多通道T/R組件自動化測試技術

周 凱， 張忠元， 蘇 坪， 劉克強

(1. 上海無線電設備研究所， 上海 200090； 2.空軍軍械通用裝備軍事代表局， 北京 100166)

0 引言

T/R組件是相控陣導引頭中核心的微波組件之一，其性能直接決定導引頭整機性能的優劣[1]。通常情況下，一套相控陣導引頭中往往有成百上千個天線單元，每個天線單元下連接著一個T/R組件的接收和發射通道。

T/R組件測試指標包括收發隔離度、駐波系數、衰減精度、移相精度、寄生調相、寄生調幅、1 dB壓縮點、噪聲系數、發射功率、雜散、頂降、效率等，單個通道的自動化測試技術已經實現[2]。但是該技術不能進行測試儀器的自動切換，在面對多通道T/R組件的測量時，需要工人干預替換T/R組件通道和測試儀器，增加測試時間和人工操作量。通過射頻開關網絡可以自動切換測試儀器和測試通道，實現多通道組件的自動化測量。

GPIB總線是計算機和測試儀器之間常見的接口之一，使用這種總線可以設計出一套自動化測試系統[2-3]。但是GPIB總線通常數據的傳輸速度為1 MB/s，在面對T/R組件測試產生的大量數據時，會產生延遲傳輸效應，是提高測試速度的瓶頸之一。百兆網絡端口的數據傳輸速度可達10 MB/s，可以有效解決這個問題。

1 測試技術的原理

多通道T/R組件自動測試技術框圖如圖1所示，包括工控計算機、網絡交換機、頻譜分析儀(帶噪聲模塊)、矢網、峰值功率計、信號發生器、直流穩壓電源、開關網絡和FPGA(可編程邏輯陣列)測試板。其工作原理：工控計算機通過網絡交換機控制開關網絡切換T/R組件測試通道和測試指標，網絡交換機實現工控計算機和測試儀器的連接，開關網絡實現T/R組件和測試儀器射頻信號的切換。

工控計算機和測試儀器通過一臺網絡交換機進行數據交換，測試儀器的控制端口支持VISA標準[4]，計算機和測試儀器之間通過VISA庫函數進行通信。

(1) 工控計算機軟件界面的編寫

工控計算機的操作系統平臺是Windows XP，使用MFC進行工控計算機軟件界面的編寫。Windows XP和MFC都是較成熟的軟件，可以參考的資料較多，能快速開發出一款可用的軟件。為了操作界面的美觀和改善使用體驗，選用NI的Measurement Studio進行控件開發。在軟件界面上，核心的顯示由一個CListCtrl類的表格完成，包括接收和發射指標，由于不能保證每條組件的指標都達到要求，因此需要對不達標的指標進行分層顯示。CListCtrl類不能針對表格中的某一行進行顏色顯示，為此，利用ON_CUSTOMDRAW消息開發一個CListCtrl類的派生類，使用該派生類實現了數據表格的分層顯示，方便測試人員使用。

(2) 開關網絡

開關網絡連接各測試儀器的射頻信號口，其內部開關連接圖如圖2所示。

各測試儀器的射頻端口通過射頻電纜連接到開關網絡。端口I連接矢網端口1作為接收幅相測試的輸出端口，同時連接信號發生器，作為發射功率測試的輸入端口。端口II連接矢網端口2作為接收幅相測試的輸入端口，同時連接功率計，作為發射功率測試的輸出端口。參考圖1的技術框圖，工控計算機通過網絡交換機發送命令控制開關網絡的連接狀態，達到自動切換測量通道和參數的目的。

開關網絡通過切換繼電器改變內部射頻信號的連接，由于各個繼電器射頻指標不完全一致，為保證測試準確性，需要對每個通道分別進行校準，將每個通道的校準數據保存下來，測試的時候再分別調取每個通道的校準數據。

(3) 控制信號

T/R組件工作所需的控制時序，如圖3所示。SEL信號控制組件通道選通，組件內串并轉換芯片將串行的DATA數據轉換成并行數據，待鎖存信號DARY來到后將緩存的數據傳遞給衰減器和移相器，控制組件的衰減和移相狀態，T_R信號則控制組件接收和發射狀態切換。

FPGA測試板能產生多路并行信號，Verilog代碼中狀態機共有4個狀態，分別是初態、通道等待態、數據刷新態和停止態。其中,通道等待態為12個時鐘周期，數據刷新態刷新每個通道DATA信號，待刷新完成后進入停止態，經過2 000個時鐘周期，狀態機將再次進入初態，以此循環，更新組件的衰減和移相狀態。

(4) 數據保存和生成報表

使用VISA庫函數可以從測試儀器讀取測試數據到工控計算機上，通過SpreadSheet類將測試數據生成Excel表格并保存在計算機里。調用LabView程序讀取Excel數據將各測試數據生成Word表格，形成測試報表。

2 測試技術的實現

(1) 使用VISA函數庫連接測試儀器

參考是徳科技的各測量儀器用戶編程手冊[6-9]，可以控制儀器的操作。以矢網連接為例，在對話框添加代碼#pragma comment(lib, “visa32.lib”)，編譯VISA函數庫，建立ViSession類型變量N5 222 A，添加ViOpen(defaultRM,”TCPIP::169.254.66.225::inst0::INTR”,VI_NULL,VI_NULL,&N5 222 A) 代碼，其中”169.254.66.225”是矢網的IP地址，運行后變量N5 222 A的值變為1，該值非零則表示連接成功。其它儀器同樣遵循VISA標準，連接方式類似。相比用GPIB協議連接儀器，網絡端口的數據傳輸速度可以更快。

(2) 測試指標可視化顯示

Measurement Studio插件可用來開發通道選擇、測試等控件，使用不同顏色表示控件不同狀態，使得測試界面簡潔明了。指標顯示由一個CListCtrl類的表格完成，針對CListCtrl類不能更改表格中某一行的顏色，利用ON_CUSTOMDRAW消息開發一個CListCtrl類的派生類，當某一條測試指標沒有達到要求時，該條指標會改變顏色，如表1所示，其中f0表示測試中心頻率。

表1 指標顯示表格

沒有達到要求的指標所在行變成灰色，達到測試要求的指標則不變，方便測試人員辨別。

(3) 校準12通道并保存校準數據

開關網絡端口I連接端口II，程序控制矢量網絡分析儀完成校準，校準數據保存在儀器內，依次完成12個通道的校準。測試時，調取相應通道的校準文件，完成測試。

(4) 控制信號的仿真和測量

依照1.4節所示的T/R組件工作時序， 使用Verilog編寫代碼并對其進行仿真，可以看到波形完全滿足圖3中時序要求。以其中DATA信號為例，利用示波器測量測試板控制口輸出波形，如圖4所示，符合設計要求。

3 多通道T/R組件的測試

使用多通道TR組件自動測試技術測試了一條12通道組件的發射，并與人工替換通道測試對比，其測試時間和人工操作量如表2所示。

表2 發射測試對比

由表中可以看出，使用該測試技術平均可節約57%的測試時間，使人工操作次數從12次降低到1次，減少了人為因素引起的測試誤差，提高測試效率。

4 結論

本文介紹了一種多通道T/R組件自動化測試技術。通過網絡交換機和開關網絡實現了T/R組件通道和測試指標的自動切換，實現了測試數據較快的傳輸，測試指標在計算機上可視且容易辨別。利用本測試技術可以節約57%的測試時間。