構(gòu)建高精度脈沖器件自動(dòng)測試系統(tǒng)

前言
雷達(dá)的微波射頻系統(tǒng)主要包括混頻器、濾波器、放大器、天線等部分。其中放大器、混頻器、T/R組件為脈沖器件測試的主要對象。這些關(guān)鍵部件會(huì)對雷達(dá)的脈沖調(diào)制信號造成影響，典型的信號惡化包含：信號過沖、定降、振鈴及脈沖的寄生調(diào)制（UMOP）等。這些現(xiàn)象都會(huì)對整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的性能帶來很大影響。如使脈沖多普勒雷達(dá)的對消處理能力下降、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度檢測的分辨率下降、相控振雷達(dá)合成波束變形等。對雷達(dá)系統(tǒng)中關(guān)鍵的射頻微波器件，需要完整精確地測試其脈沖狀態(tài)下的傳輸/反射及其他性能指標(biāo)。

本文介紹的脈沖器件自動(dòng)測試系統(tǒng)，可以滿足上述測試要求，該系統(tǒng)基于Agilent PNA系列網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)，可滿足雷達(dá)系統(tǒng)和關(guān)鍵部件研發(fā)和生產(chǎn)測試的技術(shù)要求。該系統(tǒng)于2006年1月在Agilent Open Lab開發(fā)并建立。

脈沖器件S參數(shù)測試
PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀測試系統(tǒng)基于Agilent PNA高性能網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)。脈沖測試系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)分析儀、脈沖調(diào)制器、脈沖發(fā)生器、測試軟件等組成。網(wǎng)絡(luò)分析儀完成掃頻激勵(lì)信號合成和被測件響應(yīng)信號的分析。脈沖調(diào)制器完成對掃頻連續(xù)波信號的脈沖調(diào)制及放大處理。而脈沖發(fā)生器負(fù)責(zé)輸出脈沖調(diào)制信號、網(wǎng)絡(luò)分析儀觸發(fā)控制信號、被測件同步控制等信號。

圖1 Agilent脈沖S參數(shù)測試系統(tǒng)

PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀系統(tǒng)采用靈活的組合配置方式。針對不同類型的器件測試要求，可以在測試激勵(lì)功率，被測件控制信號等方面進(jìn)行擴(kuò)展。

根據(jù)測試狀態(tài)和被測件性能要求，PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀可以采用兩種不同的方法來完成對脈沖器件的測試。這兩種方法分別是寬帶模式和窄帶模式（見表1所示）。寬帶模式是指網(wǎng)絡(luò)分析儀接收機(jī)帶寬大于脈沖調(diào)制信號的帶寬，能夠?qū)y試的脈沖調(diào)制信號充分響應(yīng)，接收機(jī)在觸發(fā)控制條件下完成測試。寬帶測試模式主要適合于較寬脈沖寬度的測試要求，測試的動(dòng)態(tài)范圍與脈沖調(diào)制信號的占空比無關(guān)。窄帶模式是指接收機(jī)帶寬小于脈沖調(diào)制信號的脈沖重復(fù)頻率，通過接收機(jī)的濾波，脈沖調(diào)制信號被轉(zhuǎn)換為連續(xù)波信號，測試時(shí)不需要觸發(fā)的控制。窄帶模式適合于窄脈沖寬度狀態(tài)的測試，測試動(dòng)態(tài)范圍不受脈沖寬帶的限制。Agilent PNA網(wǎng)絡(luò)儀采用專有的數(shù)字濾波處理技術(shù)，能完成針對不同脈沖重復(fù)頻率信號的濾波處理。Agilent PNA網(wǎng)絡(luò)儀的高靈敏度接收機(jī)也確保了窄帶測試模式下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和測試精度。

圖2 脈沖網(wǎng)絡(luò)儀的寬帶測試模式

圖3 脈沖網(wǎng)絡(luò)儀的窄帶測試模式

PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀的主要技術(shù)特點(diǎn)是測試精度高。圖4為PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀分別采用窄帶方法完成20ns脈寬和寬帶法測試10μs脈寬的精度說明。

圖4 Agilent PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀的測試精度

脈沖器件雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)測試
電路的系統(tǒng)級性能指標(biāo)測試是指將被測件置于真實(shí)工作狀態(tài)下時(shí)評估其性能。對T/R組件進(jìn)行雷達(dá)系統(tǒng)級性能測試，根據(jù)雷達(dá)的工作體制輸入脈沖壓縮雷達(dá)信號，如線性調(diào)頻信號。然后對T/R組件輸出信號的功率、頻率、信噪比、調(diào)頻頻偏、調(diào)頻失真、脈沖參數(shù)進(jìn)行全面測試。這是對T/R組件工作性能最系統(tǒng)和最全面的分析測試。

圖5 T/R組件相位控制過程分析

圖6 微波器件的雷達(dá)系統(tǒng)級參數(shù)測試解決方案

集成的自動(dòng)測試系統(tǒng)
器件的測試流程在測試程序的控制下自動(dòng)完成。自動(dòng)測試程序直接運(yùn)行于PNA網(wǎng)絡(luò)儀上，不需要專門的測試計(jì)算機(jī)。這樣可大大提高測試效率，并方便測試人員操作。基于這套自動(dòng)測試系統(tǒng)，被測件的典型測試流程如圖7所示。

圖7 脈沖器件自動(dòng)測試系統(tǒng)測試流程

圖8為自動(dòng)測試軟件運(yùn)行于PNA網(wǎng)絡(luò)儀內(nèi)部的顯示界面。

Agilent脈沖網(wǎng)絡(luò)儀自動(dòng)測試系統(tǒng)特點(diǎn)
Agilent脈沖網(wǎng)絡(luò)儀測試系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點(diǎn)。
● 測試器件的種類完整
Agilent脈沖網(wǎng)絡(luò)儀測試系統(tǒng)提供對微波射頻前端關(guān)鍵部件的完整測試能力。典型測試的對象包含：天線、放大器、T/R組件、混頻器、接收機(jī)發(fā)射機(jī)的測試。測試的參數(shù)主要包含傳輸反射特性的幅度和相位指標(biāo)。
● 支持不同脈沖寬度測試要求
基于Agilent PNA網(wǎng)絡(luò)儀的脈沖系統(tǒng)可采用寬帶和窄帶兩種方法完成被測件參數(shù)測試。寬帶法適合于脈沖寬度為微秒級的測試要求。PNA網(wǎng)絡(luò)儀還可利用專利的數(shù)字濾波處理技術(shù)，滿足脈沖寬度為20ns的測試要求。

圖8 Agilent脈沖器件自動(dòng)測試系統(tǒng)界面

● 測試精度高
PNA網(wǎng)絡(luò)儀采用基于基波混頻處理的接收機(jī)，接收機(jī)靈敏度可達(dá)到     -130dBm。這是網(wǎng)絡(luò)分析儀測試精度的基本保證。PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀在脈沖寬度為20ns的脈沖測試條件下，相位參數(shù)測試的軌跡噪聲可小于0.015°。這對于T/R組件等被測件的的精確測試是非常重要的。另外在窄脈沖寬度的測試要求下，PNA網(wǎng)絡(luò)儀采用窄帶接收機(jī)處理方法，可消除寬帶處理接收機(jī)帶寬引起測試精度惡化問題。

● 測試速度快
PNA網(wǎng)絡(luò)儀的高性能接收機(jī)可保證在精度要求前提下儀表的測試速度，PNA網(wǎng)絡(luò)儀支持COM的程控方式。這可大大降低自動(dòng)測試系統(tǒng)指令執(zhí)行的時(shí)間，提高自動(dòng)測試系統(tǒng)的測試效率。另外PNA網(wǎng)絡(luò)儀本身采用Windows操作系統(tǒng)，測試軟件可直接運(yùn)行在儀表內(nèi)部，可節(jié)省測試數(shù)據(jù)傳輸所花費(fèi)的時(shí)間。
● 集成的自動(dòng)測試系統(tǒng)，使用方便
針對脈沖器件的測試，Agilent提供脈沖器件自動(dòng)測試系統(tǒng)，完成測試參數(shù)的設(shè)定和測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)。該自動(dòng)測試系統(tǒng)采用開放的系統(tǒng)配置，系統(tǒng)的激勵(lì)功率等指標(biāo)可根據(jù)被測件要求通過外置設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展。Agilent還可為用戶提供測試系統(tǒng)的低層驅(qū)動(dòng)函數(shù)，便于用戶開發(fā)自己的測試系統(tǒng)。
● 測試能力擴(kuò)展性強(qiáng)
Agilent可提供微波矢量信號源，寬帶矢量信號分析儀，寬帶峰值功率計(jì)等測試儀表。利用這些儀表可以使用復(fù)雜的雷達(dá)調(diào)制信號來測試被測件對信號的處理過程。例如：T/R組件的相位控制穩(wěn)定過程，調(diào)制質(zhì)量惡化，脈沖參數(shù)變化等。利用這些參數(shù)可以更全面地評估器件對整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)性能的影響。

 結(jié)論
該脈沖網(wǎng)絡(luò)儀測試系統(tǒng)可滿足雷達(dá)關(guān)鍵部件的測試要求。系統(tǒng)具備測試精度高、測試速度快、使用方便等特點(diǎn)。