一种多功能变频设备自动测试系统

马 珂，袁正昊

（1.海军装备部驻扬州地区军代室，江苏 扬州 225001；2.扬州海科电子科技有限公司，江苏 扬州 225001）

变频设备是接收系统中的核心组成部分，变频设备包括接收和发射2个部分。接收部分基本工作原理是将天线系统接收到的射频信号与本地生成的本振信号进行混频，将频率较高的射频信号转换到频率较低的中频信号，中频信号可以提供给后级的数字接收机进行信号处理。发射部分基本工作原理是将本地的基带信号与本地生成的本振信号进行混频，将频率较低的基带信号转换到频率较高的射频信号，射频信号通过天线系统向外界发射。

近年来，随着变频设备内部单元数量的增加，对于变频设备的测试成了一个较为关键的研究方向。宽带变频设备一般涉及到两路本振信号，一路本振信号为扫频信号，另一路为固定本振信号。其输入信号为多路射频输入信号，以及单路或多路中频输出信号。测试变频设备的时候，需要对扫频本振信号根据频率控制码与输入的射频信号进行同步，以得到正确的中频信号；如果涉及到扫频测试，那么单路变频通道的测试量将是一个M*N的矩阵，其中M是射频的测试点数，N是扫频本振的测试点数。传统的测试方法是采用人工的方法去设定仪表，手动记录每个组合频点的测试结果。随着带宽的增加、步进的变细，M*N将以平方的量级迅速增加，带来的测试工作量也随之迅速增加，若采用传统的手动测试方法，其测试时间将非常巨大[1-2]。

本文提出一种基于变频设备的自动测试系统，测试系统利用GPIB总线技术，将测试仪表连接成一个完整的测试平台[3-4]。使用该测试系统时，操作工程师只需将待测变频设备接入测试系统中，在主控计算机交互界面设置好对应测试方案及相应参数，测试工作将由自动测试系统自动进行，最终生成完整的测试报告。实际运行结果显示，该测试系统可以自动匹配不同仪表的控制指令，极大方便了测试平台的搭建，并且内置若干套测试方案，具有广泛的测试适用性。

1 测试系统软硬件构成

GPIB为通用交互总线（General-Purpose Interface Bus）的简称，该技术适用于大规模自动测试系统。GPIB技术具有使用简便、兼容性好、传输速度快的优点，在大规模多通道测试系统中得到普遍的应用。基于GPIB总线技术配置的自动测试系统，包括主控计算机、GPIB适配器和相关测试仪器。如图1所示，主控计算机通过GPIB总线将相关测试仪表连接成一个闭环测试系统，经由GPIB适配器实现对测试仪表的操控和读取，读取的数据经过主控计算机的处理，最终以图表或曲线的形式输出可视化测试结果。

图1 自动测试系统基本结构

采用分层式架构，将测试系统软件分为通信层、操控层、输出层和分析层等4层来实现，如图2所示。（1）通信层主要包括测试仪表通信和被测设备操控2部分。测试仪表通信单元采用自动识别技术，系统自动识别每台仪表适用的驱动指令，实现了测试仪表的自动调配。（2）操控层采用高效的流程管理方案实现了测试方案和测试流程的自由组合搭配，使测试系统具有较好的扩展性。用户可以根据不同设备的技术要求灵活配置测试方案，使软件的应用范围得到了扩展。（3）输出层负责各种测试行为的实现和测试报表的输出工作。可根据需要输出Excel和文本文件两种格式的测试记录表，方便用户使用。（4）分析层主要实现测试数据的存储与分析工作。本层采用Excel和SQL数据库技术相结合，实现了测试数据的自动存储和符合性分析，可根据需要实现同批次不同模块之间或者不同批次模块之间的一致性分析，方便客户使用。

图2 测试系统的分层架构

2 测试软件设计

自动测试系统主控计算机交互界面如图3所示，测试界面分为多个测试功能区，并附带有进度条，可以实时看到测试的进程。

图3 测试系统的交互界面

下面介绍该自动测试系统的几大主要测试方案。

2.1 线损校正测试

自动测试系统进行测试时配有辅助测试工装，工装上带有射频电缆，故需进行线损校正。按图4连接系统，开关公共输入端连接RF信号源，选择一路连接频谱仪，加电测试即可。如图5所示，“输入端口选择”区域中选择对应开关的端口，然后点击“线损校正”区域“开始”按键，开始线损校正。对于一套辅助工装，校正数据只需测试一次即可，线损校正无需每次都进行。

图4 线损校正方案

2.2 虚假信号测试

如图6所示，“仪表设置”区域设置RF功率为需要测试的功率。频谱仪参数按图5中显示为默认设置，“自检控制”区域选择“工作”状态，“中频无虚假测试”区域设置“起始值”为最低测试频率，“终止值”为最高测试频率，“扫频步进”为射频信号扫描步进，“本振步进”为本振信号的扫描步进。点击“中频无虚假测试”区域“开始”，即可开始虚假信号测试。

图5 校正线损的交互界面

图6 虚假信号测试的交互界面

2.3 隔离度测试

如图7所示，“仪表设置”区域设置RF功率分别为待测功率，频谱仪参数按图中点击默认设置，“自检控制”区域选择“自检”状态，其他区域按图中显示为默认设置。设置频率码，频谱仪选择【Peak Search】，并将【Peak Search Continues】打开，选择【Marker】→【Delt】，“自检控制”区域选择“工作”状态，观测隔离度；同理分别设置其他频率码，用同样方法测试变频设备隔离度。

图7 隔离度测试的交互界面

2.4 平坦度校正测试

如图8所示，“仪表设置”区域设置RF功率为待测功率，频谱仪参数按图中显示为默认设置，“自检控制”区域选择“工作”状态，其他区域按图中显示为默认设置。频谱仪选择【Peak Search】，并将【Peak Search Continues】打开，选择【Marker】→【Delt】，依次在“中频校正”区域选择拖动进度条，即可观测并记录平坦度校正值。

图8 平坦度校正测试的交互界面

3 测试平台及配置

自动测试软件对应的硬件仪表，通过GPIB通信进行连接，并通过USB口最终连接至主控计算机。测试平台配置了开关矩阵，可以同时对多个变频设备进行电性能测试，极大地提高了测试效率。测试平台如图9所示。

图9 自动测试系统实物图

自动测试系统所需仪表及设备，见表1。自动测试系统采用开关矩阵进行扩展，可以进行多路变频设备的自动测试工作。

表1 自动测试系统所需仪表及设备

4 结束语

本文提出一种基于变频设备的自动测试系统，测试系统利用GPIB总线技术，将相关测试仪表连接成一个完成的测试平台。测试平台配置了开关矩阵，可以同时对多个变频设备进行电性能测试。该测试系统可以自动匹配不同仪表的控制指令，极大方便了测试平台的搭建，并且内置若干套测试方案，提升了测试效率，具有广泛的适用性。