一種多功能變頻設備自動測試系統

馬 珂，袁正昊

（1.海軍裝備部駐揚州地區軍代室，江蘇 揚州 225001；2.揚州海科電子科技有限公司，江蘇 揚州 225001）

變頻設備是接收系統中的核心組成部分，變頻設備包括接收和發射2個部分。接收部分基本工作原理是將天線系統接收到的射頻信號與本地生成的本振信號進行混頻，將頻率較高的射頻信號轉換到頻率較低的中頻信號，中頻信號可以提供給后級的數字接收機進行信號處理。發射部分基本工作原理是將本地的基帶信號與本地生成的本振信號進行混頻，將頻率較低的基帶信號轉換到頻率較高的射頻信號，射頻信號通過天線系統向外界發射。

近年來，隨著變頻設備內部單元數量的增加，對于變頻設備的測試成了一個較為關鍵的研究方向。寬帶變頻設備一般涉及到兩路本振信號，一路本振信號為掃頻信號，另一路為固定本振信號。其輸入信號為多路射頻輸入信號，以及單路或多路中頻輸出信號。測試變頻設備的時候，需要對掃頻本振信號根據頻率控制碼與輸入的射頻信號進行同步，以得到正確的中頻信號；如果涉及到掃頻測試，那么單路變頻通道的測試量將是一個M*N的矩陣，其中M是射頻的測試點數，N是掃頻本振的測試點數。傳統的測試方法是采用人工的方法去設定儀表，手動記錄每個組合頻點的測試結果。隨著帶寬的增加、步進的變細，M*N將以平方的量級迅速增加，帶來的測試工作量也隨之迅速增加，若采用傳統的手動測試方法，其測試時間將非常巨大[1-2]。

本文提出一種基于變頻設備的自動測試系統，測試系統利用GPIB總線技術，將測試儀表連接成一個完整的測試平臺[3-4]。使用該測試系統時，操作工程師只需將待測變頻設備接入測試系統中，在主控計算機交互界面設置好對應測試方案及相應參數，測試工作將由自動測試系統自動進行，最終生成完整的測試報告。實際運行結果顯示，該測試系統可以自動匹配不同儀表的控制指令，極大方便了測試平臺的搭建，并且內置若干套測試方案，具有廣泛的測試適用性。

1 測試系統軟硬件構成

GPIB為通用交互總線（General-Purpose Interface Bus）的簡稱，該技術適用于大規模自動測試系統。GPIB技術具有使用簡便、兼容性好、傳輸速度快的優點，在大規模多通道測試系統中得到普遍的應用?；贕PIB總線技術配置的自動測試系統，包括主控計算機、GPIB適配器和相關測試儀器。如圖1所示，主控計算機通過GPIB總線將相關測試儀表連接成一個閉環測試系統，經由GPIB適配器實現對測試儀表的操控和讀取，讀取的數據經過主控計算機的處理，最終以圖表或曲線的形式輸出可視化測試結果。

圖1 自動測試系統基本結構

采用分層式架構，將測試系統軟件分為通信層、操控層、輸出層和分析層等4層來實現，如圖2所示。（1）通信層主要包括測試儀表通信和被測設備操控2部分。測試儀表通信單元采用自動識別技術，系統自動識別每臺儀表適用的驅動指令，實現了測試儀表的自動調配。（2）操控層采用高效的流程管理方案實現了測試方案和測試流程的自由組合搭配，使測試系統具有較好的擴展性。用戶可以根據不同設備的技術要求靈活配置測試方案，使軟件的應用范圍得到了擴展。（3）輸出層負責各種測試行為的實現和測試報表的輸出工作。可根據需要輸出Excel和文本文件兩種格式的測試記錄表，方便用戶使用。（4）分析層主要實現測試數據的存儲與分析工作。本層采用Excel和SQL數據庫技術相結合，實現了測試數據的自動存儲和符合性分析，可根據需要實現同批次不同模塊之間或者不同批次模塊之間的一致性分析，方便客戶使用。

圖2 測試系統的分層架構

2 測試軟件設計

自動測試系統主控計算機交互界面如圖3所示，測試界面分為多個測試功能區，并附帶有進度條，可以實時看到測試的進程。

圖3 測試系統的交互界面

下面介紹該自動測試系統的幾大主要測試方案。

2.1 線損校正測試

自動測試系統進行測試時配有輔助測試工裝，工裝上帶有射頻電纜，故需進行線損校正。按圖4連接系統，開關公共輸入端連接RF信號源，選擇一路連接頻譜儀，加電測試即可。如圖5所示，“輸入端口選擇”區域中選擇對應開關的端口，然后點擊“線損校正”區域“開始”按鍵，開始線損校正。對于一套輔助工裝，校正數據只需測試一次即可，線損校正無需每次都進行。

圖4 線損校正方案

2.2 虛假信號測試

如圖6所示，“儀表設置”區域設置RF功率為需要測試的功率。頻譜儀參數按圖5中顯示為默認設置，“自檢控制”區域選擇“工作”狀態，“中頻無虛假測試”區域設置“起始值”為最低測試頻率，“終止值”為最高測試頻率，“掃頻步進”為射頻信號掃描步進，“本振步進”為本振信號的掃描步進。點擊“中頻無虛假測試”區域“開始”，即可開始虛假信號測試。

圖5 校正線損的交互界面

圖6 虛假信號測試的交互界面

2.3 隔離度測試

如圖7所示，“儀表設置”區域設置RF功率分別為待測功率，頻譜儀參數按圖中點擊默認設置，“自檢控制”區域選擇“自檢”狀態，其他區域按圖中顯示為默認設置。設置頻率碼，頻譜儀選擇【Peak Search】，并將【Peak Search Continues】打開，選擇【Marker】→【Delt】，“自檢控制”區域選擇“工作”狀態，觀測隔離度；同理分別設置其他頻率碼，用同樣方法測試變頻設備隔離度。

圖7 隔離度測試的交互界面

2.4 平坦度校正測試

如圖8所示，“儀表設置”區域設置RF功率為待測功率，頻譜儀參數按圖中顯示為默認設置，“自檢控制”區域選擇“工作”狀態，其他區域按圖中顯示為默認設置。頻譜儀選擇【Peak Search】，并將【Peak Search Continues】打開，選擇【Marker】→【Delt】，依次在“中頻校正”區域選擇拖動進度條，即可觀測并記錄平坦度校正值。

圖8 平坦度校正測試的交互界面

3 測試平臺及配置

自動測試軟件對應的硬件儀表，通過GPIB通信進行連接，并通過USB口最終連接至主控計算機。測試平臺配置了開關矩陣，可以同時對多個變頻設備進行電性能測試，極大地提高了測試效率。測試平臺如圖9所示。

圖9 自動測試系統實物圖

自動測試系統所需儀表及設備，見表1。自動測試系統采用開關矩陣進行擴展，可以進行多路變頻設備的自動測試工作。

表1 自動測試系統所需儀表及設備

4 結束語

本文提出一種基于變頻設備的自動測試系統，測試系統利用GPIB總線技術，將相關測試儀表連接成一個完成的測試平臺。測試平臺配置了開關矩陣，可以同時對多個變頻設備進行電性能測試。該測試系統可以自動匹配不同儀表的控制指令，極大方便了測試平臺的搭建，并且內置若干套測試方案，提升了測試效率，具有廣泛的適用性。