测试的输出端口。参考图1的技术框图，工控计算机通过网络交换机发送命令控制开关网络的连接状态，达到自动切换测量通道和参数的目的。

开关网络通过切换继电器改变内部射频信号的连接，由于各个继电器射频指标不完全一致，为保证测试准确性，需要对每个通道分别进行校准，将每个通道的校准数据保存下来，测试的时候再分别调取每个通道的校准数据。

(3) 控制信号

T/R组件工作所需的控制时序，如图3所示。SEL信号控制组件通道选通，组件内串并转换芯片将串行的DATA数据转换成并行数据，待锁存信号DARY来到后将缓存的数据传递给衰减器和移相器，控制组件的衰减和移相状态，T_R信号则控制组件接收和发射状态切换。

FPGA测试板能产生多路并行信号，Verilog代码中状态机共有4个状态，分别是初态、通道等待态、数据刷新态和停止态。其中,通道等待态为12个时钟周期，数据刷新态刷新每个通道DATA信号，待刷新完成后进入停止态，经过2 000个时钟周期，状态机将再次进入初态，以此循环，更新组件的衰减和移相状态。

(4) 数据保存和生成报表

使用VISA库函数可以从测试仪器读取测试数据到工控计算机上，通过SpreadSheet类将测试数据生成Excel表格并保存在计算机里。调用LabView程序读取Excel数据将各测试数据生成Word表格，形成测试报表。

2 测试技术的实现

(1) 使用VISA函数库连接测试仪器

参考是徳科技的各测量仪器用户编程手册[6-9]，可以控制仪器的操作。以矢网连接为例，在对话框添加代码#pragma comment(lib, “visa32.lib”)，编译VISA函数库，建立ViSession类型变量N5 222 A，添加ViOpen(defaultRM,”TCPIP::169.254.66.225::inst0::INTR”,VI_NULL,VI_NULL,&N5 222 A) 代码，其中”169.254.66.225”是矢网的IP地址，运行后变量N5 222 A的值变为1，该值非零则表示连接成功。其它仪器同样遵循VISA标准，连接方式类似。相比用GPIB协议连接仪器，网络端口的数据传输速度可以更快。

(2) 测试指标可视化显示

Measurement Studio插件可用来开发通道选择、测试等控件，使用不同颜色表示控件不同状态，使得测试界面简洁明了。指标显示由一个CListCtrl类的表格完成，针对CListCtrl类不能更改表格中某一行的颜色，利用ON_CUSTOMDRAW消息开发一个CListCtrl类的派生类，当某一条测试指标没有达到要求时，该条指标会改变颜色，如表1所示，其中f0表示测试中心频率。