一種自動DLVA測試系統設計

關明江，嚴厚偉

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

DLVA是檢波對數視頻放大器的簡稱。DLVA在規定的功率電平范圍內產生的輸出信號的電壓與輸入信號功率的對數成正比，它將輸入的寬動態范圍的輸入射頻信號功率壓縮成動態范圍足夠窄、易于處理的視頻信號。檢波對數視頻放大器一般用作一個幅度檢波器，因為其輸出電壓(mV)與輸入信號功率(dBm)成正比，這種幅度信息往往比線性檢波器更為實用。檢波對數視頻放大器輸入輸出關系曲線見圖1。

圖1 檢波對數視頻放大器輸入輸出關系曲線

檢波對數視頻放大器是高速、準確測量微波脈沖的關鍵部件。其通常用于雷達、電子戰設備中進行測向和功率檢測。例如在雷達告警接收機(RWR)、電子對抗(ECM)[1]和電子支援措施(ESM)接收機及大量測量儀器中[2]，通過對接收到的脈沖信號幅度的比較可以確定到達信號的到達角[3]。由于雷達和電子戰設備中DLVA用量龐大，對DLVA的測試時間長，數據記錄工作量大，對傳統人工測試DLVA提出了巨大的挑戰。

本文首先介紹了DLVA測試中測試時間長、記錄數據量大的幾個參數，又介紹了手動DLVA測試過程和該自動DLVA測試系統的硬件組成及工作原理、軟件編寫和測試過程，并通過實際測試驗證，證明了該系統確實是一種高效的測試系統。

1 DLVA參數介紹

任何器件都需要一定的參數來描述它的性能，對于DLVA也不例外，現就DLVA測試中測試時間長、記錄數據量大的幾個參數做如下介紹。

1.1 切線靈敏度

切線靈敏度指的是DLVA檢波電壓上的噪聲最小值與系統無輸入時噪聲最大值相切的時候，輸入信號的功率大小。因為噪聲是無規律的隨機波形，不可能準確測量，具有很強的主觀性。一個觀測者測量，是通過設定射頻輸入脈沖電平，使得視頻輸出脈沖幅度大于噪聲輸出幅度以便在示波器上觀察。

1.2 對數斜率

對數斜率是用來描述DLVA正常工作時輸入輸出關系的指標。對數斜率是指動態范圍內輸入(單位：dBm)與輸出(單位：mV)傳輸特性最佳擬合直線的斜率[4]，它表示系統正常工作時輸出電壓跟輸入功率的關系。在DLVA正常工作時，輸入功率每增加1 dB輸出電壓的增加值即為對數斜率。單位一般為mV / dB。通過測試DLVA在額定工作條件下所有頻點的輸入輸出值(輸入信號以對數形式表示，輸出信號以電壓形式表示)，根據測試結果繪制擬合曲線來得到DLVA的對數斜率。

1.3 動態范圍

DLVA檢波信號功率大于切線靈敏度，能保證正常工作的輸入信號功率范圍稱動態范圍。最小可檢測功率受基底噪聲的限制，最大能承受功率由系統非線性程度決定。有2種描述動態范圍的形式比較常見，一種是“線性動態范圍”，指的是產生1 dB壓縮時輸入信號的功率與靈敏度(或基底噪聲)之比[5]，多用于描述功放；另一種是“無雜散動態范圍”，指的是等于最小可檢測信號的三階互調產物的2個等電平輸入與基底噪聲之比，多用于描述低噪聲放大器或混頻器。

2 手動DLVA測試過程

本設計中，以對數斜率和切線靈敏度的測試為例，對DLVA的測試過程進行介紹。通常情況下，DLVA測試需要信號源、示波器、電源等。電源給DLVA工作提供所需要的電壓；信號源輸出信號連接到DLVA，作為DLVA的輸入；DLVA的輸出連接到示波器，通過示波器讀出DLVA模塊的輸出信號的幅度等。以2～8 GHz頻段的DLVA為例，假如DLVA的動態范圍為-58～-13 dBm，對數斜率進行測試。信號源輸出2 GHz時，先在信號源輸出功率為-58 dBm時，測試DLVA輸出到示波器信號的幅度，然后在信號源輸出功率為-13 dBm時，測試DLVA輸出到示波器的信號幅度，兩者幅度之差除以45即為DLVA在此頻點的對數斜率。按照技術指標的要求，以一定的頻率步進依次測試其它頻點的對數斜率。對正切靈敏度的測試如下：信號源輸出2 GHz的脈沖信號時，信號源的輸出信號功率從大于靈敏度的某功率開始按照1 dBm的步進依次減小，觀察DLVA輸出到示波器的信號，當觀察到示波器的脈沖信號正最大值和噪聲基底相切的時候，記錄下此時的信號源輸出信號功率，即為DLVA在2 GHz的正切靈敏度。按照技術指標的要求，以一定的頻率步進依次測試其它頻點的正切靈敏度。DLVA的動態范圍即為DLVA工作在圖1線性部分的輸入信號的范圍，即通過繪制DLVA的輸入輸出曲線，觀察DLVA輸入輸出曲線接近于線性部分的輸入信號的功率范圍。其它指標的測試也是類似的。

人工測試DLVA的測試連接圖如圖2所示。

圖2 人工DLVA測試連接圖

由于在雷達和電子戰設備中，DLVA數量大，人工測試每個DLVA并記錄數據的時間大致在20 min，且隨著測試時間延長，人員疲勞度增加，測試速度進一步降低。對于雷達和電子戰設備成百上千個DLVA而言，測試工作耗時耗力，記錄數據工作量大。

3 自動DLVA測試系統硬件組成和工作原理

自動DLVA測試裝置硬件主要由工控機、電源模塊、交換機、控制板、機箱組成，如圖3所示。其中主控機用軟件編寫程序，通過網絡方式連接控制板、信號源和示波器，通過輸出接口連接DLVA進行測試。控制板由先進的簡化指令計算機機器(ARM)、復雜可編程邏輯器件(CPLD)、網絡芯片和接口芯片等組成，控制板通過網絡接口接收主控機控制命令，輸出TTL信號給DLVA進行模式選擇，同時控制DLVA輸出接口多種電源通斷。信號源接收主控機控制命令，受主控機控制產生不同頻率和功率的信號提供給DLVA。示波器接收主控機控制命令，讀取DLVA輸出信號的峰值，并將結果回報給主控機。DLVA接收信號源提供的射頻信號及輸出接口提供的電源和控制信號，通過示波器測試輸出的中頻信號的幅度。

圖3 DLVA測試系統硬件組成框圖

4 自動DLVA測試系統顯控軟件

自動DLVA測試系統顯控軟件編寫采用Visual C++ 6.0實現，包含示波器的控制，信號源的控制，控制板的控制，電源通斷控制，DLVA數據的測試、計算和記錄，顯控界面如圖4所示。

圖4 DLVA測試系統軟件界面

控制板上ARM軟件編寫采用uVision V4.10，CPLD軟件編寫采用QuartusII 11.0。所有軟件編寫采用模塊化編程。

5 自動DLVA測試系統測試過程

自動DLVA測試連接圖如圖5所示。先按照圖5連接好DLVA自動測試系統和DLVA模塊、測試儀表等；再按照測試需求設置好信號源和示波器的IP地址等，方便網絡連接；然后打開工控機，在工控機上運行DLVA自動測試軟件；先進行頻段選擇，再依次點擊“連接示波器”、“連接信號源”和“電源開”按鍵；最后點擊“開始測試”按鈕，DLVA模塊即開始自動測試，此時顯控軟件實時顯示主控機的下發報文、接收報文和讀取到的DLVA輸出到示波器的信號幅度。通過顯控軟件控制信號源輸出信號給DLVA，示波器測試DLVA輸出信號的幅度，顯控軟件讀取示波器的測試結果，記錄信號源輸出信號的幅度，通過邏輯運算，計算出DLVA的指標，并標注出DLVA模塊指標是否合格。根據實際測試顯示，單個DLVA模塊的測試時間不超過3.5 min。

圖5 自動DLVA測試連接圖

測試結果如圖6所示。

圖6 自動DLVA測試結果

6 結束語

該自動DLVA測試系統可以極大地減小DLVA的測試時間，減少測試過程中人為的測試誤差，減少后期繁瑣的數據整理和數據計算工作，滿足越來越短的設備交付時間的需求。最后，如果該硬件設備配合其它軟件和硬件連接線，亦可以對其它多種微波器件進行測試。