T／R组件测试系统原理及系统构成

T／R组件测试系统原理及系统构成

【摘要】本文主要介绍了T/R组件测试系统原理及系统硬件平台、软件平台和总体结构。

【关键词】T/R组件;嵌入式计算机;开关接口装置

T/R组件主要完成发射信号的大功率放大以及接收信号的低噪声放大，为实现波束控制对收/发信号进行幅度和相位的控制。为衡量T/R组件，需全面测试T/R组件的性能参数多达几十种。面对种类和测量参数如此多、数量如此大的T/R组件测试，其工作量十分庞大，仅靠单台仪器、手动测量完成如此巨大测试任务几乎是无法想象的，因此必须采用自动测试系统。即将多台仪器有机地结合在一起，在外控计算机的控制下发挥群体优势，才能有效地解决多功能、多参数和高速度这些互相间不无矛盾的测量要求，从而从根本上解决相控阵T/R组件在科研、生产、现场调试和设备维护等各个阶段测试问题。

一、测试原理

T/R组件综合测试系统分为控制核心，测试仪器，适配器三个层次进行组建。系统的控制核心为主控计算机，主控计算机内部安装了系统的测试程序，测试程序通过GPIB/USB/LAN等控制总线控制测试仪器完成所有T/R组件测试程序的运行、测量及后级处理等操作;测试仪器按照测量参数类型的不同，包含了信号激励类、功率参数测试类、频谱参数测试类、波形参数测试类、噪声系数参数测试类多种测试仪器;开关接口装置、T/R组件状态控制器和接口适配器作为适配器层的硬件构成，实现与被测T/R组件的连接、工作状态的提供以及多参数自动测量的自动切换等功能，其原理框图如图1所示：

图1 原理框图

说明：由于通过开关接口装置后进行噪声系数测量易于引入误差，如果需要精确测试被测件的噪声系数，建议采用单独工位进行测量。

二、系统组成

T/R组件综合测试系统以搭积木的方式进行系统集成，系统组成包括硬件平台、软件平台和总体结构方案三部分。

1.硬件平台

T/R组件综合测试系统硬件平台分为核心层、仪器层、开关适配层三个层次进行组建。核心层为系统的控制中心采用标准上架式工控计算机，其上安装有系统主控软件，通过GPIB/USB/LAN等控制总线来实现整个测试的自动控制、运行、测量及后级处理等功能。仪器层包括了系统测试所需的全面测试资源，按照

测量系数类型的不同划分为信号激励、功率参数、频谱参数、波形参数、网络参数、噪声参数等部分。激励部分采用合成信号发生器MG3692C为被测件提供激励信号;控制部分采用Agilent公司的N5242A内部的脉冲发生器作为信号源的脉冲控制信号。功率、波形参数测试采用A V2441宽带峰值微波功率分析仪并配置一个峰值功率探头来实现被测件发射状态的发射功率、脉冲顶降、脉冲上升沿、下降沿等参数测试。频谱参数测试采用8563EC频谱分析仪，主要对于发射信号在连续泼或脉冲调制状态下对于发射状态的杂波带外抑制，接收状态的接收频率、接收宽带、接收灵敏度、接收动态范围等参数进行测试。网络参数测试采用Agilent公司的PNA网络分析仪可以进行连续S参数测试、脉冲S参数测试等多种参数测试。实现发射状态的端口驻波、增益、平坦度、三阶交调，接收状态的端口驻波、增益、平坦度等参数的测试。

开关适配层的核心是开关接口装置，该开关接口装置实现T/R组件的状态控制、测试通道路由等功能，是实现被测T/R组件及状态控制器与测量仪器之间自动连接和自动测试的关键，是自动测试系统的重要组成部分。其硬件主要有开关矩阵、接口电路、

嵌入式计算机主控电路及开关驱动接口电路等。其中开关矩阵是由数个同轴开关或其它继电器开关组成，这些同轴开关通常选用机械开关，通过开关的通断组合实现被测件与测量仪器的连接，每个通道的控制与切换都是在程序状态下实现。在开关接口装置的设计过程中，优化开关接口装置的组合与布局方案十分重要。如何使所有测试仪器端口与所有被测件的端口既作到互通互连，又使信号传输通路经过的开关达到最少是开关接口装置设计的关键。如果实际通过的开关越多，通道插入损耗就越大，通道的阻抗匹配特性的恶化就越严重。因此开关接口装置的设计一定要与实际需求紧密结合，根据实际需要来进行开关接口装置的组合及布局及设计和优化。

控制电路采用嵌入式计算机，具有体积小、使用灵活和方便通用等特点，外部主控计算机通过接口卡与开关接口装置的嵌入式计算机进行数据传输，嵌入式计算机解释并翻译外控计算机发送的程控命令，通过对开关驱动接口电路控制去执行外部发送的程控命令，由译码电路和锁存电路组成，译码电路为开关逻辑接口电路和每路开关提供有效的访问地址，保证开关访问的准确性，以免与其他计算机外设发生冲突;锁存电路提供多个端口和多路TTL控制信号。通过开关控制电路可以设置所需测试参数的开关选择。相反嵌入式计算机将开关接口装置所运行的工作状态等信息通过系统总线告知主控计算机。在测量程序的控制下，自动地将被测端口连接到相应的测试端口，采用分时的办法将单元的测试端口与通用仪器测试端口进行相连。当然这些开关的引入也带来一定误差，但由于这些误差是稳定的、可重复的和可表征的，因此能够通过误差修正技术有效地降低。

2.软件平台

为满足相控阵T/R组件的各种测试需求以及测试程序二次开发的需要，系统软件采用开放式软件体系结构，严格按照“通用化、标准化、模块化、系列化”要求进行设计，开发一套“开放、通用、可重构”的软件环境。系统软件设计为“核

心平台+测试插件”方式，核心平台提供一些通用的模块化软件，包括测试资源管理软件、测试系统校准软件、测试程序维护软件、测试任务执行软件与信息综合处理软件等。这些模块化软件通过一个统一的操作平台软件展现给不同级别的用户，为用户提供自动测试、手动测试和仪器独立使用等工作方式，辅助用户完成测试资源管理、测试程序维护、测试任务执行、测试信息综合处理以及其它扩展功能，包括用户权限管理、信息共享、平台维护和第三方软件提供等各种功能。测试插件是为了解决项目测试系统应用软件开发以及用户二次开发过程中的问题并增强系统的灵活性而采用的技术，测试插件是测试测量的基本操作单元。测试插件的开发简化为：由用户选择合适的插件并按照一定的流程连接起来，组成测试序列，而无需进行底层编程。测试程序编辑软件不仅提供插件的添加、删除、修改等基本编辑功能，而且还可以让用户方便快捷的进行参数配置和调试等工作。

3.总体结构

为了满足用户的实际需要，T/R组件综合测试系统的结构设计采用标准实验室用仪器机柜形式，分别将GPIB总线、通用仪器以及机架式工控机等仪器设备以标准U尺寸堆叠于机柜中，按照操作使用方便以及易于安装连接等原则进行整体结构布局。