TR组件自动测试系统设计

TR组件是有源相控阵雷达的核心部件，也是发展有源相控阵技术的关键。TR组件在批量生产时，数量大、测试指标多、待处理数据量庞大、组件控制信号繁琐，设计一套全自动TR组件测试系统，实现对大批量TR组件性能指标准确、快速、方便地测试，意义极其重大。在相控阵雷达研制和生产过程中，TR组件测试技术是影响产品研制、生产进度、产品质量以及成本的一项关键技术。TR组件自动测试系统涉及的技术很多，包括有微电子技术、微波测量技术、总线技术、数据库和自动化控制与管理等。本文在借鉴目前国内外已有的先进测试系统基础上，根据被测对象特点和测试系统要求，研究和设计TR组件自动测试系统。
1、系统组成
根据被测TR组件性能指标特点以及所要求的测量精度，除专用测试仪表外，所需硬件还包括TR组件控制器、开关矩阵、控制计算机、路由器以及连接附件，构建TR组件自动测试系统。
计算机通过串口给TR组件控制器发送指令，指令包含TR组件的工作通道、占空比、周期、衰减量、相移量等，TR组件控制器根据接收到的指令，控制TR组件工作在相应状态，并给计算机发送反馈报文，报告TR组件当前工作状况，实时显示TR组件工作电流，防止过流发生；同时计算机通过路由器与测量仪器进行通信，包括仪器参数设置、仪器校准和测量数据的读取；当选择对TR组件某个参数进行测试时，计算机给TR组件控制器发送指令，由TR组件控制器实现对开关矩阵的控制，导通所需测量通道。
发射通道脉冲S参数测试使用宽带法，由TR组件控制器产生所需同步脉冲信号；示波器测量脉冲参数需使用检波器；功率探头用于完成峰值功率测量，同时也用于网络分析仪的源功率校准。测量需要使用衰减器，集成到开关矩阵当中；接收通道测量噪声系数所用噪声源所需+28V直流电压由频谱分析仪后面板接口提供。
本测试系统所用仪器均带有LAN接口，计算机与各测量仪器设置相同的网关和DNS地址，通过LAN连接至路由器构成局域网。本系统使用LXI总线技术，以成熟的以太网技术应用到自动测试系统中，代替传统GPIB总线技术，提高数据传输速度，采用COM编程方式，大大降低了软件的复杂性，简化系统软件设计，提高了系统的兼容性、易用性、通用性和开放性。
2、关键参数测量原理
2.1脉冲S参数测量原理
发射通道工作在脉冲状态，脉冲S参数测试属于扫频测试，采用脉冲内取点方法，从起始频率开始，每隔一个扫描点测量一次数据，直到截止频率[1]。
脉冲S参数可使用宽带检波法和窄带检波法。当脉冲信号的主要频谱都落在网络分析仪接收机带宽内时，为宽带检波法。其优点是速度快，测试步骤简单，不会出现动态范围损失，缺点是IFBW若太宽则进入网络分析仪的噪声较大。
而当接收机带宽很窄以至仅滤出连续的载波分量（幅度存在减敏因子）时为窄带检波法，其缺点是测试速度较慢，且随着占空比的减小，测试动态范围将变小。两种方法测量精度相当，但宽带法速度比窄带法快至少快一个数量级。
2.2噪声系数测量原理
为减少测量仪器数量，本系统采用频谱仪测量噪声系数，相比噪声系数测量仪，频谱仪的测量精度稍差。
2.3脉冲波形测量原理
脉冲波形是指从第一额定状态出发，到达第二额定状态，最终又回到第一额定状态的一种波形。由于电路中不可避免地存在如分布电容、引线电感等寄生参量，且产生的电压或电流是非突变的，实际上不可能得到理想的矩形脉冲。
本测试系统需要测量上升时间、下降时间和脉冲顶降。
3、开关矩阵设计
开关矩阵用于控制测量仪器与被测件之间信号通断，设计原则[2]：
(1)选用具有开放商业标准的开关系统模块，便于开关矩阵选型和未来技术支持；(2)采用模块化可扩展的开关系统结构，便于扩大系统规模；(3)在能够满足移植、配置方便的前提下，减少备用扩展开关端口的数量，在高频信号（特别是微波信号）传输中，开路的开关通过杂散电容向邻近的信号通道耦合噪声，所以应该优化设计减少不必要的开关；(4)根据测试信号参数选择合适的开关种类。
本测试系统测量信号为微波信号，根据系统框图，设计得到开关矩阵结构。使用开关矩阵会对测量产生影响，其中需要对S参数和噪声系数测量结果进行修正，修正过程在测量软件中实现。
4、系统软件设计
本测试系统使用LXI总线技术，所用仪器均带有LAN接口，通过路由器把各仪器连接起来组成一个局域网，使用COM编程方式实现PC机与仪器之间的通信。
本测试系统使用VB语言进行编程设计，系统软件平台包括以下功能：
4.1测试系统校准
支持仪器设备自校准、测试资源计量与校准处理，能够进行补偿数据的获取，允许用户对修正数据进行管理。
4.2测试任务执行
可以根据需要选择测量参数。
4.3数据分析处理
提供信息查询、数据处理、统计分析、报表输出与报表打印等功能。
4.4系统维护功能
提供测试程序信息维护、软件平台配置、数据库信息管理、用户权限管理、数据源管理与软件升级等通用功能，能够实现对系统的管理配置。根据功能的不同，整个软件设计划分为系统构建、测试参数选择、系统校准补偿，数据处理四大部分。
5、结语
本测试系统利用频谱分析仪测量噪声系数，整个系统只有1个工位，操作简单，完成1个TR组件全部参数的测量不超过10分钟，且测量数据存储、测量结果显示及指标合格判定全部自动化，极大提高效率。相比目前国内外同类系统，本系统只需5台测量仪器，系统构建简单，适合升级换代，通用性强，且自制设备较多，如电源、TR组件控制器、开关矩阵、测试工装和连接设备等，大大降低系统设计成本。