K波段T/R組件自動測試系統設計與實現

蔣玉峰　丁志釗　吳家亮　中國電子科技集團公司第四十一研究所　266555

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K波段T/R組件自動測試系統設計與實現

蔣玉峰丁志釗吳家亮中國電子科技集團公司第四十一研究所266555

【文章摘要】

針對T/R組件測試參數多，復雜度高等特點，以某型雷達T/R組件為例，設計了一套針對多通道T/R組件的自動測試系統，重點闡述了測試儀器選型、大功率發(fā)射信號的調理方式和開關網絡的設計。該測試系統具有穩(wěn)定、高效、使用方便靈活的特點，能夠滿足T/R組件的測試需求。

【關鍵詞】

T/R組件；自動測試系統；大功率測試；開關網絡

0　引言

T/R組件是有源相控陣雷達中最核心、最關鍵的部件，而且配備的數量也非常多，一部雷達中通常有幾百個甚至更多T/R組件。T/ R組件的電氣性能參數多，測試的復雜度和精度要求也高、并且對重復性和一致性指標也提出了較為苛刻的要求。由此可見，T/R組件的測試工作量相當大，而且測試實現的難度非常高，同時要求測試人員具備極好的專業(yè)素養(yǎng)?；谝陨显颍罱ǜ咝蚀_的T/R組件自動測試系統就非常必要。

1　測試需求分析及方案設計

本文選取某型4通道K波段T/R組件作為被測件。此種T/R組件需要測試的參數較多，主要有發(fā)射/接收狀態(tài)雜波、帶內雜散、帶外抑制參數，噪聲系數，1dB壓縮點功率，發(fā)射/接收狀態(tài)端口駐波比、增益、增益平坦度和移相精度等網絡參數，脈沖上升沿、下降沿、過沖等波形參數。其T/R組件最大脈沖測量功率達10W，最大連續(xù)波測量功率達2W，噪聲系數測量準確度±0.3dB，被測件收發(fā)端口的駐波比小于1.4：1。對于發(fā)射輸出信號來說，必須先進行衰減/耦合處理后才能進行測試，但是發(fā)射輸出測試通道同時又是接收輸入通道，如果不能進行合理的收發(fā)分離勢必影響接收測試。因此，本系統設計的主要內容包括測試儀器選型、大功率發(fā)射信號的調理、開關網絡的設計和測試軟件的設計等。

1.1測試系統硬件方案

根據被測T/R組件所測參數和性能指標類型，T/R組件自動測試系統硬件主要包括信號發(fā)生器（提供激勵信號）、頻譜分析儀（測試雜波、雜散、帶外抑制參數）、矢量網絡分析儀（發(fā)射/接收狀態(tài)端口駐波比、增益、增益平坦度和移相精度等網絡參數）、示波器（測試脈沖上升沿、下降沿、過沖等波形參數）、噪聲系數分析儀、噪聲源（測試噪聲系數）、功率計（功率）、程控電源、開關網絡、T/R組件控制器、主控計算機、交換機以及相關連接附件等。

系統基于局域網（LAN），通過主控計算機可對任何可程控儀器進行訪問和控制。主控計算機與測試儀器、T/R組件控制器和開關網絡進行通訊，控制T/R組件的工作狀態(tài)和切換開關矩陣中的測試通道，完成系統控制指令下達、數據采集交換處理和最終的測試結果報表輸出等任務。在發(fā)射狀態(tài)下，信號發(fā)生器輸出激勵信號至被測件端口Ⅰ（發(fā)射輸入/接收輸出端口），被測件在狀態(tài)控制器的控制下于端口Ⅱ（發(fā)射輸出/接收輸入端口）處輸出大功率發(fā)射信號。輸出信號經開關網絡切換通道到達相應的測試儀器，分別得出相應的測試數據并反饋至計算機生成報表保存。在接收狀態(tài)下，端口Ⅱ作為輸入端口接收來自矢量網絡分析儀、信號源發(fā)生器和噪聲源的激勵信號，通過切換開關網絡，信號送至頻譜儀、噪聲儀和矢量網絡分析儀完成頻譜、噪聲系數和S參數的測試。

1.2大功率發(fā)射信號調理

由于測試儀表允許的最大功率限制，在發(fā)射狀態(tài)下，T/R模塊輸出的大功率發(fā)射信號是無法直接進行測試的。通常做法是在T/R組件發(fā)射的輸出端口接衰減器或定向耦合器，因為接收輸入通道和發(fā)射輸出通道的復用，若通道插損太大，雖能實現發(fā)射信號的測試，但在接收測試時，噪聲電平將低于噪聲儀的接收靈敏度，并且在測試接收輸入端口駐波比時，也會導致矢量網絡分析儀中的源泄露信號功率大于反射耦合信號功率，這都會導致這兩個指標無法測試。

為避免上述情況的發(fā)生，系統采用內置耦合器的方法，實現收發(fā)分離，發(fā)射狀態(tài)時開關切換至有耦合器的通路，將信號衰減至合理范圍后分別利用頻譜分析儀、峰值功率分析儀和矢量網絡分析儀完成頻譜、功率、S和波形參數的測試;接收狀態(tài)時將開關切換至無定向耦合器的通路，分別利用頻譜分析儀、矢量網絡分析儀和噪聲儀完成頻譜、噪聲系數和S參數的測試。

需要說明的是，將耦合器置于內部的前提是開關能夠承受發(fā)射輸出功率，否則必須采取其它的調理方式來實現收發(fā)分離。

1.3開關網絡方案

開關網絡是實現測試自動化的關鍵設備，主要用于完成測試通道的自動建立/斷開，而且更重要的是要實現收發(fā)信號的調理。

開關網絡內部由微波開關、耦合器、電纜、開關控制板、供電電源和接口轉接板等組成。為達到最好的通道插損及相位一致性指標，同時為使系統具備良好的擴展性，本系統的開關網絡將充分考慮可擴展性，目前可以實現6通道T/R組件的測試，可在當前開關網絡的基礎上進行測試規(guī)模的擴展。微波開關將選擇帶鎖存功能以減小電源功耗并內置負載方便隔離度指標的測試。

此外，對于噪聲系數的測試，由于開關網絡會引入一定的失配，定向耦合器、電纜等也會帶來較大的測試通道插入損耗，因此，我們建議如果利用該種方法，拋開開關網絡和定向耦合器直接進行噪聲系數的測試，雖然測試效率較低，但是測試精度會提高。不過開關網絡也會保留噪聲源和噪聲儀的連接端口而備用。

2　結束與展望

本系統以某型4通道K波段T/R組件為被測件，根據被測T/R組件所測參數和性能指標類型，選用通用測試儀器和軟件平臺，同時新研開關網絡搭建了多通道T/R組件自動測試系統。開關網絡的設計充分考慮了被測件的大功率發(fā)射特性以及良好的可擴展性，在一定程度上提高了系統的兼容性。實踐證明，系統關鍵指標噪聲系數測量準確度達到±0.25dB，被測件收發(fā)端口的駐波比小于1.35:1 ;該測試系統穩(wěn)定、可靠、高效，能夠滿足多通道T/R組件多參數的自動測試。

【參考文獻】

胡明春，周志鵬，嚴偉．相控陣雷達收發(fā)組件技術［M］．北京: 國防工業(yè)出版社，2010．7:273-274．

【作者簡介】

蔣玉峰，1988年12月生，助理工程師，主要研究方向為T/R組件自動測試系統方向。