一种自动DLVA测试系统设计

2018-12-29关明江严厚伟

舰船电子对抗 2018年5期

关明江，严厚伟

(中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏扬州 225101)

0 引言

DLVA是检波对数视频放大器的简称。DLVA在规定的功率电平范围内产生的输出信号的电压与输入信号功率的对数成正比，它将输入的宽动态范围的输入射频信号功率压缩成动态范围足够窄、易于处理的视频信号。检波对数视频放大器一般用作一个幅度检波器，因为其输出电压(mV)与输入信号功率(dBm)成正比，这种幅度信息往往比线性检波器更为实用。检波对数视频放大器输入输出关系曲线见图1。

图1 检波对数视频放大器输入输出关系曲线

检波对数视频放大器是高速、准确测量微波脉冲的关键部件。其通常用于雷达、电子战设备中进行测向和功率检测。例如在雷达告警接收机(RWR)、电子对抗(ECM)[1]和电子支援措施(ESM)接收机及大量测量仪器中[2]，通过对接收到的脉冲信号幅度的比较可以确定到达信号的到达角[3]。由于雷达和电子战设备中DLVA用量庞大，对DLVA的测试时间长，数据记录工作量大，对传统人工测试DLVA提出了巨大的挑战。

本文首先介绍了DLVA测试中测试时间长、记录数据量大的几个参数，又介绍了手动DLVA测试过程和该自动DLVA测试系统的硬件组成及工作原理、软件编写和测试过程，并通过实际测试验证，证明了该系统确实是一种高效的测试系统。

1 DLVA参数介绍

任何器件都需要一定的参数来描述它的性能，对于DLVA也不例外，现就DLVA测试中测试时间长、记录数据量大的几个参数做如下介绍。

1.1 切线灵敏度

切线灵敏度指的是DLVA检波电压上的噪声最小值与系统无输入时噪声最大值相切的时候，输入信号的功率大小。因为噪声是无规律的随机波形，不可能准确测量，具有很强的主观性。一个观测者测量，是通过设定射频输入脉冲电平，使得视频输出脉冲幅度大于噪声输出幅度以便在示波器上观察。

1.2 对数斜率

对数斜率是用来描述DLVA正常工作时输入输出关系的指标。对数斜率是指动态范围内输入(单位：dBm)与输出(单位：mV)传输特性最佳拟合直线的斜率[4]，它表示系统正常工作时输出电压跟输入功率的关系。在DLVA正常工作时，输入功率每增加1 dB输出电压的增加值即为对数斜率。单位一般为mV / dB。通过测试DLVA在额定工作条件下所有频点的输入输出值(输入信号以对数形式表示，输出信号以电压形式表示)，根据测试结果绘制拟合曲线来得到DLVA的对数斜率。

1.3 动态范围

DLVA检波信号功率大于切线灵敏度，能保证正常工作的输入信号功率范围称动态范围。最小可检测功率受基底噪声的限制，最大能承受功率由系统非线性程度决定。有2种描述动态范围的形式比较常见，一种是“线性动态范围”，指的是产生1 dB压缩时输入信号的功率与灵敏度(或基底噪声)之比[5]，多用于描述功放；另一种是“无杂散动态范围”，指的是等于最小可检测信号的三阶互调产物的2个等电平输入与基底噪声之比，多用于描述低噪声放大器或混频器。

2 手动DLVA测试过程

本设计中，以对数斜率和切线灵敏度的测试为例，对DLVA的测试过程进行介绍。通常情况下，DLVA测试需要信号源、示波器、电源等。电源给DLVA工作提供所需要的电压；信号源输出信号连接到DLVA，作为DLVA的输入；DLVA的输出连接到示波器，通过示波器读出DLVA模块的输出信号的幅度等。以2～8 GHz频段的DLVA为例，假如DLVA的动态范围为-58～-13 dBm，对数斜率进行测试。信号源输出2 GHz时，先在信号源输出功率为-58 dBm时，测试DLVA输出到示波器信号的幅度，然后在信号源输出功率为-13 dBm时，测试DLVA输出到示波器的信号幅度，两者幅度之差除以45即为DLVA在此频点的对数斜率。按照技术指标的要求，以一定的频率步进依次测试其它频点的对数斜率。对正切灵敏度的测试如下：信号源输出2 GHz的脉冲信号时，信号源的输出信号功率从大于灵敏度的某功率开始按照1 dBm的步进依次减小，观察DLVA输出到示波器的信号，当观察到示波器的脉冲信号正最大值和噪声基底相切的时候，记录下此时的信号源输出信号功率，即为DLVA在2 GHz的正切灵敏度。按照技术指标的要求，以一定的频率步进依次测试其它频点的正切灵敏度。DLVA的动态范围即为DLVA工作在图1线性部分的输入信号的范围，即通过绘制DLVA的输入输出曲线，观察DLVA输入输出曲线接近于线性部分的输入信号的功率范围。其它指标的测试也是类似的。

人工测试DLVA的测试连接图如图2所示。

图2 人工DLVA测试连接图

由于在雷达和电子战设备中，DLVA数量大，人工测试每个DLVA并记录数据的时间大致在20 min，且随着测试时间延长，人员疲劳度增加，测试速度进一步降低。对于雷达和电子战设备成百上千个DLVA而言，测试工作耗时耗力，记录数据工作量大。

3 自动DLVA测试系统硬件组成和工作原理

自动DLVA测试装置硬件主要由工控机、电源模块、交换机、控制板、机箱组成，如图3所示。其中主控机用软件编写程序，通过网络方式连接控制板、信号源和示波器，通过输出接口连接DLVA进行测试。控制板由先进的简化指令计算机机器(ARM)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、网络芯片和接口芯片等组成，控制板通过网络接口接收主控机控制命令，输出TTL信号给DLVA进行模式选择，同时控制DLVA输出接口多种电源通断。信号源接收主控机控制命令，受主控机控制产生不同频率和功率的信号提供给DLVA。示波器接收主控机控制命令，读取DLVA输出信号的峰值，并将结果回报给主控机。DLVA接收信号源提供的射频信号及输出接口提供的电源和控制信号，通过示波器测试输出的中频信号的幅度。

图3 DLVA测试系统硬件组成框图

4 自动DLVA测试系统显控软件

自动DLVA测试系统显控软件编写采用Visual C++ 6.0实现，包含示波器的控制，信号源的控制，控制板的控制，电源通断控制，DLVA数据的测试、计算和记录，显控界面如图4所示。

图4 DLVA测试系统软件界面

控制板上ARM软件编写采用uVision V4.10，CPLD软件编写采用QuartusII 11.0。所有软件编写采用模块化编程。

5 自动DLVA测试系统测试过程

自动DLVA测试连接图如图5所示。先按照图5连接好DLVA自动测试系统和DLVA模块、测试仪表等；再按照测试需求设置好信号源和示波器的IP地址等，方便网络连接；然后打开工控机，在工控机上运行DLVA自动测试软件；先进行频段选择，再依次点击“连接示波器”、“连接信号源”和“电源开”按键；最后点击“开始测试”按钮，DLVA模块即开始自动测试，此时显控软件实时显示主控机的下发报文、接收报文和读取到的DLVA输出到示波器的信号幅度。通过显控软件控制信号源输出信号给DLVA，示波器测试DLVA输出信号的幅度，显控软件读取示波器的测试结果，记录信号源输出信号的幅度，通过逻辑运算，计算出DLVA的指标，并标注出DLVA模块指标是否合格。根据实际测试显示，单个DLVA模块的测试时间不超过3.5 min。