多通道T/R組件自動化測試技術(shù)

周 凱， 張忠元， 蘇 坪， 劉克強

(1. 上海無線電設(shè)備研究所， 上海 200090； 2.空軍軍械通用裝備軍事代表局， 北京 100166)

0 引言

T/R組件是相控陣導(dǎo)引頭中核心的微波組件之一，其性能直接決定導(dǎo)引頭整機性能的優(yōu)劣[1]。通常情況下，一套相控陣導(dǎo)引頭中往往有成百上千個天線單元，每個天線單元下連接著一個T/R組件的接收和發(fā)射通道。

T/R組件測試指標(biāo)包括收發(fā)隔離度、駐波系數(shù)、衰減精度、移相精度、寄生調(diào)相、寄生調(diào)幅、1 dB壓縮點、噪聲系數(shù)、發(fā)射功率、雜散、頂降、效率等，單個通道的自動化測試技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)[2]。但是該技術(shù)不能進行測試儀器的自動切換，在面對多通道T/R組件的測量時，需要工人干預(yù)替換T/R組件通道和測試儀器，增加測試時間和人工操作量。通過射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)可以自動切換測試儀器和測試通道，實現(xiàn)多通道組件的自動化測量。

GPIB總線是計算機和測試儀器之間常見的接口之一，使用這種總線可以設(shè)計出一套自動化測試系統(tǒng)[2-3]。但是GPIB總線通常數(shù)據(jù)的傳輸速度為1 MB/s，在面對T/R組件測試產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)時，會產(chǎn)生延遲傳輸效應(yīng)，是提高測試速度的瓶頸之一。百兆網(wǎng)絡(luò)端口的數(shù)據(jù)傳輸速度可達10 MB/s，可以有效解決這個問題。

1 測試技術(shù)的原理

多通道T/R組件自動測試技術(shù)框圖如圖1所示，包括工控計算機、網(wǎng)絡(luò)交換機、頻譜分析儀(帶噪聲模塊)、矢網(wǎng)、峰值功率計、信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和FPGA(可編程邏輯陣列)測試板。其工作原理：工控計算機通過網(wǎng)絡(luò)交換機控制開關(guān)網(wǎng)絡(luò)切換T/R組件測試通道和測試指標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)交換機實現(xiàn)工控計算機和測試儀器的連接，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)T/R組件和測試儀器射頻信號的切換。

工控計算機和測試儀器通過一臺網(wǎng)絡(luò)交換機進行數(shù)據(jù)交換，測試儀器的控制端口支持VISA標(biāo)準(zhǔn)[4]，計算機和測試儀器之間通過VISA庫函數(shù)進行通信。

(1) 工控計算機軟件界面的編寫

工控計算機的操作系統(tǒng)平臺是Windows XP，使用MFC進行工控計算機軟件界面的編寫。Windows XP和MFC都是較成熟的軟件，可以參考的資料較多，能快速開發(fā)出一款可用的軟件。為了操作界面的美觀和改善使用體驗，選用NI的Measurement Studio進行控件開發(fā)。在軟件界面上，核心的顯示由一個CListCtrl類的表格完成，包括接收和發(fā)射指標(biāo)，由于不能保證每條組件的指標(biāo)都達到要求，因此需要對不達標(biāo)的指標(biāo)進行分層顯示。CListCtrl類不能針對表格中的某一行進行顏色顯示，為此，利用ON_CUSTOMDRAW消息開發(fā)一個CListCtrl類的派生類，使用該派生類實現(xiàn)了數(shù)據(jù)表格的分層顯示，方便測試人員使用。

(2) 開關(guān)網(wǎng)絡(luò)

開關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接各測試儀器的射頻信號口，其內(nèi)部開關(guān)連接圖如圖2所示。

各測試儀器的射頻端口通過射頻電纜連接到開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。端口I連接矢網(wǎng)端口1作為接收幅相測試的輸出端口，同時連接信號發(fā)生器，作為發(fā)射功率測試的輸入端口。端口II連接矢網(wǎng)端口2作為接收幅相測試的輸入端口，同時連接功率計，作為發(fā)射功率測試的輸出端口。參考圖1的技術(shù)框圖，工控計算機通過網(wǎng)絡(luò)交換機發(fā)送命令控制開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)，達到自動切換測量通道和參數(shù)的目的。

開關(guān)網(wǎng)絡(luò)通過切換繼電器改變內(nèi)部射頻信號的連接，由于各個繼電器射頻指標(biāo)不完全一致，為保證測試準(zhǔn)確性，需要對每個通道分別進行校準(zhǔn)，將每個通道的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保存下來，測試的時候再分別調(diào)取每個通道的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

(3) 控制信號

T/R組件工作所需的控制時序，如圖3所示。SEL信號控制組件通道選通，組件內(nèi)串并轉(zhuǎn)換芯片將串行的DATA數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，待鎖存信號DARY來到后將緩存的數(shù)據(jù)傳遞給衰減器和移相器，控制組件的衰減和移相狀態(tài)，T_R信號則控制組件接收和發(fā)射狀態(tài)切換。

FPGA測試板能產(chǎn)生多路并行信號，Verilog代碼中狀態(tài)機共有4個狀態(tài)，分別是初態(tài)、通道等待態(tài)、數(shù)據(jù)刷新態(tài)和停止態(tài)。其中,通道等待態(tài)為12個時鐘周期，數(shù)據(jù)刷新態(tài)刷新每個通道DATA信號，待刷新完成后進入停止態(tài)，經(jīng)過2 000個時鐘周期，狀態(tài)機將再次進入初態(tài)，以此循環(huán)，更新組件的衰減和移相狀態(tài)。

(4) 數(shù)據(jù)保存和生成報表

使用VISA庫函數(shù)可以從測試儀器讀取測試數(shù)據(jù)到工控計算機上，通過SpreadSheet類將測試數(shù)據(jù)生成Excel表格并保存在計算機里。調(diào)用LabView程序讀取Excel數(shù)據(jù)將各測試數(shù)據(jù)生成Word表格，形成測試報表。

2 測試技術(shù)的實現(xiàn)

(1) 使用VISA函數(shù)庫連接測試儀器

參考是徳科技的各測量儀器用戶編程手冊[6-9]，可以控制儀器的操作。以矢網(wǎng)連接為例，在對話框添加代碼#pragma comment(lib, “visa32.lib”)，編譯VISA函數(shù)庫，建立ViSession類型變量N5 222 A，添加ViOpen(defaultRM,”TCPIP::169.254.66.225::inst0::INTR”,VI_NULL,VI_NULL,&N5 222 A) 代碼，其中”169.254.66.225”是矢網(wǎng)的IP地址，運行后變量N5 222 A的值變?yōu)?，該值非零則表示連接成功。其它儀器同樣遵循VISA標(biāo)準(zhǔn)，連接方式類似。相比用GPIB協(xié)議連接儀器，網(wǎng)絡(luò)端口的數(shù)據(jù)傳輸速度可以更快。

(2) 測試指標(biāo)可視化顯示

Measurement Studio插件可用來開發(fā)通道選擇、測試等控件，使用不同顏色表示控件不同狀態(tài)，使得測試界面簡潔明了。指標(biāo)顯示由一個CListCtrl類的表格完成，針對CListCtrl類不能更改表格中某一行的顏色，利用ON_CUSTOMDRAW消息開發(fā)一個CListCtrl類的派生類，當(dāng)某一條測試指標(biāo)沒有達到要求時，該條指標(biāo)會改變顏色，如表1所示，其中f0表示測試中心頻率。

表1 指標(biāo)顯示表格

沒有達到要求的指標(biāo)所在行變成灰色，達到測試要求的指標(biāo)則不變，方便測試人員辨別。

(3) 校準(zhǔn)12通道并保存校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

開關(guān)網(wǎng)絡(luò)端口I連接端口II，程序控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀完成校準(zhǔn)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保存在儀器內(nèi)，依次完成12個通道的校準(zhǔn)。測試時，調(diào)取相應(yīng)通道的校準(zhǔn)文件，完成測試。

(4) 控制信號的仿真和測量

依照1.4節(jié)所示的T/R組件工作時序， 使用Verilog編寫代碼并對其進行仿真，可以看到波形完全滿足圖3中時序要求。以其中DATA信號為例，利用示波器測量測試板控制口輸出波形，如圖4所示，符合設(shè)計要求。

3 多通道T/R組件的測試

使用多通道TR組件自動測試技術(shù)測試了一條12通道組件的發(fā)射，并與人工替換通道測試對比，其測試時間和人工操作量如表2所示。

表2 發(fā)射測試對比

由表中可以看出，使用該測試技術(shù)平均可節(jié)約57%的測試時間，使人工操作次數(shù)從12次降低到1次，減少了人為因素引起的測試誤差，提高測試效率。

4 結(jié)論

本文介紹了一種多通道T/R組件自動化測試技術(shù)。通過網(wǎng)絡(luò)交換機和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了T/R組件通道和測試指標(biāo)的自動切換，實現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)較快的傳輸，測試指標(biāo)在計算機上可視且容易辨別。利用本測試技術(shù)可以節(jié)約57%的測試時間。