TR組件一鍵全參數全自動測試方法研究

廖明亮

（1.中國電子科技集團公司第29研究所，四川成都，610036；2.四川省寬帶微波電路高密度集成工程研究中心，四川成都，610036）

0 引言

有源相控陣系統具有波束掃描速度快，波束指向靈活，多目標跟蹤能力強等優點，在雷達、電子對抗、通信系統中廣泛應用[1]。TR組件在有源相控陣系統中用量大、價值高，其可靠性是影響整個系統能否正常工作的關鍵因素[2]。為保證其產品質量，出廠前需進行充分的測試。由于TR組件集成度高，指標參數多，其測試流程復雜、測試資源和測試時間耗費都很大。TR組件通常包含S參數、頻率參數、時間參數、噪聲系數幾大類參數[3]，當前每類參數需要使用不同的測試系統和工位，切換工位后需重新接線、校準、配置軟件等，使用不便、效率低，多個工位不僅占地面積大，而且測試系統多總成本也較高。因此，針對TR組件開展單工位全參數自動化測試系統研究和應用驗證具有重要意義。本文通過測試技術研究，測試方法創新及實際應用驗證，實現了單工位全參數自動化測試，在滿足產品測試精度的基礎上，綜合效率提升30%以上，成本降低30%以上，人力需求、場地需求降低75%，操作便捷性、自動化程度均大幅提升。

1 TR組件常規測試方案

TR組件普遍有10多個測試項，傳統測試方案由4個工位組成，如圖1-圖4。每個工位使用的測試儀器差別較大，需要多個嫻熟的調試人員在4個工位依次手動換線測試，測試過程復雜，接線、配置、校準耗時長，以某4通道TR組件為例，單件產品開展一次常溫完整測試就需要60分鐘以上，且通常還需進行高低溫等環境試驗環節，由于TR組件使用量很大，傳統測試方法需要生產商投入大量的測試系統和人力資源并行開展測試工作，效率提升需求迫切。

圖1 常規測試方案工位1—S參數測試

圖2 常規測試方案工位2—頻率參數測試

圖3 常規測試方案工位3—時間參數測試

圖4 常規測試方案工位4—噪聲系數測試

2 TR組件一鍵全參數全自動測試方案

為了大幅提升效率和便捷性，我們深入TR生產線對測試難點進行分析，對行業現狀進行調研[4-5]，結合業內新推出的儀器，按照一鍵全自動、全參數測試的目標，制定了基于多功能矢網一體化集成測試的方案[6]，并順利完成了全系統實物驗證。

本文通過研究多功能矢網替代頻譜儀、示波器等儀器的測試機理[7]，開發了多個測試程序，設計、制作了通道可選、模式可控的TR測試夾具，實現了復雜矢網控制、測試數據圖形化顯示，TR收、發參數同時測試不換線等功能，測試系統如圖5所示。測試軟件包含所有測試項的測試用例，并可自動連續執行，軟件界面如圖6所示。

圖5 多功能測試工位—一鍵完成所有參數測試

圖6 一鍵全參數自動測試程序界面

測試系統組成如下表1所示。由主控計算機（工控機）、測試軟件、數字IO模塊、多功能矢網、脈沖碼型發生器、程控電源、微波開關模塊、測試夾具、集成附件等部分組成。軟件提供人機交互界面，具有自動測試控制、用例配置、數據管理等功能模塊。本系統可根據測試對象的具體需求靈活調整硬件連接和軟件配置。

表1 一鍵全參數自動測試系統組成

其中多功能矢網選用RS公司的ZNA系列，外形及主要能力圖7所示，需配備相應選件[8]。

圖7 ZNA26 矢量網絡分析儀圖

T/R組件測試系統原理框圖如圖8。系統中的工控機是測試控制和數據處理中樞，安裝的自動測試軟件包含各個指標的測試程序，控制整個測試流程的自動進行，通過數字IO模塊對被測TR組件進行自動通道切換、收發狀態、幅度相位設置等控制，通過GPIB或LAN口對儀器輸出信號參數、開關狀態、供電狀態進行控制，同時回讀被測件及儀器反饋的結果進行數據處理和報表生成；多功能矢網是本系統的核心設備，支持對TR組件S參數、增益、幅相特性、噪聲系數、脈沖特性、開關時間及上升下降時間等指標進行測試；系統中配置功率探頭，可以對矢網進行精確的功率校準，支撐TR組件信號功率測量，并支持如1dB壓縮點等特性的測試，噪聲系數的校準和測試與信號功率測試方法類似；微波開關完成測試儀器與被測TR組件多個通道之間的測試路徑建立與切換，以6通道TR為例，接收特性測試時，由矢網1端口輸出，經開關陣依次切換到TR組件1-6通道接收，隨后由X0合路端口輸出給矢網端口2，發射特性測試時，由矢網2端口輸出，經X0分到各TR通道進行幅相控制及信號放大，然后由開關模塊選擇對應輸出通道并經大功率衰減器后進入矢網端口1；脈沖碼型發生器用于產生中頻脈沖信號，對被測TR組件和矢網進行同步觸發，實現接收和發射打開/關斷時間、上下降沿特性等功能測試；數字IO模塊用來控制TR組件的通道選擇，開關狀態選擇，幅度和相位控制，進行移幅移相測試等；程控電源用于對被測件進行供電；測試夾具用于TR組件的快速安裝、連接及散熱等。

增益、駐波、幅度相位一致性、相位控制、幅度衰減控制等常規S參數測試時，與普通矢網使用方法一致；功率測試時需先進行功率校準，將功率探頭接在矢網射頻輸出端口，探頭另一端接入矢網USB端口，設置好校準的參數范圍及步進，按矢網向導提示操作，隨后將矢網輸出和輸入射頻端口連接，繼續按提示完成校準，本文通過開發測試軟件自動控制校準流程，校準后移走功率探頭，按圖8連接進行功率測試；噪聲系數測試和校準與功率測試類似；頻率精度、諧波、雜散等頻率參數測試時，利用矢網選配的頻譜測試功能，連接方法同樣如圖8所示；時間參數測試時，利用雙路脈沖發生器同步輸出信號，一路去控制打開TR組件的同時，另一路觸發矢網輸出射頻信號，矢網根據其接收端口和發射端口的信號時間差計算出TR組件開通時間及上升沿特性等，關斷時間測試操作類似。

圖8 TR組件類測試單元系統原理框圖

3 新舊測試方案對比

經過多次實測對比，新方案將前述采用傳統測試方法TR組件大于60分鐘的測試時間降低到14分鐘以下，即使考慮批量測試時，以前的4個工位可同時并行測試，而新方案僅用一個工位獨立測試，與之相比，綜合效率也能顯著提升，并且過程中除功率探頭校準外無需拆裝夾具和電纜，一致性好、操作簡便、精度足夠、自動化程度高，所需人力、場地、儀器成本也顯著減少。

表2 新舊測試方案能力對比表

4 結論

本文針對產量龐大、集成度高的TR組件創新測試方法，實現了單工位一鍵全參數全自動測試，解決了當前TR組件S參數、頻率參數、時間參數、噪聲系數需要用到4種不同測試工位，多工位間反復切換帶來的效率低、使用不便、占地及成本高等問題。經過實際驗證，新方法在滿足產品測試精度的基礎上，綜合效率提升30%以上，成本降低30%以上，人力需求、場地需求降低75%，操作便捷性、自動化程度均大幅提升，可有效提升產能。