K波段T/R组件自动测试系统设计与实现

蒋玉峰　丁志钊　吴家亮　中国电子科技集团公司第四十一研究所　266555



K波段T/R组件自动测试系统设计与实现

蒋玉峰丁志钊吴家亮中国电子科技集团公司第四十一研究所266555

【文章摘要】

针对T/R组件测试参数多，复杂度高等特点，以某型雷达T/R组件为例，设计了一套针对多通道T/R组件的自动测试系统，重点阐述了测试仪器选型、大功率发射信号的调理方式和开关网络的设计。该测试系统具有稳定、高效、使用方便灵活的特点，能够满足T/R组件的测试需求。

【关键词】

T/R组件；自动测试系统；大功率测试；开关网络

0　引言

T/R组件是有源相控阵雷达中最核心、最关键的部件，而且配备的数量也非常多，一部雷达中通常有几百个甚至更多T/R组件。T/ R组件的电气性能参数多，测试的复杂度和精度要求也高、并且对重复性和一致性指标也提出了较为苛刻的要求。由此可见，T/R组件的测试工作量相当大，而且测试实现的难度非常高，同时要求测试人员具备极好的专业素养。基于以上原因，搭建高效准确的T/R组件自动测试系统就非常必要。

1　测试需求分析及方案设计

本文选取某型4通道K波段T/R组件作为被测件。此种T/R组件需要测试的参数较多，主要有发射/接收状态杂波、带内杂散、带外抑制参数，噪声系数，1dB压缩点功率，发射/接收状态端口驻波比、增益、增益平坦度和移相精度等网络参数，脉冲上升沿、下降沿、过冲等波形参数。其T/R组件最大脉冲测量功率达10W，最大连续波测量功率达2W，噪声系数测量准确度±0.3dB，被测件收发端口的驻波比小于1.4：1。对于发射输出信号来说，必须先进行衰减/耦合处理后才能进行测试，但是发射输出测试通道同时又是接收输入通道，如果不能进行合理的收发分离势必影响接收测试。因此，本系统设计的主要内容包括测试仪器选型、大功率发射信号的调理、开关网络的设计和测试软件的设计等。

1.1测试系统硬件方案

根据被测T/R组件所测参数和性能指标类型，T/R组件自动测试系统硬件主要包括信号发生器（提供激励信号）、频谱分析仪（测试杂波、杂散、带外抑制参数）、矢量网络分析仪（发射/接收状态端口驻波比、增益、增益平坦度和移相精度等网络参数）、示波器（测试脉冲上升沿、下降沿、过冲等波形参数）、噪声系数分析仪、噪声源（测试噪声系数）、功率计（功率）、程控电源、开关网络、T/R组件控制器、主控计算机、交换机以及相关连接附件等。

系统基于局域网（LAN），通过主控计算机可对任何可程控仪器进行访问和控制。主控计算机与测试仪器、T/R组件控制器和开关网络进行通讯，控制T/R组件的工作状态和切换开关矩阵中的测试通道，完成系统控制指令下达、数据采集交换处理和最终的测试结果报表输出等任务。在发射状态下，信号发生器输出激励信号至被测件端口Ⅰ（发射输入/接收输出端口），被测件在状态控制器的控制下于端口Ⅱ（发射输出/接收输入端口）处输出大功率发射信号。输出信号经开关网络切换通道到达相应的测试仪器，分别得出相应的测试数据并反馈至计算机生成报表保存。在接收状态下，端口Ⅱ作为输入端口接收来自矢量网络分析仪、信号源发生器和噪声源的激励信号，通过切换开关网络，信号送至频谱仪、噪声仪和矢量网络分析仪完成频谱、噪声系数和S参数的测试。

1.2大功率发射信号调理

由于测试仪表允许的最大功率限制，在发射状态下，T/R模块输出的大功率发射信号是无法直接进行测试的。通常做法是在T/R组件发射的输出端口接衰减器或定向耦合器，因为接收输入通道和发射输出通道的复用，若通道插损太大，虽能实现发射信号的测试，但在接收测试时，噪声电平将低于噪声仪的接收灵敏度，并且在测试接收输入端口驻波比时，也会导致矢量网络分析仪中的源泄露信号功率大于反射耦合信号功率，这都会导致这两个指标无法测试。

为避免上述情况的发生，系统采用内置耦合器的方法，实现收发分离，发射状态时开关切换至有耦合器的通路，将信号衰减至合理范围后分别利用频谱分析仪、峰值功率分析仪和矢量网络分析仪完成频谱、功率、S和波形参数的测试;接收状态时将开关切换至无定向耦合器的通路，分别利用频谱分析仪、矢量网络分析仪和噪声仪完成频谱、噪声系数和S参数的测试。

需要说明的是，将耦合器置于内部的前提是开关能够承受发射输出功率，否则必须采取其它的调理方式来实现收发分离。

1.3开关网络方案

开关网络是实现测试自动化的关键设备，主要用于完成测试通道的自动建立/断开，而且更重要的是要实现收发信号的调理。

开关网络内部由微波开关、耦合器、电缆、开关控制板、供电电源和接口转接板等组成。为达到最好的通道插损及相位一致性指标，同时为使系统具备良好的扩展性，本系统的开关网络将充分考虑可扩展性，目前可以实现6通道T/R组件的测试，可在当前开关网络的基础上进行测试规模的扩展。微波开关将选择带锁存功能以减小电源功耗并内置负载方便隔离度指标的测试。

此外，对于噪声系数的测试，由于开关网络会引入一定的失配，定向耦合器、电缆等也会带来较大的测试通道插入损耗，因此，我们建议如果利用该种方法，抛开开关网络和定向耦合器直接进行噪声系数的测试，虽然测试效率较低，但是测试精度会提高。不过开关网络也会保留噪声源和噪声仪的连接端口而备用。

2　结束与展望

本系统以某型4通道K波段T/R组件为被测件，根据被测T/R组件所测参数和性能指标类型，选用通用测试仪器和软件平台，同时新研开关网络搭建了多通道T/R组件自动测试系统。开关网络的设计充分考虑了被测件的大功率发射特性以及良好的可扩展性，在一定程度上提高了系统的兼容性。实践证明，系统关键指标噪声系数测量准确度达到±0.25dB，被测件收发端口的驻波比小于1.35:1 ;该测试系统稳定、可靠、高效，能够满足多通道T/R组件多参数的自动测试。

【参考文献】

胡明春，周志鹏，严伟．相控阵雷达收发组件技术［M］．北京: 国防工业出版社，2010．7:273-274．

【作者简介】

蒋玉峰，1988年12月生，助理工程师，主要研究方向为T/R组件自动测试系统方向。