微波组件自动测试系统及其分布式网络化实现

文/郑宏斌

随着系统级集成技术的发展，整机系统对微波组件的集成度要求也随之提高，组件指标参数的测试复杂度决定了组件的研发与生产效率。本文根据自动测试系统的发展现状及趋势，并结合实际应用发展，提出了具有通用性的微波组件自动测试系统，为微波组件的研发及生产提供了具有高精度、高效率的自动测试方法。

1 微波组件自动测试系统的需求及构成

1.1 微波组件的测试需求

随着自动测试系统的发展需要，新一代自动测试系统要求具有以下功能：

（1）测试参数通用化；

（2）测试接口标准化；

（3）测试过程智能化；

（4）测试系统网络化。

微波组件自动测试系统用于各类微波组件各种指标自动化测试，测试指标包括：频率、功率、谐波、杂散、增益、驻波、隔离度、相位、幅度、噪声系数、噪声系数等；常用的仪器包括频谱分析仪、矢量网络分析仪、信号源、功率计、示波器、电源等。传统的测试方法是对每个独立的指标进行单独测试，测试过程中涉及到不同的仪器时，需要人工切换不同的测试连接，而且在仪器手动切换过程中带人测试误差，测试精度及效率无法满足需求；因此具有一次性接入、仪器自动切换功能的集成化、高精度、高效率、通用化的自动测试系统是微波组件测试的最优选择。

1.2 自动测试系统硬件设计

自动测试系统的硬件平台包含主控计算机、测试仪器、开关矩阵等。主控计算机为自动测试系统的核心，通过与测试仪器、开关矩阵、待测组件等进行通信，完成系统指令发送、数据采集、测试数据解析、测试结果输出等内容；测试仪器由多个部分组成，通过标准仪器接口互联，最后通过LAN接口与主控计算机相连，测试仪器完成微波组件待测指标参数的读取；开关矩阵通过LAN或RS232接口与主控计算机相连，完成微波组件测试过程中仪器切换，同时开关矩阵内部可集成其他辅助功能模块，满足多功能测试台的功能，实现了测试接口的标准化；

自动测试系统的构成框图如图1所示。

1.3 自动测试系统软件设计

自动测试系统软件进行了模块化设计，包括仪器通信接口设计、仪器校准、输入接口设计、输出显示设计、测试模式选择、测试参数可配置、本控和远控切换功能。自动测试系统输入接口设计为参数的输入具有可存储功能，参数的输入和更改仅需一次即可完成，以后的测试过程中不需要重复的输入。

自动测试系统软件实现流程如下：

图1：自动测试系统的构成框图

（1）系统初始化：完成仪器的初始化，主控计算机通过通信接口设置每台测试仪器的测试状态、测试参数；

（2）开关矩阵初始化：建立开关矩阵的输入连接、输出连接；

（3）系统电源控制：按照微波组件上电顺序要求，依次完成微波组件的各路电源上电；

（4）指令控制：主控计算机通过LAN接口发送通信指令，使仪器、开关矩阵、待测组件进入测试状态；

（5）数据处理：主控计算机测试软件完成数据采集，并对采集的测试数据进行解析、存储并输出测试结果；

（6）状态检测：自动测试系统运行过程中，对测试状态进行实时监测，并完成故障诊断。

自动测试系统的软件设计使得整个测试过程实现了智能化、一键化测试；自动测试系统的软件设计流程图如图2所示。

2 测试系统的精度校准及效率优化

2.1 测试系统精度校准

自动测试系统的重要性能为测试过程的一致性及测试结果的准确性，在整个测试过程中测试仪器、开关矩阵、测试电缆等每个环节都会对测试结果的精度造成影响。因此测试系统在测试前应用校准处理方法完成对测试指标产生影响的环节进行校准参数采集，并将校准数据写入校准文件，在测试过程中调用校准数据文件并通过校准处理算法消除因射频电缆、射频开关、衰减状态、测试环境温度等产生的测试误差。

与传统的测试方法相比，校准数据的一次性采集与测试过程中测试误差校准方法的应用，避免了人员操作所产生的误差，提高了测试系统的使用灵活度和测试精度。

2.2 测试系统效率优化

图2：自动测试系统的软件设计流程图

自动测试系统的测试速率为系统的最基本特点，微波组件测试参数多，但测试参数也具有通用性。为了提高测试效率，自动测试系统从以下几个方面进行了优化。

（1）仪器自动切换：开关矩阵的应用实现了测试过程中实现了仪器的自动切换，避免了人工进行仪器切换带来的误差，同时提高了测试效率；

（2）功能接口扩展：开关矩阵扩展为多功能综合测试台，增加了辅助功能输入输出控制接口，并可实现编程处理，具有测试状态可配置功能；

（3）测试数据处理优化：所有采集数据的解析、处理、存储、读取等均在自动测试系统上位机软件中完成处理，数据采集和数据处理采用多线程运行方式，主控计算机后台可完成所有数据的处理；

（4）测试仪器和设备新技术的应用：在多通道收发组件测试过程中，幅度和相位数据采集时选用大于通道数目的仪器或专门开发的多通道数据采集系统，可一次性完成多通道所有数据的测试，避免了测试过程中多次更换输入输出接口的测试方式。

3 自动测试系统的分布式网络化功能实现

根据自动测试系统的发展趋势，新一代分布式网络化测试系统在功能上应该满足以下几点：

（1）实现网络测控, 用户能通过网络控制测试现场；

（2）能够满足装备专家远程实时的获取测试信息；

（3）测试数据可进行网络分析处理存储和故障诊断功能；

（4）能够查询历史数据；

（5）可以对用户登录情况进行控制统计和管理；

（6）系统具有灵活的结构, 不限于对一个现场测试系统的监测。

从图1可知，微波组件自动测试系统的分布式网络化分为用户层、单元层和设备层；用户层运行在可接入测试网络的用户机计算机或工作站中；单元层运行在自动测试软件操作平台中，完成测试设备管理、测试数据管理、通信接口管理等功能；设备层包括测试仪器、开关矩阵及待测微波组件。微波组件自动测试系统分布式网络化的实现包括以下内容：

（1）系统搭建实现了网络分布式，避免了传统的分离式测试，实现了一键化自动测试；

（2）实现了网络化数据传递，可通过网络控制测试现场，远程实时获取各测试节点的数据；

（3）主控计算机可完成不同来源的数据分析、处理和存储，实现了数据统一管理；

（4）测试过程中实现了故障检测、故障定位、故障诊断、历史数据记录。

4 结论

本文介绍了微波组件自动测试系统的通用需求，给出了自动测试系统的硬件和软件实现方法，根据实际测试过程验证，完成了测试过程中测试精度的校准和测试效率的优化；最后根据当前的发展需求及趋势，给出了微波组件自动测试系统中所实现的分布式网络化功能。