CN107526031B - 一种基于工作时序控制的微波机械开关测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于工作时序控制的微波机械开关测试系统及方法，具体涉及测试技术领域。该系统包括矢量网络分析仪、开关网络、被测开关、第一AC/DC电源模块、第二AC/DC电源模块和PXI机箱，PXI机箱内设有第一高速数字I/O模块和第二高速数字I/O模块；矢量网络分析仪的端口1与开关网络的端口C之间通过电缆a连接，矢量网络分析仪的端口2与被测开关的端口C之间通过电缆b连接，开关网络与被测开关的端口1、端口2、端口3、端口4、端口5和端口6之间分别通过电缆c、电缆d、电缆e、电缆f、电缆g和电缆h连接，开关网络与第一AC/DC电源模块、第一高速数字I/O模块之间通过电缆i连接，被测开关与第二AC/DC电源模块、第二高速数字I/O模块之间通过电缆j连接。

Description

一种基于工作时序控制的微波机械开关测试系统及方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体涉及一种基于工作时序控制的微波机械开关测试系统及方法。

背景技术

微波机械开关具有良好的端口驻波比和插入损耗指标，主要用于测试通道的搭建和工作状态切换，在雷达、测试仪器仪表等电子设备中应用广泛。单个微波机械开关的拓扑结构主要有单刀单掷、单刀双掷、双刀双掷和单刀多掷等几类，多个开关的组合和级联可以构成更为复杂的拓扑结构。

微波机械开关对外有电源、控制和微波端口，供电方面一般是15V、24V和28V等标称值直流电源，而控制方面主要是通过输入TTL等逻辑电平的信号实现通道的通断，微波端口则是与外部被测件或者微波部件相连的端口。以单刀六掷开关为例(如图1、图2所示)，共有一个供电管脚、7个控制管脚(1个清零、6个切换控制)和7个微波端口(一个公共端口、六个支路端口)，电源和控制管脚一般集成在一个多芯连接器中。

以某型单刀六掷开关为例如图3所示，其电源控制端口有16个管脚，其中1脚为24V直流电源端，15脚为地，3、5、7、9、11、13脚分别控制1→C、2→C、3→C、4→C、5→C、6→C六个通道，TTL电平为“1”时导通，为“0”关断，16脚为复位端，TTL电平为“1”时有效，其它管脚空闲。

微波机械开关的主要技术指标为端口驻波比和插入损耗等指标，主要的测试仪器为矢量网络分析仪。目前常见的微波开关网络自动测试系统主要包括：矢量网络分析仪、开关网络、AC/DC电源1、AC/DC电源2、开关控制模块1、开关控制模块2、被测开关等，需要说明的是，为了能够实现自动测试，需要配备开关网络，以此来完成测试通道的自动搭建，其拓扑结构与被测开关一致。开关控制模块用于输出所需的TTL电平控制信号，从而实现开关通道的通断。

以单刀六掷开关为例，其自动测试系统示意图如图4所示。

在测试过程中，其连接关系为电缆a连接矢量网络分析仪端口1和开关网络端口c，电缆b连接矢量网络分析仪端口2和被测开关端口c，电缆c连接开关网络和被测开关的端口1，电缆d连接开关网络和被测开关的端口2，电缆e连接开关网络和被测开关的端口3，电缆f连接开关网络和被测开关的端口4，电缆g连接开关网络和被测开关的端口5，电缆h连接开关网络和被测开关的端口6，电缆i连接开关网络的电源控制端口，电缆j连接被测开关的电源控制端口。

主要的测试过程可以分为校准和测试两个部分，详细步骤如下：

(1)不连接被测开关，先在与开关网络1端口和矢量网络分析仪2端口之间进行全双二端口校准；

(2)依次在与被测开关相连的开关网络2端口和矢量网络分析仪2端口、开关网络3端口和矢量网络分析仪2端口、开关网络4端口和矢量网络分析仪2端口、开关网络5端口和矢量网络分析仪2端口、开关网络6端口和矢量网络分析仪2端口之间进行全双二端口校准，保存所有校准状态；

(3)连入被测开关，进行供电和复位；

(4)设置开关控制模块1、2输出TTL高电平，使得开关网络和被测开关1→被测开关C通道打通；

(5)读取矢量网络分析仪两个端口的驻波比和通道插入损耗测试值，并保存测试数据；

(6)设置开关控制模块1、2输出TTL低电平，切断开关网络和被测开关1→被测开关C通道，继续完成其它通道的测试。

现有的测试方式实现稳态下微波机械开关的性能指标的测试当然是没有问题的，但是无法实现基于工作时序控制的性能指标测试。在雷达等电子设备中，微波机械开关常用于整机校正，每个开关通道的控制信号是一个脉冲序列，而不是一个稳定的逻辑电平信号，如高电平脉宽为35ms，占空比为10％,更为致命的是，微波机械开关的动作时间一般为15ms，这就要求矢量网络分析仪在剩余的短短20ms内启动并完成测试。针对这一测试需求，目前的测试系统存在如下问题：

(1)系统中开关网络与被测微波机械开关没有同步控制，无法保证测试通道同步建立；

(2)矢量网络分析仪与开关网络、被测微波机械开关也没有同步控制，无法保证以测试通道连通触发矢量网络分析仪进行测试；

(3)每次扫描完成后，矢量网络分析仪的测试数据回传至上位计算机，所需的传输时间也影响了基于工作时序控制的性能指标测试。

总之，开关网络与被测微波机械开关同步控制、矢量网络分析仪同步扫描和测试数据传输等难题的存在都限制了基于工作时序控制的微波机械开关性能指标测试实现。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种通过采用高速数字I/O模块实现开关网络和被测开关的同步控制、矢量网络分析仪的同步扫描的基于工作时序控制的微波机械开关测试系统及方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种基于工作时序控制的微波机械开关测试系统，包括矢量网络分析仪、开关网络、被测开关、第一AC/DC电源模块、第二AC/DC电源模块和PXI机箱，所述PXI机箱内设有第一高速数字I/O模块和第二高速数字I/O模块；其中：

矢量网络分析仪的端口1与开关网络的端口C之间通过电缆a连接，矢量网络分析仪的端口2与被测开关的端口C之间通过电缆b连接，开关网络的端口1、端口2、端口3、端口4、端口5、端口6与被测开关的端口1、端口2、端口3、端口4、端口5和端口6之间分别通过电缆c、电缆d、电缆e、电缆f、电缆g和电缆h连接，开关网络与第一AC/DC电源模块、第一高速数字I/O模块之间通过电缆i连接，被测开关与第二AC/DC电源模块、第二高速数字I/O模块之间通过电缆j连接，第一高速数字I/O模块与矢量网络分析仪的外触发端口之间通过电缆k连接。

一种基于工作时序控制的微波机械开关测试方法，采用如上所述的一种基于工作时序控制的微波机械开关测试系统，包括校准和测试两个部分，具体包括以下步骤：

(1)不连接被测开关，先在与开关网络的端口1和矢量网络分析仪的端口2之间进行全双二端口校准；

(2)依次在与被测开关相连的开关网络的端口2和矢量网络分析仪的端口2、开关网络的端口3和矢量网络分析仪的端口2、开关网络端口4和矢量网络分析仪的端口2、开关网络的端5口和矢量网络分析仪的端口2、开关网络的端口6和矢量网络分析仪的端口2之间进行全双二端口校准，保存所有校准状态；

(3)连入被测开关，进行供电和复位；

(4)设置第一高速数字I/O模块和第二高速数字I/O模块同时输出高电平脉宽为35ms、占空比为10％的脉冲序列，保证开关网络和被测开关的端口1至被测开关的端口C通道打通；

(5)设置矢量网络分析仪为外触发状态，上升沿触发，触发延时为20ms；

(6)设置矢量网络分析仪一次扫描完成后将两个端口的驻波比和通道插入损耗测试数据暂存在其机内；

(7)设置第一高速数字I/O模块和第二高速数字I/O模块同时输出高电平为35ms、占空比为10％的脉冲序列，保证开关网络和被测开关的端口2至被测开关的端口C通道打通，重复矢量网络分析仪为外触发状态，上升沿触发，触发延时为20ms的步骤，完成开关网络和被测开关的端口2至被测开关的端口C通道驻波比和通道插入损耗测试；

(8)同理完成其它通道的驻波比和通道插入损耗测试，并上传测试数据。

本发明具有如下有益效果：

开关网络和被测开关实现了同步动作，保证了测试通道同步建立；

矢量网络分析仪的延时同步扫描保证了在测试通道有效时间内启动并完成测试；

在测试过程中，驻波比和通道插入损耗测试数据暂存矢量网络分析仪机内，不再占用测试时间，保证了在脉冲序列中下一个高电平时间内可以重新启动测试。

附图说明

图1为单刀六掷开关示意图；

图2为单刀六掷开关实物图；

图3为单刀六掷电源控制端口示意图；

图4为现有单刀六掷微波机械开关测试系统示意图；

图5为基于工作时序控制的微波机械开关性能指标测试系统示意图。

其中，1为矢量网络分析仪，2为开关网络，3为被测开关，4为第一AC/DC电源模块，5为第二AC/DC电源模块，6为第一高速数字I/O模块，7为第二高速数字I/O模块，8为PXI机箱，9为矢量网络分析仪的端口1，10为矢量网络分析仪的端口2，11为电缆a，12为电缆b，13为电缆c，14为电缆d，15为电缆e，16为电缆f，17为电缆g，18为电缆h，19为电缆i，20为电缆j，21为电缆k，22为开关网络的端口C，23为被测开关的端口C，24为外触发端口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

其中，PXI(PCI extensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展)是一种由NI公司发布的坚固的基于PC的测量和自动化平台。

如图5所示，一种基于工作时序控制的微波机械开关测试系统，包括矢量网络分析仪1、开关网络2、被测开关3、第一AC/DC电源模块4、第二AC/DC电源模块5和PXI机箱8，所述PXI机箱8内设有第一高速数字I/O模块6和第二高速数字I/O模块7；其中：

矢量网络分析仪的端口1(9)与开关网络的端口C22之间通过电缆a11连接，矢量网络分析仪的端口2(10)与被测开关的端口C23之间通过电缆b12连接，开关网络的端口1、端口2、端口3、端口4、端口5、端口6与被测开关的端口1、端口2、端口3、端口4、端口5和端口6之间分别通过电缆c13、电缆d14、电缆e15、电缆f16、电缆g17和电缆h18连接，开关网络2与第一AC/DC电源模块4、第一高速数字I/O模块6之间通过电缆i19连接，被测开关3与第二AC/DC电源模块5、第二高速数字I/O模块7之间通过电缆j20连接，第一高速数字I/O模块6与矢量网络分析仪1的外触发端口24之间通过电缆k21连接。

一种基于工作时序控制的微波机械开关测试方法，采用如上所述的一种基于工作时序控制的微波机械开关测试系统，包括校准和测试两个部分，具体包括以下步骤：

(1)不连接被测开关，先在与开关网络的端口1和矢量网络分析仪的端口2之间进行全双二端口校准；

(2)依次在与被测开关相连的开关网络的端口2和矢量网络分析仪的端口2、开关网络的端口3和矢量网络分析仪的端口2、开关网络端口4和矢量网络分析仪的端口2、开关网络的端5口和矢量网络分析仪的端口2、开关网络的端口6和矢量网络分析仪的端口2之间进行全双二端口校准，保存所有校准状态；

(3)连入被测开关，进行供电和复位；

(4)设置第一高速数字I/O模块和第二高速数字I/O模块同时输出高电平脉宽为35ms、占空比为10％的脉冲序列，保证开关网络和被测开关的端口1至被测开关的端口C通道打通；

(5)设置矢量网络分析仪为外触发状态，上升沿触发，触发延时为20ms；

(6)设置矢量网络分析仪一次扫描完成后将两个端口的驻波比和通道插入损耗测试数据暂存在其机内；

(7)设置第一高速数字I/O模块和第二高速数字I/O模块同时输出高电平为35ms、占空比为10％的脉冲序列，保证开关网络和被测开关的端口2至被测开关的端口C通道打通，重复矢量网络分析仪为外触发状态，上升沿触发，触发延时为20ms的步骤，完成开关网络和被测开关的端口2至被测开关的端口C通道驻波比和通道插入损耗测试；

(8)同理完成其它通道的驻波比和通道插入损耗测试，并上传测试数据。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于工作时序控制的微波机械开关测试系统，其特征在于，包括矢量网络分析仪、开关网络、被测开关、第一AC/DC电源模块、第二AC/DC电源模块和PXI机箱，所述PXI机箱内设有第一高速数字I/O模块和第二高速数字I/O模块；其中：

矢量网络分析仪的端口1与开关网络的端口C之间通过电缆a连接，矢量网络分析仪的端口2与被测开关的端口C之间通过电缆b连接，开关网络的端口1、端口2、端口3、端口4、端口5、端口6与被测开关的端口1、端口2、端口3、端口4、端口5、端口6之间对应通过电缆c、电缆d、电缆e、电缆f、电缆g和电缆h连接，开关网络与第一AC/DC电源模块、第一高速数字I/O模块之间通过电缆i连接，被测开关与第二AC/DC电源模块、第二高速数字I/O模块之间通过电缆j连接，第一高速数字I/O模块与矢量网络分析仪的外触发端口之间通过电缆k连接。

2.一种基于工作时序控制的微波机械开关测试方法，采用如权利要求1所述的一种基于工作时序控制的微波机械开关测试系统，其特征在于，包括校准和测试两个部分，具体包括以下步骤：

(1)不连接被测开关，先在与开关网络的端口1和矢量网络分析仪的端口2之间进行全双二端口校准；

(2)依次在与被测开关相连的开关网络的端口2和矢量网络分析仪的端口2、开关网络的端口3和矢量网络分析仪的端口2、开关网络端口4和矢量网络分析仪的端口2、开关网络的端5口和矢量网络分析仪的端口2、开关网络的端口6和矢量网络分析仪的端口2之间进行全双二端口校准，保存所有校准状态；

(3)连入被测开关，进行供电和复位；

(4)设置第一高速数字I/O模块和第二高速数字I/O模块同时输出高电平脉宽为35ms、占空比为10％的脉冲序列，保证开关网络和被测开关的端口1至被测开关的端口C通道打通；

(5)设置矢量网络分析仪为外触发状态，上升沿触发，触发延时为20ms；

(6)设置矢量网络分析仪一次扫描完成后将两个端口的驻波比和通道插入损耗测试数据暂存在其机内；

(7)设置第一高速数字I/O模块和第二高速数字I/O模块同时输出高电平为35ms、占空比为10％的脉冲序列，保证开关网络和被测开关的端口2至被测开关的端口C通道打通，重复矢量网络分析仪为外触发状态，上升沿触发，触发延时为20ms的步骤，完成开关网络和被测开关的端口2至被测开关的端口C通道驻波比和通道插入损耗测试；

(8)同理完成其它通道的驻波比和通道插入损耗测试，并上传测试数据。