數字T/R組件測試技術研究

魏鼎盛

【摘 要】由于數字T/R組件數字化、集成化和光纖化的特點，傳統的測試方法和手段已經不適應于數字T/R組件的測試。基于以上原因，根據當今微波技術、大規模集成電路和光電技術的研究成果，本文提出了一種數字T/R組件發射通道和接收通道參數綜合測試的實現方法，經測試驗證，證明方法可行有效，對于提高數字T/R組件研制開發的效率乃至未來綜合保障應用都具有積極的意義。

【關鍵詞】數字T/R組件；發射通道；接收通道；幅相一致性；大容量存儲

0 引言

作為數字陣列雷達的核心部件，數字T/R組件的組成和功能非常復雜，基于DDS的波形產生技術和精確幅相控制技術、基于DDC的多通道數字化接收技術、集成化一體化收發通道設計技術和高速大容量數據傳輸技術等大量新技術的應用，使得數字T/R組件具有集成化、數字化和光纖化的特點，傳統的測試方法和測試手段已經不適應于數字T/R組件的測試。

1 測試需求分析

數字T/R組件發射通道的測試指標不但涵蓋發射功率等功率參數和帶寬、雜散、脈內信雜比等頻譜參數以及脈寬、頂降、周期等波形參數外，而且還引入了幅度一致性和相位一致性等新型參數，特別是相位一致性測試是數字T/R組件發射通道測試的主要挑戰之一。

數字T/R組件接收通道的輸出信號不再是通過同軸電纜傳輸的模擬信號，而是通過光纜傳輸的高速大容量I/Q數據，矢量網絡分析儀等傳統測試設備已經無法進行連接和測試，所有接收通道性能指標都依賴于對I/Q數據的分析和計算，這是與模擬T/R組件最大的不同，也是最大的測試難點。但兩者接收通道性能指標的類型基本一致，也包括接收增益、靈敏度、隔離度等，當然，與發射通道測試一樣也有通道間幅相一致性等新的測試需求。

2 數字T/R組件測試關鍵技術分析

2.1 工作狀態控制

數字T/R組件工作狀態的控制是通過光纜實現的，傳輸的內容包括控制數據、波形數據和同步數據等，其中控制數據用以實現包括通道增益、收發切換等狀態的設置；數字T/R組件要實現精確幅相控制則幾乎完全依賴于波形數據；同步信號貫穿數字T/R組件測試過程的始終，它是實現系統同步和I/Q數據實時接收的關鍵。

我們采用高端FPGA芯片內置的ROCKET收發器模塊來完成工作狀態控制的解決方案。按照約定格式生成的數據經ROCKET收發器模塊中CRC檢驗編碼、8B/10B編碼、緩沖器、并串轉換、發送器以及緩沖器等環節后成為雙端差分數據，最終通過光收發器將控制數據、波形數據以及同步數據發送到被測數字T/R組件中。

2.2 發射通道測試關鍵技術分析

在數字T/R組件發射通道測試領域有發射通道相位一致性和移相精度測試、幅度一致性測試等幾個關鍵技術需要解決，下面分別進行論述。

2.2.1 發射通道間相位一致性和移相精度測試

數字陣列雷達的收發波束均采用數字波束，其中數字發射波束形成的關鍵之一就是要對數字T/R組件的發射通道進行高速精確的幅相控制，因此，發射通道間相位一致性及移相精度是數字T/R組件發射通道測試的重要指標。

不同于傳統模擬T/R組件，數字T/R組件不再需要輸入模擬中頻或射頻信號，因此發射通道間相位一致性和發射通道移相精度測試不能利用矢量網絡分析儀傳統的傳輸測試模式進行，必須尋求新的測試解決方案。目前，對于數字T/R組件多通道相位一致性和移相精度的測試可以采用兩種方式：高性能示波器法和多通道相參接收機法。

2.2.2 發射通道間幅度一致性測試

數字T/R組件發射通道的輸出功率隨著溫度的累積，可能會出現功率下降的現象，因此幅度一致性的測試不能采用單通道分時測試的方式，至少要同時測量兩個以上的通道，并將其中的一個通道作為基準通道。

2.3 接收通道測試關鍵技術分析

在數字T/R組件接收通道測試領域有大容量高速I/Q數據接收/存儲、復雜數據分析計算工作狀態控制等幾個關鍵技術需要解決，下面分別進行論述。

2.3.1 大容量高速I/Q數據接收/存儲

數字T/R組件的接收通道的數據速率一般超過1Gbps，單位時間內的數據量龐大。正確接收和存儲通過光纜傳輸的大容量高速數據是接收通道測試的前提和基礎，因此，需要研制高速大容量固態存儲器。目前大容量固態存儲器的設計一般采用以NAND FLASH芯片為基礎搭建存儲陣列的解決思路。設計過程中要重點考慮數據速率和存儲容量兩個方面的需求。數據速率決定了FPGA芯片和FLASH芯片的選型，存儲容量則決定了單片FLASH芯片容量和FLASH芯片數量。為保證接收數據的準確性和可靠性，還有全局時鐘分配、無效塊管理和FLASH芯片類型選擇等幾個需要注意的問題。

2.3.2 基于FFT運算的接收通道性能指標計算分析

接收通道的性能指標的測試實現最終依賴于I/Q數據的計算和分析。從實現過程來講，主要可分為數據拆分、數據抽取、FFT運算和通道性能最終計算等幾個步驟，還必須獲得從雷達模擬信號發生器輸出端口至數字T/R組件每個T/R端口之間的補償函數和信號發生器自身輸出信號的頻率及功率特性，建立起頻率與補償值之間一一對應的關系。這樣，在基帶信號的功率及頻譜參數已知的前提下就可以對接收通道的接收增益等各類性能指標進行運算。

3 實施效果

在解決了復雜工作狀態控制、發射通道相位一致性測試、大容量高速I/Q數據接收/存儲等關鍵技術的基礎上，中國電科41所搭建了一套完整的數字T/R組件綜合測試驗證系統，實現了數字T/R組件發射通道和接收通道性能指標的高效準確測試，解決了接收通道測試這一核心難題。另外，通過與TestCenter軟件平臺的有機融合，提高了針對數字T/R組件的自動測試能力以及綜合化、智能化程度，其非編程式的測試程序開發方式也可大大縮短測試程序的開發周期。

4 結束語

通過本文所述的技術研究，在數字T/R組件測試領域的技術體制、實現方式等方面實現了全面突破后，為實現不同頻段、不同體制的數字T/R組件測試奠定了堅實的基礎，這對于提高數字T/R組件研制開發的效率乃至未來的綜合保障應用都具有積極的意義。

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[責任編輯：張濤]