一種多路DBF 接收機的自動測試系統研究

莫 驪

(中國電子科技集團公司第三十八研究所，合肥 230088)

0 引言

數字波束形成(DBF）是天線波束形成原理與數字信號處理技術相結合的產物，廣泛應用于陣列信號處理領域。DBF 體制對接收機的設計提出了非常高的要求，波束形成前采用了多達幾十路接收機，要求多路接收機具有良好的幅相穩定性和一致性，解決其測試性是設計DBF 接收機設計不容忽視的技術關鍵。

1 DBF 接收機的指標

DBF 接收機的測試指標繁多，并且有的指標涉及到多通道間的相對測試。

1.1 噪聲系數

噪聲系數指的是接收機輸入端信號噪聲比與輸出端信號噪聲比的比值，其好壞影響到接收機的靈敏度，通常用噪聲測試儀測試。

1.2 動態范圍

接收機瞬時動態范圍定義為接收機臨界靈敏度輸入信號功率與使接收機增益產生1dB 壓縮時的輸入信號功率之比。

1.3 鏡像抑制

存在鏡像頻率是超外差式接收機特有的現象。鏡像抑制指的是接收機的輸入端分別輸入信號頻率和鏡像頻率時輸出功率之比，反映了接收機的抗干擾能力。

1.4 通道間隔離度

多路接收機之間的隔離度是影響波束形成精度的重要指標，指的是多路接收機組成系統后當一路接收機加上輸入信號時該接收機輸出功率同其他路接收機因泄露產生的輸出功率比值。

1.5 接收機帶內增益起伏和接收機之間增益起伏

帶內增益起伏是指接收機工作頻段內增益的變化，接收機之間增益起伏是指多路接收機之間在同一工作頻率點增益的起伏。

1.6 接收機幅度、相位穩定性

接收機的幅相穩定性是指在一個環境溫度條件下接收機之間的幅度、相位隨時間變化情況。對于DBF體制的雷達來說，多通道接收機的幅相穩定性和一致性是至關重要的，其好壞不但影響數字波束形成的副瓣電平，而且影響波束指向精度。

通常接收機的射頻工作帶寬為幾百兆，頻率間隔僅幾兆赫茲，工作帶寬內多達幾十個測試點。如果用傳統的測試方式，射頻激勵、本振激勵和中頻響應三方都需人工依次操作來完成測量設置，測量時間長，工作效率低，不能滿足多通道DBF 接收機的研制要求。基于這種情況，開發研制了一套DBF 接收機自動測試系統。

2 系統的硬件組成

DBF 接收機自動測試系統可以完成以上所有指標的自動測試，并且將測試結果以Excel 表格的形式儲存在電腦中。其主要硬件組成如下:

(1）一臺噪聲測試儀:用于測試噪聲系數;

(2）一臺矢網:用于測試除噪聲系數以外的其他指標;

(3）兩臺信號源:分別產生DBF 接收機所需的一本振和二本振信號;

(4）一臺計算機:作為主控計算機，給自動測試適配網絡發出開關指令以及控制自動測試系統完成所有測試;

(5）一臺自動測試適配網絡。

自動連接關系如圖1所示。

圖1 自動測試系統連接關系

2.1 自動測試適配網絡

自動測試適配網絡是為解決多通道DBF 接收機的測試而專門研發的一款測試設備，一次可以同時測七個接收機的指標，另外有一路接收機為這七路接收機測試相位提供參考。儀表的射頻激勵通過一個一分二功分器分別送給適配網絡的回波端口和回波參考端口:回波參考送給參考接收機的射頻端，回波端口通過一個射頻單刀8 擲開關分別送給被測接收機的射頻端。一本振和二本振信號由信號源產生，通過兩個功分網絡分別送給所有接收機的本振端口。被測接收機的中頻輸出通過一個中頻單刀8 擲開關送到矢網的Port2 端口，參考接收機的中頻輸出送到矢網的Port3端口。射頻和中頻開關的控制信號由主控計算機送出。

2.2 矢量網絡分析儀、噪聲測試儀和信號源

矢量網絡分析儀是測試儀表，可以測試除噪聲系數以外的所有指標。選用安立公司的MS4623B，是一臺具有全面測量功能的矢網，主要用于微電子器件或組件的S 參數準確測量，在6 GHz 以下通信產品研制領域應用廣泛。它所具備的多源模式和內置三端口，使變頻器件的測試便捷、高效，很適合于測試DBF 接收機。

信號源提供DBF 接收機工作所需的一本振和二本振。矢網和信號源之間的連接關系如下:

(1）將信號源的10 MHz 參考輸出連接至矢網的參考輸入;

(2）將信號源的IEEE488.2 接口連接至矢網的第二IEEE488.2 接口;

(3）將矢網Port 1 作為射頻激勵信號輸出端，連接至被測變頻器件的RF 輸入端;

(4）將矢網Port 2 作為被測接收機的中頻響應輸入端，連接至被測變頻器件的IF 輸出端。

(5）將矢網Port 3 作為參考接收機的中頻響應輸入端，連接至被測變頻器件的IF 輸出端。

(6）將第一信號源作為一本振輸出端，連接至被測接收機的LO1 輸入端;

(7）將第二信號源作為二本振輸出端，連接至被測接收機的LO2 輸入端;

在這里，需要用到該矢網的多源模式。多源模式是一項強大的功能，它提供對內部信號源、外部信號源和接收機的頻率掃描進行任意控制。矢網的多源模式設置界面如圖2所示。

圖2 矢網多源模式設置界面

依次按鍵CONFIG/MULTIPLE SOURCE/DEFINE BANDS 進入如圖2所示的多源模式定義界面，將系統多源模式定義如下，定義好后打開多源模式。

Define Band 1:2.3～2.5 GHz

Source1=(1/1）*(f+0.000000 MHz）

Source2=(1/1）*(f+0.000000 MHz）

Source3=(1/1）*(f+430.000000 MHz）

Source4=(1/1）*(440.000000 MHzC.W.）

Receiver=(1/1）*(10.000000 MHz C.W.）

其中，Source3和Source4分別通過設置不同GPIB 地址來實現對兩臺外接信號源的控制。通過儀表的10 MHz 參考輸出和IEEE488.2 接口之間的連接，使外接信號源的輸出頻率與矢網的射頻激勵輸出頻率同步掃描，完成對接收機的測試。

噪聲測試儀的連接方式與矢網類似，用于測試DBF 接收機的噪聲系數。

2.3 主控計算機

主控計算機是本自動測試系統的指揮中心，通過它發出各種指令，對儀表、接口卡、開關網絡等進行程控才能完成所有指標的測試，并且完成測試數據的處理和儲存。

3 DBF 接收機測試

如圖3所示，連接好自動測試系統，對DBF 接收機進行測試，每組可同時測7個接收機。每路接收機的測試圖顯示在矢網或噪聲系數測試儀上。測試結果由軟件控制自動以Excel 表格形式存儲到主控計算機中。

圖3 接收機測試結果顯示

測試增益起伏、幅度相位、鏡像抑制、隔離度等指標時，均使用矢網的頻率掃描模式，可以直觀地看出在工作頻段內接收機的輸出幅度和相位信息。而動態范圍測試則使用矢網的功率掃描模式，固定某一工作頻點，設定矢網輸出功率在一個范圍內變化。矢網的顯示界面顯示的是接收機的輸出功率隨著輸入功率變化而變化的結果。從測試圖中可以觀察出，當輸入功率較低時，輸出功率還是線性變化的;隨著輸入功率的增加，輸出功率增加值越來越小，當輸出功率的增加值比輸入功率增加值低1 dB時，即可測出1 dB 壓縮點，此時接收機的輸入功率與靈敏度之差即為動態范圍。

測試結果以Excel 表格形式存儲后，可以轉化為圖形直觀地看出各項指標范圍。圖4 是DBF 接收機的測試數據圖形顯示。從測試數據看出，自動測試系統在相同的硬件設置下可以很方便地測量DBF 接收機的諸多性能參數，解決了多通道DBF 接收機測試的問題。

圖4 多路DBF 接收機測試圖形

4 結束語

自動測試系統在計算機、測試儀表、控制接口、適配網絡等配合下可以完成多路DBF 接收機的幅相穩定性和一致性、隔離度及接收機增益和噪聲系數等技術參數的自動測試，目前已廣泛應用于多個型號DBF接收機的測試中，省時省力，測試精度高，取得了良好的效果，值得推廣。

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