CN105044587B - 一种基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断装置，包括探头、放大器、测试仪器、扫描架及控制器和主控计算机等；将探头作为近场天线并安装在扫描架中；所述扫描架在控制器作用下按照X、Y轴移动扫描，并耦合被测模块辐射出的电磁信号，扫描结果经过低噪声放大器放大后进行参数测量；计算机分析参数测量结果，并绘出被测模块电磁辐射强度分布图，将被测模块和已知性能正常模块的电磁辐射强度分布图进行比对找出异常区域，从异常区域反推出可能的故障点。本发明采用基于电磁辐射测试的方式避免了硬接触对微波多功能模块的损伤和阻抗失配的影响；也避免了与供电电源接触等误操作的发生，从而避免测试仪器发生损坏；诊断效率有明显提高。

Description

一种基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断装置及方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断装置，还涉及一种基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断方法。

背景技术

由于工作频段的原因，微波多功能模块的尺寸较小，结构上也比较复杂，需要测试的性能指标类型多种多样，故障诊断难度也较大。在微波多功能模块中无法像模拟电路和数字电路那样可以很方便地直接引出测试点，因此，必须加入功分、耦合和检波等测试性设计电路，但这往往会导致微波电路性能指标的下降。因此，在微波多功能模块设计过程中一般不进行或者很少进行可测试性设计，也就是说其可测试性相对不足，一旦发生故障，对故障点进行定位就显得格外困难。

目前对于微波电路多功能模块的故障诊断基本上采用专业技术人员手动测试加经验判定的方式，应当讲，还没有针对微波多功能模块的自动化故障诊断手段。一般的工作流程为：技术人员首先手动测试性能参数，根据测试结果和自身的技术水平及经验，初步判定故障源头。由于模块外一般没有测试点，只能先打开屏蔽腔体，依靠目测和测试探头对可能发生故障的区域再次进行接触性点测。由于微波电路的工作特性，接触性点测可能会带来阻抗失配甚至自激，这自然会导致测试结果发生偏差甚至错误，当然就有可能误导技术人员发生误判。出现更换器件后才发现故障没有消失，再去寻找其它可能的故障源头等现象，如此循环往复，直至故障排除。

鉴于目前的实际情况，尤其是针对复杂微波多功能模块，一般是谁研制模块，谁来进行维修，其他人即使有一定的技术水平和经验也很难在短时间内很好地开展维修工作。而且由于没有自动化的维修辅助手段，效率也较低，这在应对大批量研制和生产时捉襟见肘。此外，打开屏蔽腔体后一般采用微波探头进行接触性点测，但是点测不但会带来误判的问题，同时也可能因为尺寸小等原因与电源发生接触，从而可能带来测试仪器设备的损坏。综合以上因素，寻找一种自动化的微波多功能模块故障诊断手段就显得尤为必要。

发明内容

为提高微波多功能模块故障诊断的效率，降低对操作人员的专业素养要求，同时避免误操作的发生，本发明公开了一种基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断装置及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断装置，包括探头和扫描架；

将探头作为近场天线并安装在扫描架中；

所述扫描架在控制系统作用下按照X、Y轴移动扫描，并耦合被测模块辐射出的电磁信号，扫描结果经过低噪声放大器放大后进行参数测量；

计算机分析参数测量结果，并绘出被测模块电磁辐射强度分布图，将被测模块和已知性能正常模块的电磁辐射强度分布图进行比对找出异常区域，从异常区域反推出可能的故障点。

可选地，所述扫描架在控制系统作用下按照X、Y轴移动扫描，对关键节点块进行重点扫描测试，所述被测模块包括放大单元、滤波单元、耦合单元、衰减单元和检波单元，每个单元的输入端和输出端为关键节点。

可选地，所述异常区域为：首先对性能正常模块进行辐射功率测试，在扫描架的带动下测得性能正常模块辐射功率与位置的对应关系；然后，对被测模块进行测试，测得被测模块辐射功率与位置的对应关系；将两个对应关系进行比对，找出功率不一致的位置，即为异常区域。

可选地，所述探头为：将半刚电缆的屏蔽层和介质层切断，只留下内导体，内导体形成一个圆弧，将内导体焊接在外场屏蔽体上，形成一个近场天线。

基于上述微波电路故障诊断装置，本发明还提出了一种基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断方法，包括以下步骤：

将探头作为近场天线并安装在扫描架中；

扫描架在控制系统作用下按照X、Y轴移动扫描，并耦合被测模块辐射出的电磁信号，扫描结果经过低噪声放大器放大后进行参数测量；

计算机分析参数测量结果，并绘出被测模块电磁辐射强度分布图；

将被测模块和已知性能正常模块的电磁辐射强度分布图进行比对，找出异常区域，从异常区域反推出可能的故障点。

可选地，所述扫描架在控制系统作用下按照X、Y轴移动扫描，对关键节点块进行重点扫描测试，所述被测模块包括放大单元、滤波单元、耦合单元、衰减单元和检波单元，每个单元的输入端和输出端为关键节点。

可选地，所述异常区域的判定过程为：

首先，对性能正常模块进行辐射功率测试，测得性能正常模块辐射功率与位置的对应关系；

然后，对被测模块进行辐射功率测试，测得被测模块辐射功率与位置的对应关系；

再然后，将两个对应关系进行比对，找出功率不一致的位置，即为异常区域。

可选地，所述探头为：将半刚电缆的屏蔽层和介质层切断，只留下内导体，内导体形成一个圆弧，将内导体焊接在外场屏蔽体上，形成一个近场天线。

可选地，本发明的微波电路故障诊断方法还包括通过信号相关提取、时间门将交叉耦合的若干信号分离的步骤。

本发明的有益效果是：

(1)基于电磁辐射测试的方式避免了探头接触对微波多功能模块的损伤和阻抗失配的影响；

(2)避免了与供电电源接触等误操作的发生，从而避免测试仪器发生损坏；

(3)相对于手动测试加经验判断的方式，诊断效率有明显提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明微波电路故障诊断装置及方法的原理框图；

图2为本发明的探头的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于没有自动化的手段，目前对于微波多功能模块的故障诊断过度依赖研制人员的技术水平和经验，基本上都采用手动测试加经验判断的方式，专业素养要求高，并且效率较低。此外，还容易发生一些探头与电源接触而损坏仪器的误操作。

本发明公开了一种基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断装置及方法，用于以非接触方式自动实现微波电路的故障诊断。下面结合附图对本发明的装置及方法进行详细说明。

如图1所示，本发明基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断装置，将被测模块的屏蔽盖拆掉后，将探头作为近场天线，探头安装在扫描架中，在控制系统作用下按照X、Y轴移动扫描，并耦合被测微波多功能模块辐射出的电磁信号，尤其要对关键节点块进行重点扫描测试。扫描结果经过低噪声放大器放大后利用测试仪器进行频率、功率、频谱等参数测量，然后送入计算机进行分析，并绘出关键节点或被测模块电磁辐射强度分布图，最后将被测模块和已知性能正常模块的电磁辐射强度分布图进行比对找出异常区域，从异常区域就可以反推出可能的故障点。

在关键节点的选取上，将被测模块化分成几个独立功能的电路单元，如放大单元、滤波单元、耦合单元、衰减单元和检波单元等，每个单元的输入端和输出端就是关键节点。

在扫描测试过程中对异常区域的判定，首先对性能正常的模块进行辐射功率测试，因为扫描架参与了测试过程，那么测试所得的辐射功率与位置就形成了一种对应关系，也就是说，性能正常的模块在具体位置上的辐射功率是确定和已知的；然后，对被测模块进行测试后又可得到其辐射功率与位置的对应关系，将两个对应关系进行比对，即可找出功率不一致的位置，这也就是有可能发生故障的区域。

由于在微波频段近场辐射区很小，加上微波电路本身体积同样也不大，为了保证足够的分辨率，那么耦合天线的面积就要很小，但也导致了测试灵敏度的降低，应该根据模块的实际性能参数在这二者之间折中考虑。因此，在本发明的微波电路故障诊断装置中引入了低噪声放大器，用来放大探头耦合的微弱辐射信号，从而提高测试灵敏度。

对于辐射所用的探头，其实就是一个近场天线，也可以利用矩形波导近场探头，但是即使在26.5～40GHz频段波导尺寸仍然有7.112×3.556mm，这个尺寸对于微波电路来讲尺寸略大，这会对分辨率有一定影响。此外，利用波导探头进行测试的带宽不够宽，如BJ320波导的截至频率为21.077GHz，以下频率的测试无法开展，这就无法进行宽带测试。基于以上原因，如图2所示，本发明提出了一个小尺寸的近场天线作为探头，将2.92mm半刚电缆的屏蔽层和介质层切断，只留下内导体，内导体的长度尽量小，以恰能形成一个圆弧为宜，将内导体焊接在外场屏蔽体上形成一个近场天线。本发明的近场天线不但尺寸小，而且测试频段宽，实际测试结果从几百兆到40GHz宽带范围内都能实现信号耦合。上述2.92mm半刚电缆仅为示意性的，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适尺寸的半刚电缆。

在微波频段，信号的辐射和传播能力是很强的，加之电路本身面积小，探头所接近的区域不仅能接收到被测点的信息，还会接收到附近电路的辐射信息，即存在交叉耦合现象。例如在T/R组件高增益的级联低噪声放大器部分，如果以非接触方式测试前级小信号电路，很可能后级大信号放大电路的输出信号通过空间耦合至探头而淹没被测信号，这就需要通过信号相关提取、时间门等方法将交叉耦合的若干信号分离。

本发明的微波电路故障诊断装置及方法，基于电磁辐射测试的方式避免了探头接触对微波多功能模块的损伤和阻抗失配的影响；避免了与供电电源接触等误操作的发生，从而避免测试仪器发生损坏；相对于手动测试加经验判断的方式，诊断效率有明显提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断装置，其特征在于，包括探头、放大器、测试仪器、扫描架及控制器和主控计算机；

将探头作为近场天线并安装在扫描架中，所述探头为：将半刚电缆的屏蔽层和介质层切断，只留下内导体，内导体形成一个圆弧，将内导体焊接在外场屏蔽体上，形成一个近场天线；

所述扫描架在控制系统作用下按照X、Y轴移动扫描，并耦合被测模块辐射出的电磁信号，扫描结果经过低噪声放大器放大后进行参数测量；

计算机分析参数测量结果，并绘出被测模块电磁辐射强度分布图，将被测模块和已知性能正常模块的电磁辐射强度分布图进行比对找出异常区域，从异常区域反推出可能的故障点；所述异常区域为：首先对性能正常模块进行辐射功率测试，在扫描架的带动下测得性能正常模块辐射功率与位置的对应关系；然后，对被测模块进行测试，测得被测模块辐射功率与位置的对应关系；将两个对应关系进行比对，找出功率不一致的位置，即为异常区域。

2.如权利要求1所述的基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断装置，其特征在于，所述扫描架在控制系统作用下按照X、Y轴移动扫描，对关键节点块进行重点扫描测试，所述被测模块包括放大单元、滤波单元、耦合单元、衰减单元和检波单元，每个单元的输入端和输出端为关键节点。

3.一种基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断方法，其特征在于，

将探头作为近场天线并安装在扫描架中，所述探头为：将半刚电缆的屏蔽层和介质层切断，只留下内导体，内导体形成一个圆弧，将内导体焊接在外场屏蔽体上，形成一个近场天线；

扫描架在控制系统作用下按照X、Y轴移动扫描，并耦合被测模块辐射出的电磁信号，扫描结果经过低噪声放大器放大后进行参数测量；

计算机分析参数测量结果，并绘出被测模块电磁辐射强度分布图；

将被测模块和已知性能正常模块的电磁辐射强度分布图进行比对，找出异常区域，从异常区域反推出可能的故障点；所述异常区域的判定过程为：首先，对性能正常模块进行辐射功率测试，扫描架测得性能正常模块辐射功率与位置的对应关系；然后，对被测模块进行辐射功率测试，扫描架测得被测模块辐射功率与位置的对应关系；再后，将两个对应关系进行比对，找出功率不一致的位置，即为异常区域。

4.如权利要求3所述的基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断方法，其特征在于，所述扫描架在控制系统作用下按照X、Y轴移动扫描，对关键节点块进行重点扫描测试，所述被测模块包括放大单元、滤波单元、耦合单元、衰减单元和检波单元，每个单元的输入端和输出端为关键节点。

5.如权利要求3所述的基于电磁辐射测试的微波电路故障诊断方法，其特征在于，还包括通过信号相关提取、时间门将交叉耦合的若干信号分离的步骤。