一種航空電子產品射頻參數測試平臺的設計研究

許海

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 41007）

為了在接近真實工作環境下開展射頻參數測試，暴露或復現航空電子產品的性能下降及電磁干擾問題，設計建設一種航空電子產品射頻參數測試平臺，該測試平臺基于GTEM小室建設某型飛機某型處理機、通信設備等亟需的電磁輻射發射測試和電磁輻射敏感度測試系統，實現內場環境下對上述產品電磁兼容測試要求。

1 硬件設計

航空電子產品射頻參數測試平臺硬件部分由GTEM小室和射頻參數測試系統兩部分組成。

1.1 基于GTEM小室的射頻參數測試環境

GTEM小室是近年發展起來用于寬帶射頻參數測量評定新型測試場地，針對本項目具有以下優勢：

（1）相比于半電波暗室，造價較低，且對建筑場地無特殊要求。

（2）基于GTEM小室的射頻參數測試系統較之在半電波暗室中采用天線輻射、接收的測試系統，所需儀器設備簡單（不需要天線）也沒有色散效應，測試流程簡單高效（不需要在測試過程中更換不同頻段的天線）且脈沖調制信號不失真。

（3）GTEM小室中橫電磁波的波阻抗與自由空間遠場區電磁波特性相同，且EUT全面浸沒在電磁場中，與半電波暗室中天線每次僅能輻照EUT單側、需要多次照射相比，能更全面、更高效的考核EUT的抗擾能力。

（4）相比于TEM小室、屏蔽室、暗箱等其它小型測試設備，具有工作頻率范圍寬、內部唱腔均勻、測試空間大等優勢。

GTEM小室綜合了半電波暗室、屏蔽室、橫電磁波傳輸裝置的優點，工作頻段寬，占地面積小，造價相對較低，便于進行輻射敏感度及發射測試。因此，本項目選用GTEM小室作為測試場地。

GTEM小室實質上是同軸線的一種變形，也可以說是雙導體導波系統，其內導體是個尺寸漸變的平板，外導體類似一個錐形喇叭天線，組成示意如圖1所示。

圖1 GTEM小室組成示意圖

GTEM小室規格一般由試驗區芯板高度來劃分，綜合考慮本項目EUT尺寸以及用戶場地條件，選用1500型GTEM小室，芯板到下板高度為1500mm，GTEM小室外形尺寸不大于7m×3.6m×2.6m。

GTEM小室屬于異型設備，比較占用場地；GTEM小室要與用戶現有性能測試設備、本項目配置的射頻參數測試系統協同工作，還要考慮方便測試電纜連接，方便EUT進出GTEM小室，同時方便測試人員操作，試驗室布置初步規劃如圖2所示。

圖2 試驗室布置示意圖

1.2 射頻參數測試系統

（1）系統硬件方案。射頻參數測試平臺包括輻射發射和輻射敏感度測試兩個測試項，先對其測試原理分別進行簡要介紹。

①輻射發射測試原理。基于GTEM小室的輻射發射測試原理框見圖3，此時小室內芯板和底板就代替暗室測試中的天線，接收EUT工作過程中產生的輻射干擾，GTEM小室的輸入端接EMI測試接收機，通過接收機測試EUT工作過程中電磁騷擾的輻射發射，再通過計算機和處理軟件，確定EUT輻射發射的測試結果。GTEM小室中的測試結果和開闊場或電波暗室測試結果存在差異，但項目主要用于測試EUT故障和修復后不同狀態的相對量，屬于相對測量，可以回避測試結果轉化的難題。另外，EUT在GTEM小室中擺放的位置不同，造成芯板與底板之間相對距離的不同，也將是導致測試結果不同的關鍵因素，因此，測試時要注意EUT的擺放位置和陪試設備保證不變。

圖3 基于GTEM小室的輻射發射測試原理框圖

②輻射敏感度測試原理。基于GTEM小室的輻射抗擾度測試原理框圖如圖4所示，主要測試設備由信號發生器、功率放大器、場強探頭、以及GTEM小室組成。當信號源輸出的信號經過放大后注入到GTEM小室的過渡段（通過N型同軸接頭），在芯板和底板之間形成的均勻電磁場，放置在被測件附近的場強探頭監測場強值是否滿足試驗要求，由主控計算機調節GTEM小室的饋入功率以求達到所需求的場強值。

圖4 基于GTEM小室的輻射敏感度測試原理框圖

測試系統按照標準要求，通過GPIB/LAN/USB總線控制信號源和功率放大器，信號源輸出一定幅度的輻射干擾信號，通過功率放大器后，由電流探頭或者發射天線施加給EUT的互連電纜或者殼體表面，根據EUT測試儀器或者人工觀察獲得的EUT的工作狀態，判定其電磁敏感度指標是否合格。如果不合格就給出實際的敏感電平或者敏感點的幅度-頻率值，方便產品設計人員明確問題所在并有針對性地提出解決辦法，為正在研制的新產品或者定型產品的電磁兼容性能檢測和評定提供有效的測量手段。

（2）系統硬件組成。系統硬件設備除了提供測試環境的GTEM小室，主要由EMI測試接收機、信號發生器、功率放大器、場強探頭、主控計算機等組成；此外，為了在測試過程中對反射功率進行監測，系統還配置功率計和功率探頭，配置了主控計算機、交換機等程控設備實現自動測試。系統組成框圖如圖5所示。

圖5 系統組成框圖

GTEM小室理論上工作頻率可從直流到20GHz以上，但實際應用中輻射發射測試頻率一般不低于250kHz；輻射敏感度頻率范圍主要取決于配置的功率放大器，從解決用戶測試急需出發，本項目配置一臺放大器，頻率范圍80MHz～3GHz，輸出功率為200W；同樣的，EMI測試接收機（3Hz～18GHz）、信號發生器（9kHz～3GHz）、功率計（9kHz～500GHz）、功率探頭（9kHz～12GHz）的選型也都考慮了對測試設備的要求，提高投資利用率。

2 軟件設計

射頻參數測試系統軟件是自主研發的一套自動測試軟件，包括操作系統、測試支持軟件、測試管理平臺TestCenter與若干測試序列與操作員界面組成。操作系統選用微軟公司的WindowsXP或Windows7中文版，測試支持軟件包括數據庫系統、集成開發環境MicrosoftVisual Studio 2010與辦公處理軟件Office。

系統軟件采用支撐平臺+功能模塊的構架，功能模塊主要是輻射發射測試模塊和輻射敏感度測試模塊，后期可擴展國軍標電磁兼容測試模塊、國標電磁兼容測試模塊等。軟件平臺具備測試資源管理、驅動管理、自檢校準管理數據管理以及本機維護功能，各功能模塊則根據不同的測試用途配置。軟件具有以下特點：

（1）開放式系統結構。為適應射頻參數測試項目眾多的特點，滿足不同的測試項目和應用場合的需要，重點突出開放、通用等特點，在軟件頂層設計時，就應為用戶提供可組建、修改的軟件平臺，并使程序盡量簡單、通用。（2）豐富的儀器設備驅動程序庫。提供豐富的儀器設備驅動程序庫是本項目軟件的又一特點，按儀器類別將電磁兼容測試系統中所包含的所有儀器進行分類，每一類儀器的驅動程序庫包含了國內外主要廠家、公司的主要產品的驅動程序。通過這些豐富的儀器驅動程序庫，可以靈活方便地實現對同一類測量儀器中不同型號測試儀器的控制。（3）面向用戶的可擴展接口。由于不同的用戶在測試報表格式、后級數據處理方式等方面可能存在差異，因此，在后級數據處理軟件的設計過程中，我們既提供一個通常情況下的數據分析和報表打印方式，也可更具用戶需求進行定制開發，以滿足用戶特殊的需要。為了突出以上特點，在軟件頂層設計過程中將充分借鑒以往的設計經驗，最終設計出本系統的軟件頂層方案。根據功能和測試流程，整個控制軟件劃分為系統配置、自動測量、儀器驅動和數據分析等部分。其控制和測量過程如下：首先用戶根據測試項選擇系統配置和連接；在此基礎上用戶根據自己的測量參數配置測試信息，包括EUT信息和測試參數等信息；在完成以上步驟后，系統將根據上述設置，調用儀器驅動模塊，協調控制測試儀器自動完成測量；通過LAN總線測量數據結果被提取到主控計算機中，控制測量數據存儲到相應的數據庫中，以備后續報告生成及數據處理。整個測量過程完全程控，不需要用戶干預。

測量得到的數據，可以通過后級數據處理模塊進行進一步的分析處理，并產生相應的測量報告。部分軟件界面見圖6、圖7、圖8。

圖6 用戶身份核查對話框

圖7 測試項目執行界面

圖8 校準數據界面

3 結語

本方案充分考慮測試的需求以及系統的可擴展性、易操作性、實用性等要求，采用總線化、模塊化的測試技術組建的自動測試平臺；采用先進的通用測試軟件平臺、測試總線標準等技術。該方案一方面可以研究航電產品在修后的電磁兼容性能是否符合要求，完善產品承/研制廠家的產品長時間使用后電磁兼容性能的測試短板；另一方面，可以為航空電子產品修理深度提供一定的支撐。