應用于專用測試設備的接口單元技術

沈智

摘 要：微波技術是當代社會重要的技術手段，由于通信行業的井噴式發展和射頻產品的大批量生產，在專用測試設備的接口單元中，儀器和被測件間的信號路由大量采用微波射頻開關和同軸開關來實現。文章主要利用微波傳輸理論中有關網絡傳輸系統中被測信號與負載的阻抗匹配原理，確認被測模塊特征及其待測參數，選用適用的微波同軸開關，研制出應用于專用測試設備的基于單片機的接口單元，并采用同軸開關器件裝配成實物，在專用測試設備進行檢定校準測試工作條件下完成射頻信號的路由、切換，完成專業測試設備的測試。

關鍵詞：接口單元；同軸開關；開關矩陣

1 接口單元中的同軸開關矩陣概述

同軸開關矩陣由接口單元中的單片機控制板控制，整個專用測試設備還包括實時頻譜分析儀、示波器、工控機、電源模塊等，專用測試設備的接口類型復雜。同時，被測信號除了定頻信號，還有跳頻信號。將各類被測信號、測量儀器與專用測試設備全部與接口單元相連，通過接口單元，快速切換路由實現所需要的測量的鏈路模式。同時，接口單元由工業級計算機（工控機）進行串口RS232控制，執行校準測試軟件，達到自動化檢測的目的，極大地提高了檢測速度。

2 接口單元的設計原則和思路

專用測試設備中，校準測繪工作會遇到的問題包括復雜的專用測試設備，不同的被測單元含有大量的不同類別的被測信號，不同的專用測試設備有著不同的參數指標[1]，如何合理地配置相對應的儀器儀表資源和采用哪一種測試方法，這些問題既存在于時域又存在于頻域，不但包括了信號的幅度，而且包括了信號的有調制信息以及相位信息，一個完整的接口單元具有下列功能。

（1）與被測專用測試設備的電源和控制信號相連的系統，與被測專用測試設備檢定過程中所需的可編程控制信號的傳輸接口，包括半鋼半柔同軸微波電纜，微波射頻連接器和開關繼電器。

（2）射頻信號的路徑，信號路由要經過各類射頻同軸器件，射頻同軸器件一般包含了功分器器件，混頻器，同軸衰減器和同軸微波開關等，還有各類用于匹配電平的匹配負載。

（3）射頻信號頻率的切換功能，包括：上變頻、下變頻、FPGA變頻、檢波器、倍頻、分頻等，也包含有各類參考源信號和本振信號。

（4）與被測檢測裝置連接的適配裝置和接口電路。

（5）內嵌式控制CPU，本設計中采用的是8051單片機。

3 接口單元總體設計與同軸開關矩陣功能實現

本文用于專用測試設備的接口單元檢定，被測時的信號流走向為：射頻信號源的信號首先經過前面板的N型接頭和BNC接頭等，然后經過各類衰減器以及同軸開關矩陣，通過一連串的信號流通道，到達接口單元后面的輸出口，再連接到被測信號端[2]。各種被測的射頻信號會通過同軸開關進行射頻路由，經過同軸開關、底板繼電器控制，選擇切換模式，從而將輸入的射頻信號送到專用測試設備的輸出口，整個接口單元是由多路輸出，多路輸入的通道，經過射頻開關組的自由組合切換，將每一路的輸入信號路由至相對應的輸出通道，將被測信號輸入與輸出相聯通，從而進行對專用測試設備的檢測。

接口單元中同軸開關的控制設計采用的是單片機控制繼電器通斷，從而產生同軸開關控制所需要的5 V電壓，通過編程達到自動切換設計。

4 接口單元網絡衰減的測量

接口單元任何無線通信輸出信號和輸入信號以及負載之間都不可能做到100%的匹配，信號的反射在為專用測試設備接口單元中是普遍存在的。一個信號傳輸包括負載和源的傳輸電路，我們一般定義單個參考面上的源反射系數為ΓL，負載反射系數為Γg。無線微波信號在信號源和負載之間來回反射，最終進入負載的信號波幅為b2'。有以下關系成立，其中bg是信號源輸出信號波幅度：

其中B為整個專用測試設備接口單元的衰減。衰減定義的是負載和輸入信號源完全匹配的條件下，專用測試設備接口單元的插入損耗，是專用測試設備接口單元自身的固有傳輸指標[3]，本項目中，整個接口單元的衰減量是使用網絡分析儀來測量的，所測得的S21參數是被測網絡和附加在的校準網絡上的整個專用測試設備接口單元自身的傳輸通道的插損。

5 結語

本文研制了一套應用于此專用測試設備的接口單元，給被測信號提供了對應的切換路由、合分電路、信號幅度調節等功能，可以把各種專用測試信號，通過繼電器程控的方式，將其信號按照配置需求切換到任意被測專用測試設備的輸入口。把所有被測專用測試設備的輸出信號通過同軸開關自動切換到相應的校準儀器儀表資源上。也可以實現輸入輸出通道的自回路狀態，讓通用儀器對相對應的接口進行自校準工作，再利用校準軟件對相應的通道提供數據的補償[4]，極大地提高了校準的準確率，降低了在測試過程中由于人工操作造成的誤差，節省了測試時間，提高了儀器儀表資源的利用率。希望本文能夠提供參考和借鑒給有專用測試設備接口單元設計需求的相關人員，并希望看到對此類專用測試設備接口單元的改進和優化。

[參考文獻]

[1]NEIL F.RF microwave switch considerations[C].Salt Lake：Autotestcon，2008.

[2]Keithley公司.開關手冊.Keithley自動校準裝置信號切換指南[Z].5版.Keithley公司，2006.

[3]廖承恩.微波技術基礎[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007.

[4]李作寬，劉玉平.測量不確定度的評定及其應用[C].青島：計量測試學術年會，1997.