CN111273110B - 一种微波元器件s参数全温自动测试系统及测试方法 - Google Patents

一种微波元器件s参数全温自动测试系统及测试方法 Download PDF

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Abstract

一种微波元器件S参数全温自动测试系统及测试方法，包括工控机、综合软件平台、矢量网络分析仪、高低温试验箱、测试模块、待测件；所述工控机主机为所述综合软件平台提供运算处理和数据存储；所述综合软件平台安装于所述工控机主机中，对高低温试验箱和矢量网络分析仪进行控制和数据交换；所述矢量网络分析仪通过LAN线与工控机主机LAN口连接，通过测试线与测试模块连接；所述高低温试验箱通过LAN线与工控机主机LAN口连接；所述测试模块与待测微波元器件置于所述高低温试验箱恒温区域内。可按要求设置测试频率点、起始温度、温度间隔、终点温度，自动实现所有温度点S参数的测量和数据处理。广泛用于各种微波元器件S参数测试。

Description

一种微波元器件S参数全温自动测试系统及测试方法
技术领域
本发明属于微波网络参数测试领域，具体来说，属于微波元器件参数测试领域，更进一步来说，属于微波元器件S参数自动测试领域。
背景技术
微波系统在这实际的工作环境中，由于工作环境温度的变化，组成微波系统的各组件及其元器件的相关电性能参数会发生一定的温度漂移，从而造成微波系统因温度变化而产生信号偏差。为此，用于各种温度补偿的微波元器件应运而生，如温度补偿衰减器等。这些用于温度补偿的各种微波元器件，非常重要的技术指标是温度补偿系数，即温度每变化1℃时相关参数指标的变化情况，如温度补偿衰减器随温度变化的衰减量，需要测试全工作温度范围（简称全温）的相关参数变化情况。目前常规温度补偿系数的测试方法为：在相应微波元器件的工作温度范围内，每隔一定的工作温度间隔（如20℃）进行一次从直流（DC）至最高工作频率的S参数测试，记录每一个温度点下不同频率点时的S参数，测试完所有温度点后，需要对记录数据进行数据拟合，得到曲线斜率，计算相应参数的温度补偿系数。这种测试方法全过程完全依赖人工操作、记录与分析，工作量大，工作繁琐，难免存在操作或记录错误，准确性、一致性和重复性较差，经常的返工和重复测试，需要消耗大量时间和人力物力，成本高，且可靠性低。本发明的技术方案旨在为解决这一技术问题。
在中国专利数据库中涉及微波元器件S参数全温自动测试系统及测试方法的专利有《通信设备测试装置》公开（公告）号为CN102437885A，《一种采用局域网接口的X频段高功率脉冲S参数自动测试系统及方法》公开（公告）号为CN103323824A，《高频自动测试系统及方法》公开（公告）号为CN104931819A，《新型在片S参数误差校准方法和装置》公开（公告）号为CN109444717A，《一种芯片电容S参数测试夹具及测试方法》公开（公告）号为CN110333373A，《一种基站天线的S参数自动测试系统》公开（公告）号为CN206270416U，《基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法及装置》公开（公告）号为CN109444547A。然而迄今为止，尚无采用本发明所述的技术方案解决微波元器件S参数全工作温度自动测试问题的申请件。
发明内容
本发明旨在解决微波元器件S参数全工作温度测试全过程完全依赖人工操作、记录与分析，工作量大，工作繁琐，难免存在操作或记录错误，准确性、一致性和重复性较差，经常的返工和重复测试，需要消耗大量时间和人力物力，成本高，且可靠性低等问题。
为了解决上述问题，本发明采用如图1所示的S参数全温自动测试系统结构框图和如图2所示的S参数全温自动测试流程图。具体技术方案详述如下：
一种微波元器件S参数全温自动测试系统，包括工控机主机、综合软件平台、矢量网络分析仪、高低温试验箱、测试模块、待测微波元器件、高频线缆等。
所述工控机主机包括至少两个局域网LAN口，主要功能是为所述综合软件平台提供运算处理和数据存储。
所述综合软件平台包含综合平台软件，安装于所述工控机主机中，主要功能是对高低温试验箱和矢量网络分析仪进行控制和数据交换。
所述综合平台软件包括：登陆模块、程序录入模块、通讯协议接入模块、报表导出模块、巡检测试模块、核心算法模块、实时数据显示模块、定时高低温试验箱控制和温度及矢量网络分析仪数据采集模块、数据录入和输出模块。
（1）登陆模块
该模块用于使用账号的新建删除，权限的赋予，登陆状态的锁定和密码设定。
（2）程序录入模块
该模块为测试器件各批次信息的录入，如试验员，通道数，试验时间，结束时间，试验时长，温度控制循环段的设定等等。
（3）通讯协议接入模块
该模块用于软件主体接入矢量网络分析仪的VISA通讯协议，以及挂在高低温试验箱的通讯协议接口，达到遥控指令的发送和测试数据的回读。
（4）报表导出模块
该模块操作数据库实时记录各批次测试数据及导出固定格式报表。
（5）巡检测试模块
该模块设定实时巡检时间1分钟至999分钟可设。
（6）核心算法模块
该模块遵循矢量网络分析仪的VISA通讯协议和高低温试验箱通讯协议解析设备回读数据分析，处理各数据指定发送给数据录入模块和数据显示模块。
（7）实时数据显示模块
该模块衔接核心算法模块，接受算法模块给出的指定信息，实时显示并判定数据有效可靠性。
（8）定时高低温试验箱控制、温度控制及矢量网络分析仪数据采集模块
该模块通过巡检模块和程序录入模块定时发送VISA和高低温试验箱通讯协议发送读写指令，控制矢量网络分析仪及环境试验箱，读取和控制试验条件以及实时读取测试数据后发送给核心算法模块做数据处理。
（9）数据录入和输出模块
该模块接受核心算法模块分析后的结果实时保存相应批次的后台数据库，同时又衔接报表导出模块做数据抽取导出算法。
在软件平台设置温度-时间变化程序，软件平台通过GPIB协议对高低温试验箱进行控制。软件平台与矢量网络分析仪通过VISA通讯协议进行数据的读取采集。
所述矢量网络分析仪通过LAN线与工控机主机LAN口连接，通过所述高频线缆与所述测试模块连接。
所述高低温试验箱通过LAN线与工控机主机LAN口连接。
所述测试模块置于所述高低温试验箱恒温区域内，包括与待测微波元器件相配合的微波元器件及夹具。
所述待测微波元器件与所述测试模块通过所述夹具高频连接。
所述高低温试验箱为高低温交变湿热试验箱，恒温范围：-70～+150℃。
所述高低温交变湿热试验箱的型号为：广州五所ESL-02KA。
所述网络分析仪的型号为罗德&施瓦茨ZNB20。
所述微波元器件S参数全温自动测试系统的测试方法，包括如下步骤：
（1）开始，开启所述工控机主机、综合软件平台、矢量网络分析仪、高低温试验箱，连接所述测试模块及所述待测微波元器件，并置于所述高低温试验箱内，完成整个准备工作；
（2）参数设置，在综合软件平台中设置：测试起始温度T0、温度间隔△T、终点温度；测试点温度保温时间；测试信号频率；S参数测试类别；
（3）点击测试按钮唤醒高低温试验箱开始工作；
（4）高低温试验箱内感温器实时监控；
（5）综合软件平台按设定时间间隔读取数据；
（6）高低温试验箱温度达到设置温度后，按设定的保温时间开始保温；
（7）按不同频率点，进行S参数测试；
（8）保温时间结束后，软件平台对该温度点S参数数据进行保存；
（9）然后执行下一个温度点的测试，直至完成设置中的全部温度点的测试，此时测试工作全部完成；
（10）关闭高低温试验箱；
（11）数据处理，生成S测试参数数据表格；
（12）数据拟合，得出不同频率点下S参数随温度变化曲线以及不同频率点下的衰减量温度系数。S参数随温度变化曲线如图3所示。
附图说明
图1 为微波元器件S参数全温自动测试系统结构框图。
图2为1GHz下微波元器件S参数全温自动测试流程图。
图3为1GHz下微波元器件S参数随温度变化曲线图。
具体实施方式
以微波元器件TVA-4N9温度补偿衰减器全温范围内S参数测试为例，实施过程详述如下：
1、参数设置：在综合软件平台进行参数设定，测试频率点设置为1GHz、3GHz和6GHz，测试起始温度T0为-55℃、温度间隔△T为20℃、终点温度125℃；测试点温度保温时间为30min，测试温度补偿衰减器的衰减量S21和驻波比S11两个参数。
2、点击测试按钮，开始测试。
3、综合软件平台通过LAN线连接高低温交变湿热箱，按照参数设置第一个温度点-55℃定值运行，高低温湿热箱内感温器实时监测箱内温度，所述综合软件平台每分钟读取一次箱内温度数据，软件平台在第一次感应到温度点-55℃时开始保温工作，保温30min后，软件平台保存-55℃下1GHz、3GHz和6GHz频率点的S21和S11数据。
4、保存存-55℃测试数据后，开始执行下一个温度点-35℃，以此类推，直至完成最后一个温度点125℃后执行关闭高低湿热箱工作。
5、软件平台保存并处理数据。衰减量温度系数TCA=斜率（Slope）/衰减量@25℃，斜率是在某频点时不同温度下的衰减量线性拟合直线的斜率。最终表现形式有Excel格式的原始数据，数据示意如表1、表2所示，某频率下的S参数曲线示意图如图3所示。
表1 不同频率下衰减量S21在不同温度下的变化情况
Figure 328335DEST_PATH_IMAGE002
表2 不同频率下驻波比S11在不同温度下的变化情况
Figure 714317DEST_PATH_IMAGE004
通过本实施例的实施，整个测试过程以自动测试为主，节省了大量的测试时间，减少了大量的人力物力。测试准确性、一致性、重复性、可靠性高，测试一次性通过率大幅提升，测试成本大大降低。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
综上所述，本发明提供的微波元器件S参数全温自动测试系统及测试方法，解决了微波元器件S参数全工作温度测试全过程完全依赖人工操作、记录与分析，工作量大，工作繁琐，难免存在操作或记录错误，准确性、一致性和重复性较差，经常的返工和重复测试，需要消耗大量时间和人力物力，成本高，且可靠性低等问题，在微波元器件S参数测试领域具有很大的利用空间和使用价值。

Claims (8)

1.一种微波元器件S参数全温自动测试系统，其特征在于：所述微波元器件S参数全温自动测试系统包括工控机主机、综合软件平台、矢量网络分析仪、高低温试验箱、测试模块、待测微波元器件、高频线缆；
所述工控机主机包括至少两个局域网LAN口，主要功能是为所述综合软件平台提供运算处理和数据存储；
所述综合软件平台包含综合平台软件，安装于所述工控机主机中，主要功能是对高低温试验箱和矢量网络分析仪进行控制和数据交换；
所述综合平台软件包括登陆模块、程序录入模块、通讯协议接入模块、报表导出模块、巡检测试模块、核心算法模块、实时数据显示模块、定时高低温试验箱控制和温度及矢量网络分析仪数据采集模块、数据录入和输出模块，各模块功能如下：
（1）所述登陆模块：该模块用于使用账号的新建删除，权限的赋予，登陆状态的锁定和密码设定；
（2）所述程序录入模块：该模块为测试器件各批次信息的录入，包括试验员，通道数，试验时间，结束时间，试验时长，温度控制循环段的设定；
（3）所述通讯协议接入模块：该模块用于软件主体接入矢量网络分析仪的VISA通讯协议，以及挂在高低温试验箱的通讯协议接口，达到遥控指令的发送和测试数据的回读；
（4）所述报表导出模块：该模块操作数据库实时记录各批次测试数据及导出固定格式报表；
（5）所述巡检测试模块：该模块设定实时巡检时间1分钟至999分钟可设；
（6）所述核心算法模块：该模块遵循矢量网络分析仪的VISA通讯协议和高低温试验箱GPIB通讯协议解析设备回读数据分析，处理各数据指定发送给数据录入模块和数据显示模块，通过GPIB协议对高低温试验箱进行控制，通过VISA通讯协议与矢量网络分析仪进行数据的读取采集；
（7）所述实时数据显示模块：该模块衔接核心算法模块，接受算法模块给出的指定信息，实时显示并判定数据有效可靠性；
（8）所述定时高低温试验箱控制、温度控制及矢量网络分析仪数据采集模块：该模块通过巡检模块和程序录入模块定时发送VISA和高低温试验箱通讯协议发送读写指令，控制矢量网络分析仪及环境试验箱，读取和控制试验条件以及实时读取测试数据后发送给核心算法模块做数据处理；
（9）所述数据录入和输出模块：该模块接受核心算法模块分析后的结果实时保存相应批次的后台数据库，同时又衔接报表导出模块做数据抽取导出算法；
所述矢量网络分析仪通过LAN线与工控机主机LAN口连接，通过所述高频线缆与所述测试模块连接；
所述高低温试验箱通过LAN线与工控机主机LAN口连接；
所述测试模块置于所述高低温试验箱恒温区域内，包括与待测微波元器件相配合的微波元器件及夹具；
所述待测微波元器件与所述测试模块通过所述夹具高频连接。
2.如权利要求1所述的微波元器件S参数全温自动测试系统，其特征在于：所述高低温试验箱为高低温交变湿热试验箱，恒温范围：-70～+150℃。
3.如权利要求1所述的微波元器件S参数全温自动测试系统，其特征在于：所述待测微波元器件为温度补偿衰减器。
4.如权利要求1所述的微波元器件S参数全温自动测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）开始，开启所述工控机主机、综合软件平台、矢量网络分析仪、高低温试验箱，连接所述测试模块及所述待测微波元器件，并置于所述高低温试验箱内，完成整个准备工作；
（2）参数设置，在综合软件平台中设置：测试起始温度T0、温度间隔△T、终点温度；测试点温度保温时间；测试信号频率；S参数测试类别；
（3）点击测试按钮唤醒高低温试验箱开始工作；
（4）高低温试验箱内感温器实时监控；
（5）综合软件平台按设定时间间隔读取数据；
（6）高低温试验箱温度达到设置温度后，按设定的保温时间开始保温；
（7）按不同频率点，进行S参数测试；
（8）保温时间结束后，软件平台对该温度点S参数数据进行保存；
（9）然后执行下一个温度点的测试，直至完成设置中的全部温度点的测试，此时测试工作全部完成；
（10）关闭高低温试验箱；
（11）数据处理，生成S测试参数数据表格；
（12）数据拟合，得出不同频率点下S参数随温度变化曲线以及不同频率点下的衰减量温度系数。
5.如权利要求4所述的测试方法，其特征在于：所述测试信号频率设置为1GHz、3GHz和6GHz。
6.如权利要求4所述的测试方法，其特征在于：所述测试起始温度T0为-55℃、温度间隔△T为20℃、终点温度125℃、保温时间设置为30min。
7.如权利要求4所述的测试方法，其特征在于：所述读取数据的时间间隔为每分钟读取一次箱内温度数据。
8.如权利要求4所述的测试方法，其特征在于：所述S参数的测试类别为衰减量S21和驻波比S11两个参数。
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