通用微波组合自动测试系统的设计与实现

2019-12-04钱佩，邓彬

舰船电子对抗 2019年5期

钱佩，邓彬

(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

微波组合是某型电子设备中一个重要的组成部分，其也是生产调试工作量最大的部分。该组合通道数量多，频带宽，测试频点多，测试时间长，测试精度要求高。以往小批量生产，采用的是人工测试方法，测试效率极低，只能勉强满足生产调试的要求，随着生产任务的增加，原有的生产调试测试手段已经不能满足大批量装备生产的需求，迫切需要设计一套自动测试系统以满足调试生产的需要[1-2]。

1 系统结构

微波组合测试调试过程如图1所示，其所测试的主要参数为输出口功率。设备预热稳定后，选择某一通道进行测试，等所有频点测试完成，更换通道进行测试，直到所有通道频点测试完成。对所记录的数据进行处理，数据波动满足指标要求，调试结束；数据不满足指标，参数调整后再重新进行测试。

通过对微波组合的测试流程图的分析，得出测试系统的原理框图如图2所示。由工程控制计算机完成对整个测试系统的控制和管理，控制被测分机接收信号源的输入信号，将输出信号由频谱仪测试后反馈给计算机，完成测试数据的记录。

图1 微波组合测试流程图

图2 自动测试系统原理框图

2 硬件设计与实现

微波组合输入分左右两舷，一舷有9个输入端口，输出有左、中、右3个输出端口。那么依此可组合成27个通道。在该微波组合的测试过程中，要把微波信号源和频谱分析仪分别连接到这些输入输出端口。有图3所示2种硬件设计方案：一种是利用功分器与输入输出端口的连接；另一种是利用2个PIN开关，用开关矩阵的方式分别实现与输入输出端口的连接。

图3 硬件2种连接方式示意图

在功分器的连接设计方案中，由于功分器一般有一分二功分器、一分四功分器、一分八功分器等等，因此在输入端口选择用4只一分四功分器组成1个一分九的功分器组合实现一分九的功能，不用端口用匹配负载连接，输出3路端口用1只一分四功分器代替，不用端口用匹配负载连接(见图4)。用开关矩阵的方案中直接选择单刀三掷开关和单刀九掷开关即可。

图4 功分器连接示意图

对所要使用的开关和功分器进行调研，主要技术指标见表1。

表1 开关、功分器主要技术指标

从图4和表1得出用功分器方案输入端引入的插损为7 dB左右，输出端引入的插损为14 dB左右，整个插损达到21 dB左右，通道之间隔离度为15 dB左右。用开关网络方案输入端引入的插损为6.5 dB左右，输出端引入的插损为1.2 dB左右，隔离度大于60 dB。2种方案优缺点分析评估见表2。

经评估选择用2个PIN开关，用开关矩阵的方式分别实现与输入输出端口连接的方案，通过控制电路板实现计算机对开关的控制，硬件最终框图如图5所示。

表2 硬件特点分析及评估

图5 自动测试系统的硬件框图

3 软件设计与实现

采用VC软件编程平台，实现对微波组合自动测试系统软件的编制，具体实现对策如下：

(1) 对仪表的自动控制：软件通过LAN网络接口实现与微波信号源和频谱分析仪的连接。采用基于虚拟仪器软件结构(VISA)接口的可编程仪器标准命令(SCPI)实现对微波信号源和频谱分析仪的远程控制。

(2) 对开关控制板的控制：实现对开关通道的选择，通过1块自制的开关控制电路板来实现。计算机与开关控制板之间通过LAN网络接口实现连接。采用基于网口的UDP协议，实现与开关控制板之间的通信。再由开关控制板把网络协议报文转换为TTL电平，实现对开关的控制。

(3) 自动测试系统的自动校准功能：由于射频通道上增加了微波开关，人为地引入插入损耗，为了消除插损对系统测试的影响。在软件编程过程中，增加了自动校准功能。这样就能够消除因增加了微波开关而引起的系统测试误差。

(4) 测试数据的自动记录：计算机通过LAN网络接口与频谱分析仪相连，一方面向频谱分析仪发送测试工作命令；另一方面读取频谱分析仪上的测试结果，消除增加微波开关的影响后，把数据以TXT的格式生成测试报告存储在计算机上。

自动测试的软件界面如图6所示。

图6 测试系统主界面

4 实施效果

微波组合自动测试系统经方案论证、硬件调试、软件调试、产品联调等工作后，最终实现了设备研制要求所提出的各项技术指标。系统实物如图7所示。

任选一舷，连接好微波组合的输入输出电缆，选定频率间隔为100 MHz，记录测试时间。检验结果:一舷的自动测试时间为12 min，测试功率误差≤±0.25 dB。人工手动测试(频率间隔为500 MHz)所用时间约为120～140 min，对比可得该测试系统大幅度提高了该微波组合的测试效率，效率提高了近50倍。

2017年10月17日，在某设备上对微波组合自动测试系统进行使用。使用的实际情况如表3所示。