毫米波探測器室內(nèi)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬勇++譚紅芳++肖韻

摘要 毫米波探測器由于工作環(huán)境的獨(dú)特，背景環(huán)境的影響，靜動態(tài)的區(qū)別以及安全性等，除了極少數(shù)必需的破壞性試驗(yàn)以外，絕大多數(shù)測試都要求滿足安全的前提下進(jìn)行無損檢測，這就注定了毫米波探測器測試系統(tǒng)的復(fù)雜化、非標(biāo)化。本系統(tǒng)基于Visual C++開發(fā)平臺，運(yùn)用GPIB接口總線實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與各臺儀器間的通訊控制，設(shè)計(jì)了專用的測試夾具，可實(shí)現(xiàn)4個毫米波探測器印制板（和整機(jī)）的批量自動測試。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)表格化、測試通路校準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理化，可大大提高工作效率。

關(guān)鍵詞 毫米波探測器；自動測試系統(tǒng)；批量測試

中圖分類號 TP2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號2095-6363（2015）10-002卜02

毫米波探測器作為毫米波近炸引信的重要關(guān)鍵部件之一，它的技術(shù)指標(biāo)的測試，貫穿于近炸引信的研制、生產(chǎn)和維護(hù)等階段，直接影響到整個武器系統(tǒng)的最終效能。近炸引信屬于消耗品，數(shù)量巨大，不但在研制、生產(chǎn)過程中需要對毫米波探測器進(jìn)行測試，甚至要求經(jīng)過長達(dá)10～15年的存儲后，各項(xiàng)指標(biāo)仍能符合設(shè)計(jì)要求。這都需要對毫米波探測器進(jìn)行定期測試，這將會耗費(fèi)大量的人力資源，而人力成本高，花費(fèi)較大。本文測試對象為未安裝天線罩的毫米波探測器，所需測試項(xiàng)目繁多，采取傳統(tǒng)人工測試，需要卜3名人員同時(shí)操縱3～5臺測試儀器，需要耗時(shí)大約二十多分鐘。探測器的接口為波導(dǎo)，測試人員頻繁拆卸測試電纜、接連器，費(fèi)時(shí)耗力。如果人員誤操作，將會導(dǎo)致毫米波探測器、甚至測試儀器設(shè)備不必要?dú)牡目膳潞蠊?。因此設(shè)計(jì)毫米波探測器室內(nèi)測試系統(tǒng)（簡稱室內(nèi)測試系統(tǒng)）是十分必要的。

本文針對未安裝天線罩的毫米波探測器的批量測試，研發(fā)了本系統(tǒng)專用測試夾具，設(shè)計(jì)了毫米波探測器室內(nèi)測試系統(tǒng)。此系統(tǒng)基于軟件平臺：VisualC++，采用GPIB （IEEE488.2）總線方式，實(shí)現(xiàn)測試儀器、測試夾具與工控機(jī)的相互通訊，成功一次完成4個同類型探測器印制板（和整機(jī)）的測試要求。充分運(yùn)用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，從而實(shí)現(xiàn)測試項(xiàng)目可視化、測試數(shù)據(jù)表格化。對比傳統(tǒng)靠人員參與測試，此探測器室內(nèi)測試系統(tǒng)能充分確保測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，工作效率大大提高。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

毫米波探測器室內(nèi)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)毫米波探測器印制板（和整機(jī)）的批量測試的目的。該測試系統(tǒng)能一次完成4個同型號的印制板（調(diào)試時(shí)）和4個同型號的整機(jī)（調(diào)試時(shí)和驗(yàn)收時(shí)灌封后）的技術(shù)指標(biāo)測試。印制板技術(shù)指標(biāo)如下：調(diào)制頻率測試、供電電流、供電電壓和門限電平測試。整機(jī)技術(shù)指標(biāo)如下：供電電壓、供電電流、輻射功率測試、工作頻率和占用帶寬測試、接收增益測試。

毫米波探測器室內(nèi)測試系統(tǒng)主要由1.6米機(jī)柜、信號調(diào)理箱、天線夾具、印制板夾具和測試電纜組成，系統(tǒng)組成框圖見圖1所示。各臺測試儀表、工控機(jī)一同組成柜機(jī)，測試信號通路通過信號調(diào)理箱的調(diào)理切換，在工控機(jī)的控制下經(jīng)測試電纜和測試夾具相連，完成待測探測器產(chǎn)品（DUT）和各測試儀器的連接。工控機(jī)通過GPIB總線控制儀器設(shè)備為被測探測器提供激勵，測量其輸出信號，實(shí)現(xiàn)一次對4個同型號探測器的自動化測試。在面對不同型號的待測探測器產(chǎn)品時(shí)，只要更換相應(yīng)的測試夾具并在軟件上作出相應(yīng)調(diào)整即可適應(yīng)測試需求。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 毫米波信號調(diào)理箱設(shè)計(jì)原理

毫米波探測器室內(nèi)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于毫米波信號調(diào)理箱的搭建，此調(diào)理箱能提供射頻鏈路的路程切換，提供4個被測整機(jī)靈活安裝的測試平臺，基本原理如圖2所示。

為實(shí)現(xiàn)批量自動測試，減少重復(fù)更換測試電纜，系統(tǒng)需考慮采用程控開關(guān)來完成射頻鏈路的切換及加電的選通功能。在構(gòu)建系統(tǒng)的射頻鏈路時(shí)，由于探測器工作在Ka波段?？紤]功率的損耗要控制在較小的范圍，波導(dǎo)開關(guān)具有駐波小，插損小的優(yōu)點(diǎn)，且能由工控機(jī)控制，故射頻鏈路的路程切換選用波導(dǎo)開關(guān)來完成。本設(shè)計(jì)的射頻鏈路故由整機(jī)UUT、波道線、波道開關(guān)、測試電纜、微波儀器組成，如圖2所示。波道線均工作在Ka波段，承受功率可達(dá)1W。

2.2 毫米波鏈路損耗補(bǔ)償技術(shù)

毫米波通道功率損耗的補(bǔ)償是本方案的關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)之一。功率損耗的補(bǔ)償可以利用機(jī)柜里現(xiàn)有的功率計(jì)和信號源組合的方式進(jìn)行測量。但此測試方法操作繁復(fù)，需要更換測試電纜，而矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀操作簡單，在測試中不需要多次更換測試電纜，測試速度快，準(zhǔn)確率高，故采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對毫米波通道功率損耗值進(jìn)行直接測試。根據(jù)室內(nèi)測試系統(tǒng)軟件提示，使用者連接測試電纜，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的插損測試功能，自動測試毫米波鏈路的通道插損，并自動導(dǎo)入系統(tǒng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中。在測試過程中，室內(nèi)測試系統(tǒng)軟件會自動加上校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的毫米波鏈路損耗值，達(dá)到修正輸出功率測試值的目的。

2.3 占用帶寬測試技術(shù)

占用帶寬測試是毫米波探測器必不可少的關(guān)鍵指標(biāo)之一。為了使測試系統(tǒng)最合理、最優(yōu)化，我們選用微波信號源與頻譜分析儀相結(jié)合的方式進(jìn)行測試。但是，在系統(tǒng)測試過程中，頻譜分析儀參數(shù)設(shè)置的不同也可能會帶來不同的測試結(jié)果，如掃頻寬度Span的設(shè)置、輸入衰減器的設(shè)置、中頻帶寬（IF）的設(shè)置、分辨率帶寬RBW的設(shè)置以及視在帶寬VBW的設(shè)置都可能對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。因此我們經(jīng)過大量理論分析及反復(fù)試驗(yàn)，合理配置頻譜分析器的設(shè)置參數(shù)，找尋最佳測試方法。

首先，我們將掃頻寬度Span設(shè)置在合理范圍內(nèi)，利用MARK-min的功能，找到此頻段中功率值最小的頻點(diǎn)fo，記錄功率值Lo。然后，將掃頻寬度Span的設(shè)置值適當(dāng)變大。同時(shí)利用MARK-delta功能，找到頻點(diǎn)fmin左右兩側(cè)比L。功率值低6dB的兩個頻點(diǎn)，記為fz、fy。兩頻點(diǎn)的相差值即為占用帶寬。

2.4 軟件自動測試設(shè)計(jì)技術(shù)

毫米波探測器室內(nèi)測試系統(tǒng)軟件工作流程見圖3。1）啟動毫米波探測器室內(nèi)測試系統(tǒng)程序后，使用者進(jìn)入系統(tǒng)應(yīng)用層，系統(tǒng)將會根據(jù)使用者權(quán)限對軟件進(jìn)行初始化工作。2）提示使用者根據(jù)不同的被測對象選擇適當(dāng)?shù)臏y試項(xiàng)目，系統(tǒng)自動裝載毫米波探測器測試所需的全部程序。3）系統(tǒng)自動執(zhí)行選中的測試程序，自動記錄測試結(jié)果。4）系統(tǒng)保存本次測試結(jié)果，退出測試。

3 結(jié)束語

通過以上設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)毫米波探測器的批量測試，能夠滿足裝備現(xiàn)場聯(lián)試及自動化測試系統(tǒng)的需求、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線批量測試，減輕操作人員工作量，大大提高安全性和工作效率，保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。