CN103954946B - 一种tr组件调试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TR组件调试仪，包括电源控制模块、主控模块、时序控制模块、人机交互模块和检测与保护模块，其中主控模块分别与电源控制模块、时序控制模块、人机交互模块和检测与保护模块相连，本发明为T/R组件提供测试电源，解决了T/R组件调试仪无自带电源的问题，设有人机交互模块，可通过该模块输入不同T/R组件测试需要的参数，用户通过该模块也可观测到T/R组件的工作情况，时序控制模块可产生T/R组件测试所需要的时序信号和组合脉冲信号，主控模块对上述各个模块的工作进行控制和检测，保证整个仪器的正常工作和安全运行。

Description

一种TR组件调试仪
技术领域
本发明涉及TR组件测试技术，具体涉及一种TR组件调试仪。
背景技术
在现代雷达技术中，相控阵雷达，特别是有源相控阵雷达占有十分重要的地位，其中T/R组件是整个雷达的关键部件之一，T/R组件的研制成本、稳定性和可靠性决定了整个雷达研制的周期、造价和可靠性指标，有源相控阵雷达自20世纪50年代问世以来，在地、海、空、天的雷达中都得到广泛应用。有源相控阵的每个天线阵元连接具有完整收发功能的T/R组件，完成独立的移相和幅度控制。
T/R组件的涉及和制造是有源相控阵雷达的关键技术之一。其性能指标的好坏将影响相控阵雷达系统的发现能力、收发波束副瓣大小、指向精度和作用距离等技术指标，在整个雷达系统的组成成本中，T/R组件占三分之一以上的比例，是整机系统成本高低的决定性因素；组件稳定性、可靠性和可维修性能指标的优劣，很大程度上决定了雷达整机系统的日常使用和维护费用。这些因素都是系统设计师在整机体制取舍时重要的考虑因素。
由于T/R组件在雷达天线中的重要作用，决定了T/R组件性能的重要性，因此T/R组件在投入使用之前都要进行严格的调试或测试等工作，保证应用在雷达天线上的T/R组件有足够优异的性能，所以T/R组件的调试工作一直都是T/R组件生产所必不可少的环节之一。
T/R组件在测试时往往需要用到网络分析仪、频谱分析仪、信号源、噪声分析仪、稳压源等仪器，稳压源为T/R组件提供测试所需要的电压，网络分析仪或者信号源为T/R组件提供测试信号，T/R组件在进行调试时，同时需要很多测试仪器的配合，在T/R组件测试的过程中，首先首要使用稳压源为T/R组件进行供电，以保证T/R组件内的各元器件正常工作，同时需要使用信号源为T/R组件提供信号，以测试T/R组件的接收信号和发射信号的性能，这就使得几个仪器同时需要协调的工作，才能保证T/R组件调试的正常进行，一旦有仪器出了问题，就需要对所有的仪器进行排查，过程十分繁琐，比如，T/R组件输出端的波形异常，首先需要测试稳压源提供的电压是否是正常工作需要的电压，电压源无问题，则需要使用频谱分析仪对信号源发出的信号进行测试，查看信号源发出的信号是否正常，如果输入到T/R组件中的信号正常，则才能确定是T/R组件本身的问题，当T/R组件测试需要的仪器更多时，则需要一一进行排查的仪器就更多，不但给整个测试流程带来了很多繁琐，同时也不利于测试的准确性。
现有的T/R组件调试仪本身并不提供T/R组件调试所需要的测试电压，同时现有的T/R组件调试仪只能针对固定型号的T/R组件进行测试，如果T/R组件的型号不同，则同一个仪器无法进行测试，那是因为现有的T/R组件调试仪的结构决定了其无法对其内部的频率和产生的测试脉冲进行调节，只能进行产生固定频率的测试脉冲，无法通过人工输入参数指标生成相对应的测试脉冲，从而不利于T/R组件测试的发展和进步，更不利于对T/R组件进行全方位的测试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种TR组件调试仪，设有电源控制模块，为T/R组件提供测试电源，解决了T/R组件调试仪无自带电源的问题，设有人机交互模块，可通过该模块输入不同T/R组件测试需要的参数，用户通过该模块也可观测到T/R组件的工作情况，时序控制模块可产生T/R组件测试所需要的时序信号和组合脉冲信号，主控模块对上述各个模块的工作进行控制和检测，保证整个仪器的正常工作和安全运行。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种TR组件调试仪，包括电源控制模块、主控模块、时序控制模块、人机交互模块和检测与保护模块，其中主控模块分别与电源控制模块、时序控制模块、人机交互模块和检测与保护模块相连；
主控模块：包括单片机模块，单片机模块根据用户通过人机交互模块的设定，控制T/R组件调试仪内部的时序和电源，同时采集数据并进行存储，通过软件对T/R组件调试仪进行内部保护；
人机交互模块：包含仪器屏幕、外壳以及PC界面，外壳上设有输入按键、本机按键、组件按键和功放按键，仪器屏幕和PC界面均与单片机模块相连，用户可通过PC界面和外壳上的各部件进行参数设置；
电源控制模块：包括AC转DC模块，第一MOS开关、第二MOS开关、DA控制和稳压芯片模块，AC转DC模块通过第一MOS开关与稳压芯片模块相连，稳压芯片模块通过第二MOS开关输出三路电压，三路输出电压中一路输出电压接功放按键，另外两路输出电压接组件按键，单片机模块通过DA控制与稳压芯片模块相连，AC转DC模块与第一MOS开关之间设有AD采样点，稳压芯片模块与第二MOS开关之间也设有AD采样点，两个AD采样点与单片机模块相连；
时序控制模块：包括FPGA模块、晶振和缓存驱动芯片，FPGA模块分别与晶振、单片机模块和缓存驱动芯片相连，晶振为FPGA模块产生基准时钟，单片机模块接收人机交互模块输入的参数，根据所得的参数发送相应的指令给FPGA模块，FPGA模块根据基准时钟和单片机模块发送的指令产生T/R组件测试所需要的时序信号和组合脉冲；
检测与保护模块：包括单片机模块和异常报警电路，所述异常报警电路包括运算放大器、AC转DC模块、与非门和报警器，运算放大器的两个输入端与两个AD采样点相连，运算放大器的输出端与比较器的一个输入端相连，比较器的另一个输入端设置基准电压，比较器的输出端、与非门和报警器依次相连。
AC转DC模块输入端与外接电源相连，通过电源控制模块为整个T/R组件调试仪进行供电，稳压芯片模块产生T/R组件测试所需要的电压，并通过单片机模块的控制功放按键和组件按键进行输出；
仪器屏幕显示T/R组件测试需要的参数和电压控制模块输出的电压和电流数值，用户通过外壳的输入按键和PC界面输入T/R测试需要的参数，单片机模块收到输入的参数后，发送给电源控制模块产生相应的电压，同时发送给时序控制模块产生相应的测试脉冲；
单片机模块通过对各处的电流和电压进行采样，与其内部的标准值进行比较，时刻判断电路是否发生故障，若电路的电压值和电流值出现异常，单片机模块控制面板上的报警灯点亮，提示用户；单片机模块的两个AD采样点采集的电流值经过运算放大器后得出该点的电压值，该点的电压值与比较器中预先输入的比较电压进行比较，比较结果经过与非门的判断后，超出设定的最大异常值，从而触发报警器，单片机模块切断整个电源输入，为T/R组件调试仪断电。
作为本发明的进一步优化方案，所述的时序控制模块产生的时序信号包括CLK信号、DATA信号、SEL信号、DARY信号、IR信号。
作为本发明的进一步优化方案，所述的时序信号在高频测试时经过低压差分信号处理。
作为本发明的进一步优化方案，所述的稳压芯片模块采用的稳压芯片型号为LT1963。
作为本发明的进一步优化方案，：所述的检测与保护模块中，所述的两个AD采样点采集的电流值经过运算放大器后得出该点的电压值，该点的电压值与AC转DC模块中预先输入的比较电压进行比较，比较结果经过与非门的判断后，触发报警器。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
第一、本发明设有电源控制模块，采用稳压芯片进行分压输出T/R组件测试所需要的电压，为T/R组件提供测试电源，解决了T/R组件调试仪无自带电源的问题；
第二、本发明设有人机交互模块，使用者可通过T/R组件调试仪的面板，输入不同T/R组件测试需要的参数，使用者通过该模块也可观测到T/R组件的工作情况；
第三、本发明设有时序控制模块可产生T/R组件测试所需要的时序信号和组合脉冲信号，主控模块对上述各个模块的工作进行控制和检测，保证整个仪器的正常工作和安全运行。
附图说明
图1、本发明的系统结构示意图；
图2、本发明的电源控制模块电路示意图；
图3、本发明的故障检测流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开一种TR组件调试仪，如图1所示，包括电源控制模块、主控模块、时序控制模块、人机交互模块和检测与保护模块，其中主控模块通过串口总线分别与人机交互模块和时序控制模块相连，主控模块通过控制总线分别与电源控制模块和检测与保护模块相连；
主控模块：包括单片机模块，单片机模块通过串口总线与人机交互模块相连，单片机模块根据用户通过人机交互模块的设定，控制T/R组件调试仪内部的时序和电源，同时采集数据并进行存储，通过软件对T/R组件调试仪进行内部保护。
人机交互模块：包含仪器屏幕、外壳以及PC界面，外壳上设有数字键盘、输入按键、本机按键、组件按键和功放按键，仪器屏幕和PC界面均与单片机模块相连，用户可通过PC界面和外壳上的各部件进行参数设置；
电源控制模块：如图2所示，电源控制模块包括AC转DC模块，第一MOS开关、第二MOS开关、DA控制和稳压芯片模块，AC转DC模块通过第一MOS开关与稳压芯片模块相连，稳压芯片模块通过第二MOS开关输出三路电压，三路输出电压中一路输出电压接功放按键，另外两路输出电压接组件按键，单片机模块通过DA控制与稳压芯片模块相连，AC转DC模块与第一MOS开关之间设有AD采样点，稳压芯片模块与第二MOS开关之间也设有AD采样点，两个AD采样点与单片机模块相连；
时序控制模块：包括FPGA模块、晶振和缓存驱动芯片，FPGA模块分别与晶振、单片机模块和缓存驱动芯片相连，晶振为FPGA模块产生基准时钟，单片机模块接收人机交互模块输入的参数，根据所得的参数发送相应的指令给FPGA模块，FPGA模块根据基准时钟和单片机模块发送的指令产生T/R组件测试所需要的时序信号和组合脉冲，时序信号和组合脉冲经过缓存驱动芯片后输出；
检测与保护模块：包括单片机模块和异常报警电路，所述异常报警电路包括运算放大器、AC转DC模块、与非门和报警器，运算放大器的两个输入端与两个AD采样点相连，运算放大器的输出端与比较器的一个输入端相连，比较器的另一个输入端设置基准电压，比较器的输出端、与非门和报警器依次相连；
AC转DC模块输入端与外接电源相连，通过电源控制模块为整个T/R组件调试仪进行供电，稳压芯片模块产生T/R组件测试所需要的电压，并通过单片机模块的控制功放按键和组件按键进行输出；
AC转DC模块通电后单片机模块通过第一AD采样点对AC转DC模块输出端的源电压进行检测，并判断AC转DC模块输出端的源电压数值，确保AC转DC模块正常工作，防止AC转DC模块出现故障，导致源电压过大烧毁仪器，源电压数值超出误差范围时，单片机模块发送报警信号，提示用户电路出现故障，无法正常使用，第一MOS开关不导通，阻断异常电压的传输，电源控制电路无电压输出，保护电路安全，源电压数值位于误差范围内，第一MOS开关导通，源电压输入稳压芯片模块进行分压处理；
单片机模块通过DA控制中的基准电压来控制稳压芯片模块，从而输出需要的电压，通过DA控制后，稳压芯片模块产生的分压不易产生大的误差，不会给电路造成欠压或者过压的现象，不但有利于T/R组件的测试，同时也能有效的保护电路的安全，稳压芯片模块输出三路电压，单片机模块通过第二AD采样点、第三AD采样点和第四AD采样点分别对稳压芯片模块的三路输出电压进行采样，采样后与标准值进行比较判断，如果采样值在误差范围内，与该采样值相对应的MOS开关则进行导通进行电压输出，如果该采样值超出误差范围，该对应的MOS开关不导通，则电源控制电路无电压输出，有效的保护输出电压接口端待测试的T/R组件的安全，第二AD采样点、第三AD采样点和第四AD采样点的采样数值均在误差范围内，则第二MOS开关、第三MOS开关、第四MOS开关均导通并输出相应的电压；
单片机模块检测各个采样点的电压值均正常后，单片机模块向本机按键、组件按键和功放按键发送使能信号，使用者按下本机按键后，电压输出到组件按键端和功放按键端，使用者按下功放按键后，第二MOS开关输出的电压经过功放按键输出，使用者按下组件按键后，第三MOS开关输出的电压和第四MOS开关输出的电压经过组件按键输出，在电压输出过程中，一旦某个采样点的电压值发生异常，单片机模块则发送报警信号，并切断电压输出。
仪器屏幕显示T/R组件测试需要的参数和电压控制模块输出的电压和电流数值，用户通过外壳的输入按键和PC界面输入T/R测试需要的参数，单片机模块收到输入的参数后，发送给电源控制模块产生相应的电压，同时发送给时序控制模块产生相应的测试脉冲；
具体过程如下：晶振产生固定频率的周期信号，FPGA对周期频率信号的高低电平计数，通过人机交互模块输入的计算脉冲信号所需要的频率、占空比以及t1、t2、t3和t4的值，主控模块接收输入的计算脉冲信号所需要的频率、占空比以及t1、t2、t3和t4的值，并将计算脉冲信号所需要的频率、占空比以及t1、t2、t3和t4的值发送给FPGA，FPGA根据得到的频率和占空比和对晶振信号高低电平的计数，得出T_R信号的波形，FGPA根据所得T_R信号波形的的上升沿和下降沿，并根据t1、t2、t3和t4的值计算出T信号和R信号。
单片机模块通过对各处的电流和电压进行采样，与其内部的标准值进行比较，时刻判断电路是否发生故障，若电路的电压值和电流值出现异常，单片机模块控制面板上的报警灯点亮，提示用户；单片机模块所的两个AD采样点采集的电流值经过运算放大器后得出该点的电压值，该点的电压值与比较器中预先输入的比较电压进行比较，比较结果经过与非门的判断后，超出设定的最大异常值，从而触发报警器，单片机模块切断整个电源输入，为T/R组件调试仪断电。
T/R组件调试仪内部的故障检测过程如图3所示：
步骤一：插电后，首先单片机对其各个输入输出端口和T/R组件调试仪的仪器屏幕进行初始化设置，清空仪器屏幕上的显示内容。
步骤二：单片机内部设有设定寄存器，存储T/R组件调试仪正常工作时的电流和电压数据存储，正常测试时，单片机将AD采样的电流或电压值与设寄存器的标准值进行对比，用来判断T/R组件调试仪电路是否正常工作，以便随时发现T/R组件调试仪内部故障或异常，在进行T/R组件测试时，一旦出现不可排查的故障，无法继续进行正常测试时，可停机暂停使用，此时单片机内的EEPROM将发生故障时电路的各个节点的电流和电压值进行记录并存储；
单片机对其输入输出端口和仪器屏幕进行初始化后，单片机读取EEPROM的采样寄存器中存储的T/R组件调试仪断电或故障时的采样数据，并将该数据与设定寄存器中存储的数据进行比较，判断采样数据是否有异常，如果采样数据异常，则说明电压模块供电电路出现问题，应从电源硬件电路查找。
步骤三：数据正常，单片机判断电路是否能正常供电，电路如果正常供电，输出电压正常输出时，确定功放和组件均未供电，单片机向本机按键发送使能控制，本机按键可按下，本机按键可按下，说明整个电路的供电可正常输出，电源电路处于正常工作状态，然后，单片机判断采样电路是否正常，如果采样电路出了问题，那么单片机收到的采样信号的电流和电压数据就不是实际电路工作时的电流和电压值，由此导致单片机判断电路出现了故障，实为采样电路出现问题引起的采样数据有误导致的，故需要判断采样电路是否正常，采用电路如果不正常，仍然需要从硬件电路上进行故障查找。
步骤四：采样电路无异常，将本机按键按下，T/R组件调试仪有正常电压输出，判断功放按键是否已按下，如果功放按键已按下，应将功放按键关闭，功放按键未按下，且采样电路正常，单片机对组件按键进行使能，电压会接通至对应的组件电压的输入端口，将组件的电压输出端口的电压和电流值均与标准值进行比较判断组件的电压输出端口的数据是否正常，如果数据异常，说明组件的输出端口的电路发生故障，可针对此问题进行电路问题查找。
步骤五：本机按键和组件按键已按下，单片机对功放按键进行使能，功放需要的电压会接通至功放电压的输出端口，单片机将功放电压的输出端口的电压值与标准值进行比较，判断功放电路是否正常，如果电压值有异常，则说明功放的电压输出电路有故障，需要从硬件电路进行查找。
作为本发明的进一步优化方案，所述的时序控制模块产生的时序信号包括CLK信号、DATA信号、SEL信号、DARY信号、IR信号。所述的时序信号在高频测试时经过低压差分信号处理。现有的T/R组件调试仪都只能在低频率下对T/R组件进行调试，因为当测试频率过高时，时序控制信号容易出现失真的情况，不能对T/R组件的性能进行准确的测试，在该T/R组件调试仪中加入了低压差分信号处理电路，对时序控制信号进行低压差分信号处理，将时序控制信号经过低压差分处理后得出较为平滑的时序控制信号，该方法不但为T/R组件提供了高频率下的调试功能，也保证了高频率调试下时序控制信号的稳定，使得T/R组件的调试更加准确，各个工作频段的性能都能得到检测，已保证T/R组件应用在雷达天线上时性能更加稳定，更加可靠。
作为本发明的进一步优化方案，所述的稳压芯片模块采用的稳压芯片型号为LT1963。采用稳压芯片不但可以得到稳定的电压，而且还可以降低整个电路的功耗，并且可以升压，可以温流；采用稳压芯片可以降低发热，稳压芯片的体积小，重量轻，可以减少整个电路的体积，有利于集成化，小型化的实现
作为本发明的进一步优化方案，：所述的检测与保护模块中，所述的两个AD采样点采集的电流值经过运算放大器后得出该点的电压值，该点的电压值与AC转DC模块中预先输入的比较电压进行比较，比较结果经过与非门的判断后，触发报警器。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围。凡是按照本发明提出的技术思想，以及在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种TR组件调试仪，其特征在于：包括电源控制模块、主控模块、时序控制模块、人机交互模块和检测与保护模块，其中主控模块分别与电源控制模块、时序控制模块、人机交互模块和检测与保护模块相连；
主控模块：包括单片机模块，单片机模块根据用户通过人机交互模块的设定，控制T/R组件调试仪内部的时序和电源，同时采集数据并进行存储，通过软件对T/R组件调试仪进行内部保护；
人机交互模块：包含仪器屏幕、外壳以及PC界面，外壳上设有输入按键、本机按键、组件按键和功放按键，仪器屏幕和PC界面均与单片机模块相连，用户可通过PC界面和外壳上的各部件进行参数设置；
电源控制模块：包括AC转DC模块，第一MOS开关、第二MOS开关、DA控制和稳压芯片模块，AC转DC模块通过第一MOS开关与稳压芯片模块相连，稳压芯片模块通过第二MOS开关输出三路电压，三路输出电压中一路输出电压接功放按键，另外两路输出电压接组件按键，单片机模块通过DA控制与稳压芯片模块相连，AC转DC模块与第一MOS开关之间设有AD采样点，稳压芯片模块与第二MOS开关之间也设有AD采样点，两个AD采样点与单片机模块相连；
时序控制模块：包括FPGA模块、晶振和缓存驱动芯片，FPGA模块分别与晶振、单片机模块和缓存驱动芯片相连，晶振为FPGA模块产生基准时钟，单片机模块接收人机交互模块输入的参数，根据所得的参数发送相应的指令给FPGA模块，FPGA模块根据基准时钟和单片机模块发送的指令产生T/R组件测试所需要的时序信号和组合脉冲；
检测与保护模块：包括单片机模块和异常报警电路，所述异常报警电路包括运算放大器、AC转DC模块、与非门和报警器，运算放大器的两个输入端与两个AD采样点相连，运算放大器的输出端与比较器的一个输入端相连，比较器的另一个输入端设置基准电压，比较器的输出端、与非门和报警器依次相连；
AC转DC模块输入端与外接电源相连，通过电源控制模块为整个T/R组件调试仪进行供电，稳压芯片模块产生T/R组件测试所需要的电压，并通过单片机模块的控制功放按键和组件按键进行输出；
仪器屏幕显示T/R组件测试需要的参数和电压控制模块输出的电压和电流数值，用户通过外壳的输入按键和PC界面输入T/R测试需要的参数，单片机模块收到输入的参数后，发送给电源控制模块产生相应的电压，同时发送给时序控制模块产生相应的测试脉冲；
单片机模块通过对各处的电流和电压进行采样，与其内部的标准值进行比较，时刻判断电路是否发生故障，若电路的电压值和电流值出现异常，单片机模块控制面板上的报警灯点亮，提示用户；单片机模块所的两个AD采样点采集的电流值经过运算放大器后得出该点的电压值，该点的电压值与比较器中预先输入的比较电压进行比较，比较结果经过与非门的判断后，超出设定的最大异常值，从而触发报警器，单片机模块切断整个电源输入，为T/R组件调试仪断电。
2.如权利要求1所述的一种TR组件调试仪，其特征在于：所述的时序控制模块产生的时序信号包括CLK信号、DATA信号、SEL信号、DARY信号、IR信号。
3.如权利要求2所述的一种TR组件调试仪，其特征在于：所述的时序信号在高频测试时经过低压差分信号处理。
4.如权利要求1所述的一种TR组件调试仪，其特征在于：所述的稳压芯片模块采用的稳压芯片型号为LT1963。
5.如权利要求1所述的一种TR组件调试仪，其特征在于：所述的检测与保护模块中，所述的两个AD采样点采集的电流值经过运算放大器后得出该点的电压值，该点的电压值与AC转DC模块中预先输入的比较电压进行比较，比较结果经过与非门的判断后，触发报警器。
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