一種多功能變頻設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

馬 珂，袁正昊

（1.海軍裝備部駐揚(yáng)州地區(qū)軍代室，江蘇 揚(yáng)州 225001；2.揚(yáng)州海科電子科技有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225001）

變頻設(shè)備是接收系統(tǒng)中的核心組成部分，變頻設(shè)備包括接收和發(fā)射2個(gè)部分。接收部分基本工作原理是將天線系統(tǒng)接收到的射頻信號(hào)與本地生成的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，將頻率較高的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻率較低的中頻信號(hào)，中頻信號(hào)可以提供給后級(jí)的數(shù)字接收機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理。發(fā)射部分基本工作原理是將本地的基帶信號(hào)與本地生成的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，將頻率較低的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻率較高的射頻信號(hào)，射頻信號(hào)通過(guò)天線系統(tǒng)向外界發(fā)射。

近年來(lái)，隨著變頻設(shè)備內(nèi)部單元數(shù)量的增加，對(duì)于變頻設(shè)備的測(cè)試成了一個(gè)較為關(guān)鍵的研究方向。寬帶變頻設(shè)備一般涉及到兩路本振信號(hào)，一路本振信號(hào)為掃頻信號(hào)，另一路為固定本振信號(hào)。其輸入信號(hào)為多路射頻輸入信號(hào)，以及單路或多路中頻輸出信號(hào)。測(cè)試變頻設(shè)備的時(shí)候，需要對(duì)掃頻本振信號(hào)根據(jù)頻率控制碼與輸入的射頻信號(hào)進(jìn)行同步，以得到正確的中頻信號(hào)；如果涉及到掃頻測(cè)試，那么單路變頻通道的測(cè)試量將是一個(gè)M*N的矩陣，其中M是射頻的測(cè)試點(diǎn)數(shù)，N是掃頻本振的測(cè)試點(diǎn)數(shù)。傳統(tǒng)的測(cè)試方法是采用人工的方法去設(shè)定儀表，手動(dòng)記錄每個(gè)組合頻點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果。隨著帶寬的增加、步進(jìn)的變細(xì)，M*N將以平方的量級(jí)迅速增加，帶來(lái)的測(cè)試工作量也隨之迅速增加，若采用傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)試方法，其測(cè)試時(shí)間將非常巨大[1-2]。

本文提出一種基于變頻設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)利用GPIB總線技術(shù)，將測(cè)試儀表連接成一個(gè)完整的測(cè)試平臺(tái)[3-4]。使用該測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，操作工程師只需將待測(cè)變頻設(shè)備接入測(cè)試系統(tǒng)中，在主控計(jì)算機(jī)交互界面設(shè)置好對(duì)應(yīng)測(cè)試方案及相應(yīng)參數(shù)，測(cè)試工作將由自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行，最終生成完整的測(cè)試報(bào)告。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果顯示，該測(cè)試系統(tǒng)可以自動(dòng)匹配不同儀表的控制指令，極大方便了測(cè)試平臺(tái)的搭建，并且內(nèi)置若干套測(cè)試方案，具有廣泛的測(cè)試適用性。

1 測(cè)試系統(tǒng)軟硬件構(gòu)成

GPIB為通用交互總線（General-Purpose Interface Bus）的簡(jiǎn)稱，該技術(shù)適用于大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。GPIB技術(shù)具有使用簡(jiǎn)便、兼容性好、傳輸速度快的優(yōu)點(diǎn)，在大規(guī)模多通道測(cè)試系統(tǒng)中得到普遍的應(yīng)用。基于GPIB總線技術(shù)配置的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，包括主控計(jì)算機(jī)、GPIB適配器和相關(guān)測(cè)試儀器。如圖1所示，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB總線將相關(guān)測(cè)試儀表連接成一個(gè)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，經(jīng)由GPIB適配器實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試儀表的操控和讀取，讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)主控計(jì)算機(jī)的處理，最終以圖表或曲線的形式輸出可視化測(cè)試結(jié)果。

圖1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

采用分層式架構(gòu)，將測(cè)試系統(tǒng)軟件分為通信層、操控層、輸出層和分析層等4層來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。（1）通信層主要包括測(cè)試儀表通信和被測(cè)設(shè)備操控2部分。測(cè)試儀表通信單元采用自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別每臺(tái)儀表適用的驅(qū)動(dòng)指令，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試儀表的自動(dòng)調(diào)配。（2）操控層采用高效的流程管理方案實(shí)現(xiàn)了測(cè)試方案和測(cè)試流程的自由組合搭配，使測(cè)試系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展性。用戶可以根據(jù)不同設(shè)備的技術(shù)要求靈活配置測(cè)試方案，使軟件的應(yīng)用范圍得到了擴(kuò)展。（3）輸出層負(fù)責(zé)各種測(cè)試行為的實(shí)現(xiàn)和測(cè)試報(bào)表的輸出工作。可根據(jù)需要輸出Excel和文本文件兩種格式的測(cè)試記錄表，方便用戶使用。（4）分析層主要實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分析工作。本層采用Excel和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)和符合性分析，可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)同批次不同模塊之間或者不同批次模塊之間的一致性分析，方便客戶使用。

圖2 測(cè)試系統(tǒng)的分層架構(gòu)

2 測(cè)試軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)交互界面如圖3所示，測(cè)試界面分為多個(gè)測(cè)試功能區(qū)，并附帶有進(jìn)度條，可以實(shí)時(shí)看到測(cè)試的進(jìn)程。

圖3 測(cè)試系統(tǒng)的交互界面

下面介紹該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的幾大主要測(cè)試方案。

2.1 線損校正測(cè)試

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)配有輔助測(cè)試工裝，工裝上帶有射頻電纜，故需進(jìn)行線損校正。按圖4連接系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)公共輸入端連接RF信號(hào)源，選擇一路連接頻譜儀，加電測(cè)試即可。如圖5所示，“輸入端口選擇”區(qū)域中選擇對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的端口，然后點(diǎn)擊“線損校正”區(qū)域“開(kāi)始”按鍵，開(kāi)始線損校正。對(duì)于一套輔助工裝，校正數(shù)據(jù)只需測(cè)試一次即可，線損校正無(wú)需每次都進(jìn)行。

圖4 線損校正方案

2.2 虛假信號(hào)測(cè)試

如圖6所示，“儀表設(shè)置”區(qū)域設(shè)置RF功率為需要測(cè)試的功率。頻譜儀參數(shù)按圖5中顯示為默認(rèn)設(shè)置，“自檢控制”區(qū)域選擇“工作”狀態(tài)，“中頻無(wú)虛假測(cè)試”區(qū)域設(shè)置“起始值”為最低測(cè)試頻率，“終止值”為最高測(cè)試頻率，“掃頻步進(jìn)”為射頻信號(hào)掃描步進(jìn)，“本振步進(jìn)”為本振信號(hào)的掃描步進(jìn)。點(diǎn)擊“中頻無(wú)虛假測(cè)試”區(qū)域“開(kāi)始”，即可開(kāi)始虛假信號(hào)測(cè)試。

圖5 校正線損的交互界面

圖6 虛假信號(hào)測(cè)試的交互界面

2.3 隔離度測(cè)試

如圖7所示，“儀表設(shè)置”區(qū)域設(shè)置RF功率分別為待測(cè)功率，頻譜儀參數(shù)按圖中點(diǎn)擊默認(rèn)設(shè)置，“自檢控制”區(qū)域選擇“自檢”狀態(tài)，其他區(qū)域按圖中顯示為默認(rèn)設(shè)置。設(shè)置頻率碼，頻譜儀選擇【Peak Search】，并將【Peak Search Continues】打開(kāi)，選擇【Marker】→【Delt】，“自檢控制”區(qū)域選擇“工作”狀態(tài)，觀測(cè)隔離度；同理分別設(shè)置其他頻率碼，用同樣方法測(cè)試變頻設(shè)備隔離度。

圖7 隔離度測(cè)試的交互界面

2.4 平坦度校正測(cè)試

如圖8所示，“儀表設(shè)置”區(qū)域設(shè)置RF功率為待測(cè)功率，頻譜儀參數(shù)按圖中顯示為默認(rèn)設(shè)置，“自檢控制”區(qū)域選擇“工作”狀態(tài)，其他區(qū)域按圖中顯示為默認(rèn)設(shè)置。頻譜儀選擇【Peak Search】，并將【Peak Search Continues】打開(kāi)，選擇【Marker】→【Delt】，依次在“中頻校正”區(qū)域選擇拖動(dòng)進(jìn)度條，即可觀測(cè)并記錄平坦度校正值。

圖8 平坦度校正測(cè)試的交互界面

3 測(cè)試平臺(tái)及配置

自動(dòng)測(cè)試軟件對(duì)應(yīng)的硬件儀表，通過(guò)GPIB通信進(jìn)行連接，并通過(guò)USB口最終連接至主控計(jì)算機(jī)。測(cè)試平臺(tái)配置了開(kāi)關(guān)矩陣，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)變頻設(shè)備進(jìn)行電性能測(cè)試，極大地提高了測(cè)試效率。測(cè)試平臺(tái)如圖9所示。

圖9 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)所需儀表及設(shè)備，見(jiàn)表1。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)矩陣進(jìn)行擴(kuò)展，可以進(jìn)行多路變頻設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試工作。

表1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)所需儀表及設(shè)備

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種基于變頻設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)利用GPIB總線技術(shù)，將相關(guān)測(cè)試儀表連接成一個(gè)完成的測(cè)試平臺(tái)。測(cè)試平臺(tái)配置了開(kāi)關(guān)矩陣，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)變頻設(shè)備進(jìn)行電性能測(cè)試。該測(cè)試系統(tǒng)可以自動(dòng)匹配不同儀表的控制指令，極大方便了測(cè)試平臺(tái)的搭建，并且內(nèi)置若干套測(cè)試方案，提升了測(cè)試效率，具有廣泛的適用性。