毫米波探測器室內測試系統設計

馬勇++譚紅芳++肖韻

摘要 毫米波探測器由于工作環境的獨特，背景環境的影響，靜動態的區別以及安全性等，除了極少數必需的破壞性試驗以外，絕大多數測試都要求滿足安全的前提下進行無損檢測，這就注定了毫米波探測器測試系統的復雜化、非標化。本系統基于Visual C++開發平臺，運用GPIB接口總線實現工控機與各臺儀器間的通訊控制，設計了專用的測試夾具，可實現4個毫米波探測器印制板（和整機）的批量自動測試。該系統實現了測試數據表格化、測試通路校準數據管理化，可大大提高工作效率。

關鍵詞 毫米波探測器；自動測試系統；批量測試

中圖分類號 TP2

文獻標識碼 A

文章編號2095-6363（2015）10-002卜02

毫米波探測器作為毫米波近炸引信的重要關鍵部件之一，它的技術指標的測試，貫穿于近炸引信的研制、生產和維護等階段，直接影響到整個武器系統的最終效能。近炸引信屬于消耗品，數量巨大，不但在研制、生產過程中需要對毫米波探測器進行測試，甚至要求經過長達10～15年的存儲后，各項指標仍能符合設計要求。這都需要對毫米波探測器進行定期測試，這將會耗費大量的人力資源，而人力成本高，花費較大。本文測試對象為未安裝天線罩的毫米波探測器，所需測試項目繁多，采取傳統人工測試，需要卜3名人員同時操縱3～5臺測試儀器，需要耗時大約二十多分鐘。探測器的接口為波導，測試人員頻繁拆卸測試電纜、接連器，費時耗力。如果人員誤操作，將會導致毫米波探測器、甚至測試儀器設備不必要毀壞的可怕后果。因此設計毫米波探測器室內測試系統（簡稱室內測試系統）是十分必要的。

本文針對未安裝天線罩的毫米波探測器的批量測試，研發了本系統專用測試夾具，設計了毫米波探測器室內測試系統。此系統基于軟件平臺：VisualC++，采用GPIB （IEEE488.2）總線方式，實現測試儀器、測試夾具與工控機的相互通訊，成功一次完成4個同類型探測器印制板（和整機）的測試要求。充分運用了計算機強大的數據處理能力，從而實現測試項目可視化、測試數據表格化。對比傳統靠人員參與測試，此探測器室內測試系統能充分確保測試數據準確可靠，工作效率大大提高。

1 系統總體設計

毫米波探測器室內測試系統的設計是為了實現毫米波探測器印制板（和整機）的批量測試的目的。該測試系統能一次完成4個同型號的印制板（調試時）和4個同型號的整機（調試時和驗收時灌封后）的技術指標測試。印制板技術指標如下：調制頻率測試、供電電流、供電電壓和門限電平測試。整機技術指標如下：供電電壓、供電電流、輻射功率測試、工作頻率和占用帶寬測試、接收增益測試。

毫米波探測器室內測試系統主要由1.6米機柜、信號調理箱、天線夾具、印制板夾具和測試電纜組成，系統組成框圖見圖1所示。各臺測試儀表、工控機一同組成柜機，測試信號通路通過信號調理箱的調理切換，在工控機的控制下經測試電纜和測試夾具相連，完成待測探測器產品（DUT）和各測試儀器的連接。工控機通過GPIB總線控制儀器設備為被測探測器提供激勵，測量其輸出信號，實現一次對4個同型號探測器的自動化測試。在面對不同型號的待測探測器產品時，只要更換相應的測試夾具并在軟件上作出相應調整即可適應測試需求。

2 關鍵技術

2.1 毫米波信號調理箱設計原理

毫米波探測器室內測試系統設計關鍵在于毫米波信號調理箱的搭建，此調理箱能提供射頻鏈路的路程切換，提供4個被測整機靈活安裝的測試平臺，基本原理如圖2所示。

為實現批量自動測試，減少重復更換測試電纜，系統需考慮采用程控開關來完成射頻鏈路的切換及加電的選通功能。在構建系統的射頻鏈路時，由于探測器工作在Ka波段。考慮功率的損耗要控制在較小的范圍，波導開關具有駐波小，插損小的優點，且能由工控機控制，故射頻鏈路的路程切換選用波導開關來完成。本設計的射頻鏈路故由整機UUT、波道線、波道開關、測試電纜、微波儀器組成，如圖2所示。波道線均工作在Ka波段，承受功率可達1W。

2.2 毫米波鏈路損耗補償技術

毫米波通道功率損耗的補償是本方案的關鍵設計點之一。功率損耗的補償可以利用機柜里現有的功率計和信號源組合的方式進行測量。但此測試方法操作繁復，需要更換測試電纜，而矢量網絡分析儀操作簡單，在測試中不需要多次更換測試電纜，測試速度快，準確率高，故采用矢量網絡分析儀對毫米波通道功率損耗值進行直接測試。根據室內測試系統軟件提示，使用者連接測試電纜，利用矢量網絡分析儀的插損測試功能，自動測試毫米波鏈路的通道插損，并自動導入系統的校準數據庫中。在測試過程中，室內測試系統軟件會自動加上校準數據庫中的毫米波鏈路損耗值，達到修正輸出功率測試值的目的。

2.3 占用帶寬測試技術

占用帶寬測試是毫米波探測器必不可少的關鍵指標之一。為了使測試系統最合理、最優化，我們選用微波信號源與頻譜分析儀相結合的方式進行測試。但是，在系統測試過程中，頻譜分析儀參數設置的不同也可能會帶來不同的測試結果，如掃頻寬度Span的設置、輸入衰減器的設置、中頻帶寬（IF）的設置、分辨率帶寬RBW的設置以及視在帶寬VBW的設置都可能對測試結果產生影響。因此我們經過大量理論分析及反復試驗，合理配置頻譜分析器的設置參數，找尋最佳測試方法。

首先，我們將掃頻寬度Span設置在合理范圍內，利用MARK-min的功能，找到此頻段中功率值最小的頻點fo，記錄功率值Lo。然后，將掃頻寬度Span的設置值適當變大。同時利用MARK-delta功能，找到頻點fmin左右兩側比L。功率值低6dB的兩個頻點，記為fz、fy。兩頻點的相差值即為占用帶寬。

2.4 軟件自動測試設計技術

毫米波探測器室內測試系統軟件工作流程見圖3。1）啟動毫米波探測器室內測試系統程序后，使用者進入系統應用層，系統將會根據使用者權限對軟件進行初始化工作。2）提示使用者根據不同的被測對象選擇適當的測試項目，系統自動裝載毫米波探測器測試所需的全部程序。3）系統自動執行選中的測試程序，自動記錄測試結果。4）系統保存本次測試結果，退出測試。

3 結束語

通過以上設計，可以實現毫米波探測器的批量測試，能夠滿足裝備現場聯試及自動化測試系統的需求、實現生產線批量測試，減輕操作人員工作量，大大提高安全性和工作效率，保證測試結果的準確性、可靠性。