采集卡型应答器测试台的设计与实现

董晓辉

（沈阳铁路信号有限责任公司，辽宁 沈阳110020）

应答器是基于射频识别技术的车-地信息传输系统中的地面设备。应答器通过接收车载天线的射频能量，转换为工作电能，将上级通信单元或储存芯片的报文信息以FSK 的形式发送出来，从而实现车-地通信。随着我国铁路的快速发展，应答器的应用数量越来越大。

在应答器的生产和应用过程中，需要大量的功能和性能的测试。传统的应答器测试台虽然测试功能多，但是占地面积大，且使用仪器仪表较多，成本较高，不适合在生产或应用过程中使用。有些改进的测试台虽然解决了这些问题，但是在分析应答器数据时使用的通用仪表，从而造成测试效率不高。本文中吸取了改进测试台的优点，设计并制作了一种采集卡型应答器测试台。

1 系统原理

图1 采集卡型应答器测试台结构图

采集卡型应答器测试台由信号发生器产生射频能量，经过功率放大器放大后传送给测试天线，射频能量用来激活应答器，工控机测试软件通过控制信号发生器改变输出能量大小，从而产生测试需要的不同的能量。

应答器被激活后，通过A 接口向空间辐射FSK 信号，测试天线接收到FSK 信号，并将采集到的FSK 信号进行滤波，射频开关K1 将FSK 信号传输给信号分析仪或者示波器类高速采集卡进行处理。信号分析仪测量模式设置为频谱分析，测试信号的信道功率。高速采集卡将FSK 信号转换成数值数据发送给工控机测试软件进行数据处理。测试天线上的电流探头连接功率计，功率计监控测试天线的能量大小，得到的功率值反馈给工控机以控制信号发生器的输出。

工控机的测试软件根据第二章的算法要求设计，可以实现对采集数据的分析和计算，并将分析和计算的结果通过屏幕显示，测试显示包含了测试达标范围以及测试结果，最终的测试数据以图形的形式绘出，可以直观观看测试情况以及测试结果。

图2 采集卡型应答器测试台连接图

2 测试过程

2.1 输入输出特性测量

在测试时候，将信号发生器输出设置为正弦波，频率为27.095MHz，表1 给出了27MHz 磁通量等级的Pcs 偏移量。测试应该从最低磁通量开始，递增到磁通量Φd4，然后通量应该再次递减到表中的最低磁通量。将信号分析仪设置为中心频率为4.23MHz，测量带宽为1.2MHz 的信道功率测量模式，对FSK 信号进行功率测量，通过工控机读取测量结果，工控机测试软件会记录每个射频能量及对应的FSK 信号功率，通过描点的方式显示。

表1 27MHz 磁通量偏置

2.2 上行链路信号特性测量

工控机测试软件将高速采集卡得到的FSK 波形数据进行频率、幅度分析，将fH 连续8 个波形、fL 连续7 个波形定义为1bit数据，然后进行以下形式的处理：

2.2.1 中心频率及频率偏移

对FSK 信号使用一个16bit 的窗口，从窗口中找出fHmax、fLmax、fHmin 和fLmin，使其满足：

(fLmax+fHmax)/2 < 4.234MHz+175kHz=4.409MHz；

(fLmin+fHmin)/2 > 4.234MHz-175kHz=4.059MHz；

(fHmax-fLmin)/2 < 282.24kHz×（1+7%）=302.00kHz；

图3 应答器输入输出特性测量结果图

图4 应答器上行链路信号特性测量结果图

(fHmin-fLmax)/2 > 282.24kHz×（1-7 %）=262.48kHz；

然后窗口前移1 位，直到测量结束。

2.2.2 MTIE 2

对于1 位≤τ≤5 位，MTIE 2=236×10-9s

对于5 位<τ≤50 位，MTIE 2=370×10-9s

对 于50 位<τ ≤1000 位，MTIE 2=2.5×τ×10-6/564.48+148×10-9s

其中，τ 是观察间隔（位），MTIE 是相对于平均数据率测量的。

码元平均速率被定义为1500 除以1500 个连续数据位的长度。对于任何连续的1500 位，码元平均率应为564.48kbit/s，总公差为±2.5%。

2.2.3 幅度抖动

在400us～800us 窗口内每一位的幅度抖动不超过窗口内算数平均值的+1.5/-2.0 分贝。

2.3 测试台的组装

集卡型应答器测试台使用的仪器仪表通过GPIB/USB 等通信方式与工控机机通信，滤波器选择Mini-Circuits 的SLP-10.7，低通截止频率为11MHz，前置放大器选择Mini-Circuits 的ZFL-500，截止频率为500 MHz，开关选择射频继电器JPT3，使用直流24V 供电，频带范围在DC-1GHz，器件的接头种类为SMA接头，既保证了连接可靠性，又做到小型化。连接电缆使用半钢柔性电缆，增强了整个切换单元的可靠性。由于应答器输入输出测量和上行链路信号特性测量的测试高度不同，所以在测试中增加木质垫块调整应答器的高度。

3 测试结果

通过上述设计要求，将测试台所需的仪器仪表进行组装，并将测试软件安装于测试台工控机，然后使用测试软件对应答器产品进行自动测试，应答器输入输出特性测量如图3 所示，应答器上行链路信号特性测量（中心频率及频率偏移、MTIE2、幅度抖动）如图4 所示，测试结果达到预期，满足设计要求。

4 结论

本文根据目前应答器产品的测试需求，设计制作了一种采集卡型应答器测试台，能够方便进行应答器输入输出特性测量和上行链路信号特性测量（中心频率及频率偏移、MTIE2、幅度抖动）。由于使用了高速采集卡，射频切换单元和半刚性电缆等仪表和配件，使整个测试台更加紧凑、使用方便、节省空间，提高了测试台的可靠性。同时，测试结果准确，测试软件显示结果比较直观，有利于测试台的推广应用。