微波組件自動測試系統及其分布式網絡化實現

文/鄭宏斌

隨著系統級集成技術的發展，整機系統對微波組件的集成度要求也隨之提高，組件指標參數的測試復雜度決定了組件的研發與生產效率。本文根據自動測試系統的發展現狀及趨勢，并結合實際應用發展，提出了具有通用性的微波組件自動測試系統，為微波組件的研發及生產提供了具有高精度、高效率的自動測試方法。

1 微波組件自動測試系統的需求及構成

1.1 微波組件的測試需求

隨著自動測試系統的發展需要，新一代自動測試系統要求具有以下功能：

（1）測試參數通用化；

（2）測試接口標準化；

（3）測試過程智能化；

（4）測試系統網絡化。

微波組件自動測試系統用于各類微波組件各種指標自動化測試，測試指標包括：頻率、功率、諧波、雜散、增益、駐波、隔離度、相位、幅度、噪聲系數、噪聲系數等；常用的儀器包括頻譜分析儀、矢量網絡分析儀、信號源、功率計、示波器、電源等。傳統的測試方法是對每個獨立的指標進行單獨測試，測試過程中涉及到不同的儀器時，需要人工切換不同的測試連接，而且在儀器手動切換過程中帶人測試誤差，測試精度及效率無法滿足需求；因此具有一次性接入、儀器自動切換功能的集成化、高精度、高效率、通用化的自動測試系統是微波組件測試的最優選擇。

1.2 自動測試系統硬件設計

自動測試系統的硬件平臺包含主控計算機、測試儀器、開關矩陣等。主控計算機為自動測試系統的核心，通過與測試儀器、開關矩陣、待測組件等進行通信，完成系統指令發送、數據采集、測試數據解析、測試結果輸出等內容；測試儀器由多個部分組成，通過標準儀器接口互聯，最后通過LAN接口與主控計算機相連，測試儀器完成微波組件待測指標參數的讀取；開關矩陣通過LAN或RS232接口與主控計算機相連，完成微波組件測試過程中儀器切換，同時開關矩陣內部可集成其他輔助功能模塊，滿足多功能測試臺的功能，實現了測試接口的標準化；

自動測試系統的構成框圖如圖1所示。

1.3 自動測試系統軟件設計

自動測試系統軟件進行了模塊化設計，包括儀器通信接口設計、儀器校準、輸入接口設計、輸出顯示設計、測試模式選擇、測試參數可配置、本控和遠控切換功能。自動測試系統輸入接口設計為參數的輸入具有可存儲功能，參數的輸入和更改僅需一次即可完成，以后的測試過程中不需要重復的輸入。

自動測試系統軟件實現流程如下：

圖1：自動測試系統的構成框圖

（1）系統初始化：完成儀器的初始化，主控計算機通過通信接口設置每臺測試儀器的測試狀態、測試參數；

（2）開關矩陣初始化：建立開關矩陣的輸入連接、輸出連接；

（3）系統電源控制：按照微波組件上電順序要求，依次完成微波組件的各路電源上電；

（4）指令控制：主控計算機通過LAN接口發送通信指令，使儀器、開關矩陣、待測組件進入測試狀態；

（5）數據處理：主控計算機測試軟件完成數據采集，并對采集的測試數據進行解析、存儲并輸出測試結果；

（6）狀態檢測：自動測試系統運行過程中，對測試狀態進行實時監測，并完成故障診斷。

自動測試系統的軟件設計使得整個測試過程實現了智能化、一鍵化測試；自動測試系統的軟件設計流程圖如圖2所示。

2 測試系統的精度校準及效率優化

2.1 測試系統精度校準

自動測試系統的重要性能為測試過程的一致性及測試結果的準確性，在整個測試過程中測試儀器、開關矩陣、測試電纜等每個環節都會對測試結果的精度造成影響。因此測試系統在測試前應用校準處理方法完成對測試指標產生影響的環節進行校準參數采集，并將校準數據寫入校準文件，在測試過程中調用校準數據文件并通過校準處理算法消除因射頻電纜、射頻開關、衰減狀態、測試環境溫度等產生的測試誤差。

與傳統的測試方法相比，校準數據的一次性采集與測試過程中測試誤差校準方法的應用，避免了人員操作所產生的誤差，提高了測試系統的使用靈活度和測試精度。

2.2 測試系統效率優化

圖2：自動測試系統的軟件設計流程圖

自動測試系統的測試速率為系統的最基本特點，微波組件測試參數多，但測試參數也具有通用性。為了提高測試效率，自動測試系統從以下幾個方面進行了優化。

（1）儀器自動切換：開關矩陣的應用實現了測試過程中實現了儀器的自動切換，避免了人工進行儀器切換帶來的誤差，同時提高了測試效率；

（2）功能接口擴展：開關矩陣擴展為多功能綜合測試臺，增加了輔助功能輸入輸出控制接口，并可實現編程處理，具有測試狀態可配置功能；

（3）測試數據處理優化：所有采集數據的解析、處理、存儲、讀取等均在自動測試系統上位機軟件中完成處理，數據采集和數據處理采用多線程運行方式，主控計算機后臺可完成所有數據的處理；

（4）測試儀器和設備新技術的應用：在多通道收發組件測試過程中，幅度和相位數據采集時選用大于通道數目的儀器或專門開發的多通道數據采集系統，可一次性完成多通道所有數據的測試，避免了測試過程中多次更換輸入輸出接口的測試方式。

3 自動測試系統的分布式網絡化功能實現

根據自動測試系統的發展趨勢，新一代分布式網絡化測試系統在功能上應該滿足以下幾點：

（1）實現網絡測控, 用戶能通過網絡控制測試現場；

（2）能夠滿足裝備專家遠程實時的獲取測試信息；

（3）測試數據可進行網絡分析處理存儲和故障診斷功能；

（4）能夠查詢歷史數據；

（5）可以對用戶登錄情況進行控制統計和管理；

（6）系統具有靈活的結構, 不限于對一個現場測試系統的監測。

從圖1可知，微波組件自動測試系統的分布式網絡化分為用戶層、單元層和設備層；用戶層運行在可接入測試網絡的用戶機計算機或工作站中；單元層運行在自動測試軟件操作平臺中，完成測試設備管理、測試數據管理、通信接口管理等功能；設備層包括測試儀器、開關矩陣及待測微波組件。微波組件自動測試系統分布式網絡化的實現包括以下內容：

（1）系統搭建實現了網絡分布式，避免了傳統的分離式測試，實現了一鍵化自動測試；

（2）實現了網絡化數據傳遞，可通過網絡控制測試現場，遠程實時獲取各測試節點的數據；

（3）主控計算機可完成不同來源的數據分析、處理和存儲，實現了數據統一管理；

（4）測試過程中實現了故障檢測、故障定位、故障診斷、歷史數據記錄。

4 結論

本文介紹了微波組件自動測試系統的通用需求，給出了自動測試系統的硬件和軟件實現方法，根據實際測試過程驗證，完成了測試過程中測試精度的校準和測試效率的優化；最后根據當前的發展需求及趨勢，給出了微波組件自動測試系統中所實現的分布式網絡化功能。