相控陣接收組件自動測試平臺設計

鐘軍濤 習強

(中國電子科技集團公司第五十四研究所 河北 石家莊 050081)

相控陣接收組件自動測試平臺設計

鐘軍濤 習強

(中國電子科技集團公司第五十四研究所 河北 石家莊 050081)

分析了頻率掃描相控陣接收組件批量測試的工程需求，介紹了一種接收組件幅相一致性自動測試平臺的設計原理，包括總線接口、硬件組成及軟件設計流程等，在此基礎上開發了相控陣接收組件自動測試平臺，并在某多波束頻率掃描相控陣系統的測試中得到實際應用。應用結果表明，該測試平臺可以大幅提高接收組件幅相特性的測試效率和測試結果的準確性，適合在頻率掃描相控陣系統的測試中推廣使用。

頻率掃描相控陣幅相一致性自動測試平臺GPIB總線

1 引言

頻率掃描相控陣作為一種相控陣天線系統，目前在雷達、通信和測控等眾多領域的應用越來越廣，其波束指向靈活而且迅速，能夠實現多目標的快速電掃描，完成對多目標的同時搜索、識別、跟蹤和測量。頻掃相控陣的天線波束指向是工作頻率的函數[1]，是通過改變天線陣元之間的饋電頻率，間接達到改變陣元間的饋電相位的目的，從而實現天線波束指向隨頻率掃描。

頻率掃描相控陣對陣元的相位一致性要求較高，這是因為它不能像相位掃描相控陣那樣，通過移相器對陣元間的固有相位差進行補償。通常情況下，天線陣的陣元數量少則幾十、幾百，多則成千上萬，測試工作量異常龐大，若采用人工測試，不僅耗時長寄效率低，而且人為出錯的概率較高，已遠遠不能滿足相控陣系統的批量測試需求。自動測試平臺不僅可實現對頻率掃描接收組件幅相一致性的自動測試，而且可以對測試數據進行自動記錄、保存和判決。本測試平臺只需要操作人員給待測組件連接必要的測試電纜，測試系統將按照預定的程序流程控制相關儀器完成相應項目的測試，極大地提高了測試效率和測試結果的準確性。

2 需求分析

對頻率掃描接收組件幅相一致性進行批量測試的過程中，由于測試環節具有重復性的特點，因此，建立一套能進行重復性操作的自動測試平臺，對于相控陣系統來說顯得非常必要。自動測試具有很多優點：自動化的測試方法能顯著降低重復測試的時間，提高測試效率；降低人為出錯概率，提高測試結果的準確性；通過建立完備的循環測試流程，提高測試的覆蓋率。

根據頻率掃描相控陣接收組件測試的自身特點，本自動測試平臺需要實現以下基本功能：

①輸入功能：軟件界面設計應包含基本測試條件的輸入界面[2]，如待測組件序列號、測試頻段及測試標準門限；

②數據庫功能：測試系統應具備數據庫自動生成功能，數據庫用于記錄每次采集到的測試數據，同時將測試數據與產品序列號進行關聯，便于組件測試數據的查找和分析；

③儀器程控功能：程控功能的設計目標是通過軟件控制各個相關儀器設備協同工作，共同完成性能指標的測試；

④實時顯示功能：測試系統能夠在軟件界面中實時顯示當前測試的結果，同時具有中斷功能，方便操作人員隨時觀察測試結果的動態信息，出現問題后可中斷測試，對問題進行分析處理。

3 設計原理

3.1 總線接口設計

典型的自動測試平臺一般由總線接口、硬件設備和測試軟件3個部分組成。總線在自動測試系統負責儀器設備之間最基本的通信和數據交換任務，目前，應用最為廣泛的總線技術主要有GPIB、LAN、VXI和PXI總線等。

GPIB總線是惠普公司在60年代末和70年代初開發的一種通用儀器控制接口總線，是一種專門針對測試儀器程控操作的接口總線標準。基于GPIB總線的測試系統組建靈活方便，當前在所有總線系統中，GPIB總線的市場占有量最大[3]，國內外各大儀器制造商生產的各種測量儀器一般都提供GPIB接口。

GPIB接口采用數字化的24線并行結構，包括5條接口控制線，3條握手線，8條并行數據線和8條底線。傳輸速率最高可以達到1 Mbit/s；最多可支持14臺儀器同時與計算機互連；可以方便地實現星型組合和線型組合的互連方式[4,5]。

采用GPIB總線的自動測試系統，非常適合在測試任務量大、測試精度要求高及測試現場環境嚴酷的場合中應用。自動測試平臺采用基于GPIB總線的方案，計算機與測試儀器的連接采用線型組合的GPIB總線互連方式。系統中的每個設備，包括計算機都會分配一個GPIB地址[6]，地址可從0～30中選擇分配，計算機作為控者來控制總線，在總線上傳送儀器命令和進行數據交換。

3.2 硬件設計

測試平臺系統中，計算機通過GPIB卡和GPIB電纜將測試儀器依次串聯起來。射頻信號源經功分器分成兩路等幅等相的RF信號，分別送至基準組件和待測組件的射頻輸入端口；本振信號源同樣也經功分器分成兩路等幅等相的LO信號，分別送至兩路接收組件的本振輸入端口；基準組件和待測組件內部經過混頻后產生的中頻信號分別送至矢量網絡分析儀的2個測試端口。計算機控制矢網測量出兩路信號的相位差和幅度差。自動測試的硬件組成框圖如圖1所示。圖中連接用到的射頻電纜都必須進行嚴格配相，以確保不會給測試結果帶來額外的系統誤差。

圖1自動測試硬件組成框圖

3.3 軟件設計

測試軟件結合實際測試需求，分解成以下幾個基本流程：

①系統初試化：系統初始化的主要內容包括GPIB接口初始化、測試儀器設備地址的分配、儀器測試項目初始化及數據庫的建立；

④報警處理：檢查測試數據是否超出標準門限,并判斷是否需要進行報警。如果不需要報警處理，可略過此步驟；

⑦綜合分析：對測試數據結果進行綜合性判斷分析，判決待測組件幅相一致性是否滿足要求。軟件控制流程圖如圖2所示。

圖2軟件控制流程圖

4 系統設計及實現

測試平臺的儀器設備主要包括計算機、模擬信號源、矢量網絡分析儀和射頻分路器等。其中矢量網絡分析儀是實現本系統設計的重點部分，所采用的矢網需具備矢量電壓表測試模式，軟件的編程設計需要用到這一功能模式。同時，必須注意的是，需要給測試所用到的儀器統一提供10MHz參考源，以保證測試的穩定性和準確性。

圖3測試軟件主操作界面

自動測試軟件是整個測試系統的控制中樞，是各種測試方案和算法的載體，直接體現了測試系統的完備性、實用性和實時性。最終實現的軟件主操作界面如圖3所示。

系統的測試軟件是在VC++集成開發環境下設計完成，設計過程中充分考慮了接收組件的具體測試要求，為測試人員提供友好簡潔的人機交互界面，可顯示當前的測試進度，并根據需要在輔助界面顯示實時的測試結果。

5 結束語

從頻率掃描相控陣接收組件批量測試的實際工程需求出發，設計并實現了一套頻率掃描接收組件自動測試平臺。應用該測試平臺，可以對接收組件的幅相特性進行快速、高效和準確的測試。同時，該平臺還具有很好的可擴展性，通過引入開關矩陣及其他測試儀器，很容易擴展更多的測試項目。該自動測試平臺已成功應用于某多波束頻率掃描相控陣系統的測試中，且運行穩定、可靠，大幅地提高了接收組件幅相特性的測試效率和測試結果的準確性，并且對于其它自動測試平臺的研究,有一定的參考價值。

[1]郭燕昌,錢繼曾,黃富雄,等.相控陣和頻率掃描天線原理[M].北京：國防工業出版社,1978.

[2]徐承亮,劉沛秋.天線自動測試系統實施方案[J].數字通信, 2012(2)：85-87.

[3]曹成俊,張宏偉.自動測試系統中的總線技術[J].現代電子技術,2008(14)：159-163.

[4]趙會兵.虛擬儀器技術規范與系統集成[M].北京：清華大學出版社，2004.

[5]林毅,劉揚.基于GPIB總線的自動測試系統設計[J].計算機與網絡,2007,33(16)：42-44.

[6]李明,費相如.基于GPIB總線的移動臺自動測試系統解決方案[J].電信工程技術與標準化,2006(2)：43-46.

Design on Automatic Test Platform of Phased Array Receiving Components

ZHONG Jun-tao XI Qiang
(The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

This paper analyzes the engineering requirement of batch testing for frequency scanning phased array receiving components, introduces the design principles of automatic test platform with amplitude-phase consistency of receiving components,including bus interface,hardware components and software design flow.On this basis,this paper develops the automatic test platform of phased array receiving components,which is actually applied in the test of some multi-beam frequency scanning phased array system.The application results show that this test platform can greatly improve the test efficiency and accuracy of amplitude-phase characteristics of receiving components,and is suitable for application in the test of frequency scanning phased array system.

frequency scanning phased array;amplitude-phase consistency;automatic test platform;GPIB bus

TP27

A

1008-1739（2014）14-66-3

定稿日期：2014-06-26