CN113746498B - 一种tr组件性能综合测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种TR组件综合性能测试系统及测试方法，TR组件性能测试装置由测试软件、测试仪表、开关箱、TR组件状态控制器等组成，装置在系统总控计算机控制下完成TR组件全参数的自动测试。被测件通过测试夹具进行单次连接就能完成选定参数的自动化测试。对于不同的测试状态和测试参数，TR组件性能测试装置利用配置的开关箱完成被测件和不同测试仪表的连接。
Description
技术领域
本发明属于微波射频领域技术领域，具体涉及一种TR组件综合性能测试系统及测试方法。
背景技术
TR组件即发射/接收组件，是相控阵雷达以及现代通信的核心部件，得到广泛开发应用。一般TR组件都含有较大功率放大、高增益接收、数字移相及控制电路等，对其性能指标进行模拟测试，具有很大的工程实用意义。
现已研发出TR组件的测试系统，但多数测试系统只能针对某种频率上的TR组件进行性能测试，对于不同频率的组件需设计不同的测试软件以及适当改造硬件装置，非常不方便，成本也很高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种TR组件综合性能测试系统及测试方法，具有通用性特征，可用于对不同频率TR组件的性能测试，采用硬件、软件相结合的方式，对TR组件的综合参数进行测量和科学评估，为工程设计和教学演示提供了条件。
本发明为一种TR组件综合性能测试系统，所述测试系统包括测试仪表、开关矩阵、总控计算机、TR组件状态控制器以及程控电源，其中，
所述总控计算机与测试仪表、开关矩阵、TR组件状态控制器、程控电源分别连接，用于发送系统控制指令、数据读取与分析、测试结果的输出等任务；
所述测试仪表包含多个通用测试仪表组成；
所述程控电源用于对整个测试系统进行电源管理，并实时将电压、电流并反馈到总控计算机；
进一步的，所述开关矩阵包含10只单刀4掷开关、6只单刀双掷开关、功率放大器、衰减器组、电源及控制模块，其中，
第一单刀4掷开关的4个触点分别与有源特性连接端相连，所述有源特性连接端为由信号源产生的激励信号，不动端经过一个衰减器后连接到第一单刀双掷开关的不动端，所述第一单刀双掷开关的一个触点与第二单刀双掷开关的一个触点相连接；
所述第二单刀双掷开关的不动端与第三单刀双掷开关的不动端相连，第三单刀双掷开关的其中一个触点与功率放大器的输入端相连，另一个触点与第四单刀双掷开关的其中一个触点相连；
所述第四单刀双掷开关的另一个触点与功率放大器的输出端相连，所述第四单刀双掷开关的不动端经过一个衰减器后与第二单刀4掷开关的不动端相连，所述第二单刀4掷开关的4个触点与EUT输入端相连，即TR组件相连；
所述第一单刀双掷开关的另一个触点与第二单刀双掷开关的另一个触点分别连接到第五、第六单刀双掷开关的其中一个触点上，并且第五、第六单刀双掷开关的另一个触点相互连接；
所述第五单刀双掷开关的不动端与第三单刀4掷开关的不动端相连，所述第三单刀4掷开关的4个触点分别经过相同分贝的衰减器后连接到第四至第七单刀4掷开关的不动端上，第四至第七单刀4掷开关的触点分别与测试仪表相连；
所述第六刀双掷开关的不动端与第八单刀4掷开关的不动端相连，所述第八单刀4掷开关的一个触点连接到第九单刀4掷开关的一个触点，其余三个触点分别连接不同分贝的衰减器上，各衰减器的另一端分别与第九单刀4掷开关的其他三个触点相连；
所述第九单刀4掷开关的不动端经衰减器后与第十单刀4掷开关的不动端相连，所述第十单刀4掷开关的触点与接收特性连接端相连，所述接收特性连接端为由信号源提供的模拟接收测试信号。
作为本申请的一种优选实施方案，所述测试仪表包含信号分析仪、矢量网络分析仪（含信号源）、频谱仪、电流探头设备、示波器、功率计。
更进一步的，所述总控计算机还用于管理整个测试系统的数据库，完成数据查询回放、统计分析、数据导出、报告生成操作。
本申请还提供一种TR组件性能测试方法，所述测试方法包括对TR组件接收通道特性测试、对TR组件发射通道特性测试，其中，
对于TR组件接收通道特性测试，首先通过波束控制模块产生TR组件实际工作中使用的时序信号和控制信号，将所述时序信号和控制信号送入TR组件中，并控制其工作在接收模式；
然后使用测试仪表测试所述TR组件在不同衰减、移相状态下的工作参数，并通过计算模块得到TR组件的接收指标，最后通过采集模块进行数据的采集和记录；
对于TR组件发射通道特性测试，首先通过波束控制模块产生TR组件实际工作中使用的时序信号和控制信号，将所述时序信号和控制信号送入TR组件中，并控制其工作在接收模式；
然后使用测试仪表测试所述TR组件输出指标，并根据采集的输出指标数据，计算出发射功率一致性、组件总效率，最后通过采集模块进行数据的采集和记录。
作为本申请的一种优选实施方案，所述测试仪表包含矢量网络分析仪、功率计、频谱仪、电流探头设备、示波器中的一种或多种的组合。
作为本申请的一种优选实施方案，在接收通道特性测试中，所述TR组件的工作指标包含接收增益、接收相位、输入输出端口驻波、接收输入压缩点以及负载态接收隔离值。
作为本申请的一种优选实施方案，在接收通道特性测试中，所述TR组件的接收指标包含接收增益带内平坦度、接收增益一致性、接收相位一致性、衰减精度、衰减寄生调相、接收通道非线性相位误差、最大移相误差、移相器寄生调幅指标。
作为本申请的一种优选实施方案，在发射通道特性测试中，所述输出指标包含输出峰值功率、发射功率带内波动、发射信号谐波抑制、发射功率包络顶降、收发转换时间指标。
作为本申请的一种优选实施方案，所述测试方法还包含对测试数据进行离线分析及统计。
有益效果：
采用本申请提供的测试系统及测试方法，能够有效对TR组件进行性能测试；
开关矩阵模块具有结构合理、工作稳定可靠、操作简便等特点，应用开关矩阵技术，保证系统可靠、安全稳定；充分考虑人机工学原理，设计过程中，充分考虑可靠性、可维护性和使用性。
硬件平台在整个TR组件性能测试装置的框架结构下，为各部件提供一个标准的基础设施，保证系统间的互连、互通、互操作。在确保满足系统指标的前提下，系统结构和接口具有良好的开放性、兼容性和可扩充性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图进行简单地介绍，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，可以根据这些附图获得其它附图。
图1为TR组件性能测试装置组成框图；
图2 为TR组件性能测试装置系统架构图；
图3为开关矩阵原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合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，本领域的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。
实施例1：
本发明为TR组件性能测试系统，其组成及工作原理如下：
TR组件性能测试装置由测试软件、测试仪表、开关箱、TR组件状态控制器等组成。装置在系统软件控制下完成TR组件全参数的自动测试。被测件通过测试连接线缆进行单次连接就能完成选定参数的自动化测试。对于不同的测试状态和测试参数，TR组件性能测试装置在总控接计算机软件控制下，利用配置的开关矩阵完成被测TR组件和不同测试仪表的连接。
如图1所示，为测试系统架构框图，本发明为一种TR组件综合性能测试系统，所述测试系统包括测试仪表、开关矩阵、总控计算机、TR组件状态控制器以及程控电源，其中，
所述总控计算机与测试仪表、开关矩阵、TR组件状态控制器、程控电源分别连接，用于发送系统控制指令、数据读取与分析、测试结果的输出等任务；
所述测试仪表包含多个通用测试仪表组成；
所述程控电源用于对整个测试系统进行电源管理，并实时将电压、电流并反馈到总控计算机；
所述开关矩阵为被测TR组件与性能指标相关测试仪器仪表连接的重要部件。当需检测波形、频率、输出功率、驻波、接收灵敏度等指标时，根据主控接收机下达的指令，开关矩阵会自动连接对应仪器仪表，并对检测数据自动记录并上报总控计算机。
总控计算机作为整个TR组件性能测试装置的中枢，通过与测试仪表、开关矩阵、组件控制器、程控电源等进行通信，完成系统控制指令下达、数据读取与分析、测试结果的输出等任务。同时还管理整个测试系统的数据库，可以完成数据查询回放、统计分析、数据导出、报告生成等操作。
测试仪表由多个通用测试仪器组成，通过标准仪器接口完成相应的测试需求，并产生测试结果。涉及到的测试仪器有：扫码枪、信号源、信号分析仪、矢量网络分析仪、示波器、功率计等。
TR组件性能测试装置测试仪器仪表包含：频谱分析仪、示波器、信号源、矢量网络分析仪、功率计等，具体型号参见系统部分表1所示。
表1. TR组件性能测试装置测试仪器仪表
| 功能 | 要求 | 测试仪表 |
| S参数 | 收发状态的幅度(含一致性)、相位（含一致性）、相位精度、衰减精度、非线性相位、寄生调幅、寄生调相、驻波 | 使用网络分析仪测量 |
| 功率参数 | 发射功率、功率顶降、功率带内起伏、脉冲上升/下降时间 | 使用脉冲功率计、数字示波器、信号源测量 |
| 增益参数 | 接收增益、增益带内起伏、发射增益 | 使用网络分析仪测量 |
| 噪声参数 | 接收噪声系数 | 使用频谱仪测量 |
| 频谱参数 | 杂散、谐波 | 使用频谱仪测量 |
| 效率参数 | 工作电流采集后运算处理 | 使用电源测量 |
| 组合测试 | 具备接收延时、移相、衰减和驻波的64+64全组合态测试功能 | 使用网络分析仪测量 |
程控电源模块负责整个测试系统的电源管理，同时提供组件所需要的电源，可实时显示电压、电流并反馈到总控计算机及配属的数字万用表显示电源参数。
如图3所示，所述开关矩阵包含10只单刀4掷开关、6只单刀双掷开关、功率放大器、衰减器组、电源及控制模块，其中，
第一单刀4掷开关的4个触点分别与有源特性连接端相连，所述有源特性连接端为由信号源产生的激励信号，由模拟测试TR组件的信号状态软件产生各种形式的激励信号，如波形特点、扫描方式、重复频率等。
不动端经过一个衰减器后连接到第一单刀双掷开关的不动端，该衰减器为2dB，所述第一单刀双掷开关的一个触点与第二单刀双掷开关的一个触点相连接；
所述第二单刀双掷开关的不动端与第三单刀双掷开关的不动端相连，第三单刀双掷开关的其中一个触点与功率放大器的输入端相连，另一个触点与第四单刀双掷开关的其中一个触点相连；
所述第四单刀双掷开关的另一个触点与功率放大器的输出端相连，所述第四单刀双掷开关的不动端经过一个衰减器后与第二单刀4掷开关的不动端相连，该衰减器为1dB，所述第二单刀4掷开关的4个触点与EUT输入端相连，即TR组件相连；
所述第一单刀双掷开关的另一个触点与第二单刀双掷开关的另一个触点分别连接到第五、第六单刀双掷开关的其中一个触点上，并且第五、第六单刀双掷开关的另一个触点相互连接；
所述第五单刀双掷开关的不动端与第三单刀4掷开关的不动端相连，所述第三单刀4掷开关的4个触点分别经过相同分贝的衰减器后连接到第四至第七单刀4掷开关的不动端上，4个衰减器均为2dB，第四至第七单刀4掷开关的触点分别与测试仪表相连，即被测TR组件测试信号选通输出端；
所述第六刀双掷开关的不动端与第八单刀4掷开关的不动端相连，所述第八单刀4掷开关的一个触点连接到第九单刀4掷开关的一个触点，其余三个触点分别连接不同分贝的衰减器上，各衰减器的另一端分别与第九单刀4掷开关的其他三个触点相连，其中，第一个衰减器为10dB，第二个衰减器为20dB，第三个衰减器为30dB；
所述第九单刀4掷开关的不动端经衰减器后与第十单刀4掷开关的不动端相连，该衰减器为2dB，所述第十单刀4掷开关的触点与接收特性连接端相连，所述接收特性连接端为由信号源提供的模拟接收测试信号。
上述个开关的触点，即为该开关中的动端的触点。
基于上述开关矩阵，采用软件实现将不同测试仪表连接在系统中，根据测试需要选通对应的开关，实现对TR组件特定指标的检测功能。
本实施例中所提供的信号源为矢量网络分析仪提供，或者采用其他信号发生设备提供。
开关矩阵单元由雷迪埃高性能开关和高性能半钢电缆组成。雷迪埃的系列开关经过优化能够在更长的使用寿命内保持高性能运行，具有开关驻波性能好、损耗小和重复性高。其突出的射频性能，在 1000 万次反复切换后仍能保持 0.03 dB 的插入损耗重复性；开关切换最大时间10Ms。
开关矩阵模块具有结构合理、工作稳定可靠、操作简便等特点，设计方案遵循“先进、实用、可靠、经济”的原则。其结构设计最大限度借鉴相关成熟的技术成果，应用先进的软件技术，保证系统可靠、安全稳定；充分考虑人机工学原理，精心设计，严格控制质量；设计过程中，充分考虑可靠性、可维护性和使用性。
作为本申请的一种优选实施方案，所述测试仪表包含信号分析仪、矢量网络分析仪（含信号源）、频谱仪、电流探头设备、示波器、功率计。
更进一步的，所述总控计算机还用于管理整个测试系统的数据库，完成数据查询回放、统计分析、数据导出、报告生成操作。
硬件平台在整个TR组件性能测试装置的框架结构下，为各部件提供一个标准的基础设施，保证系统间的互连、互通、互操作。在确保满足系统指标的前提下，系统结构和接口具有良好的开放性、兼容性和可扩充性。TR组件性能测试装置组成如图2所示。
本发明运用硬件、软件相结合的方式，对TR组件的综合参数进行测量和科学评估，为工程设计和教学演示提供了条件。
实施例2
本申请还提供一种TR组件性能测试方法，所述测试方法包括对TR组件接收通道特性测试、对TR组件发射通道特性测试，其中，
对于TR组件接收通道特性测试，首先通过波束控制模块产生TR组件实际工作中使用的时序信号和控制信号，将所述时序信号和控制信号送入TR组件中，并控制其工作在接收模式；
然后使用测试仪表测试所述TR组件在不同衰减、移相状态下的工作参数，并通过计算模块得到TR组件的接收指标，最后通过采集模块进行数据的采集和记录；
对于TR组件发射通道特性测试，首先通过波束控制模块产生TR组件实际工作中使用的时序信号和控制信号，将所述时序信号和控制信号送入TR组件中，并控制其工作在接收模式；
然后使用测试仪表测试所述TR组件输出指标，并根据采集的输出指标数据，计算出发射功率一致性、组件总效率，最后通过采集模块进行数据的采集和记录。
作为本申请的一种优选实施方案，所述测试仪表包含矢量网络分析仪、功率计、频谱仪、电流探头设备、示波器中的一种或多种的组合。
作为本申请的一种优选实施方案，在接收通道特性测试中，所述TR组件的工作指标包含接收增益、接收相位、输入输出端口驻波、接收输入压缩点以及负载态接收隔离值。
作为本申请的一种优选实施方案，在接收通道特性测试中，所述TR组件的接收指标包含接收增益带内平坦度、接收增益一致性、接收相位一致性、衰减精度、衰减寄生调相、接收通道非线性相位误差、最大移相误差、移相器寄生调幅指标。
作为本申请的一种优选实施方案，在发射通道特性测试中，所述输出指标包含输出峰值功率、发射功率带内波动、发射信号谐波抑制、发射功率包络顶降、收发转换时间指标。
作为本申请的一种优选实施方案，所述测试方法还包含对测试数据进行离线分析及统计。
3. TR组件性能测试装置工作流程
1）在系统校准完成的基础上，总控计算机通过LAN设置各台测试仪器的测量参数、状态选择，控制射频信号发生器产生微波激励信号，如微波信号频率、重复周期、脉冲宽度和输入功率等；
2）总控计算机通过RS485/RS232控制微波开关矩阵的通断状态，建立从信号激励到测试仪器之间的测试通道，实现测试通道的自动切换；
3）总控计算机通过GPIB/串口控制直流电源，产生被测组件所需的各种电源，按规定时序对被测组件进行加电；
4）通过LAN/RS485与TR组件控制器进行通信，下达测试命令，包括通道的衰减量设置、移相量设置、组件的收发支路电源控制、组件的收发控制，实现组件波控；
5）被测件工作环境设置完成后，激励信号通过微波开关矩阵连接到组件的输入端，被测件的输出信号连接到相应的测试仪器，进行一次测量。总控计算机通过LAN从测试仪器获取所测试的数据，并实施误差修正，处理完后存储到数据库；
6）总控计算机的测试软件对采集的测试数据及组件编号进行处理（查询回放、统计分析等），给出需要的指标信息，必要时可以导出测试数据、生成测试报告。
本发明运用硬件、软件相结合的方式，对TR组件的综合参数进行测量和科学评估，为工程设计和教学演示提供了条件。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种TR组件综合性能综合测试系统，其特征在于，所述测试系统包括测试仪表、开关矩阵、总控计算机、TR组件状态控制器以及程控电源，其中，
所述总控计算机与测试仪表、开关矩阵、TR组件状态控制器、程控电源分别连接，发送系统控制指令、数据读取与分析、测试结果的输出任务；
所述测试仪表包含多个通用测试仪表组成；
所述程控电源用于对整个测试系统进行电源管理，并实时将电压、电流并反馈到总控计算机；
所述开关矩阵根据总控计算机下发的指令，将所述TR组件与对应的测试仪表相接起来，记录检测数据并发送给总控计算机；
所述开关矩阵包含10只单刀4掷开关、6只单刀双掷开关、功率放大器、衰减器组、电源及控制模块，其中，
第一单刀4掷开关的4个触点分别与有源特性连接端相连，所述有源特性连接端为由信号源产生的激励信号，不动端经过一个衰减器后连接到第一单刀双掷开关的不动端，所述第一单刀双掷开关的一个触点与第二单刀双掷开关的一个触点相连接；
所述第二单刀双掷开关的不动端与第三单刀双掷开关的不动端相连，第三单刀双掷开关的其中一个触点与功率放大器的输入端相连，另一个触点与第四单刀双掷开关的其中一个触点相连；
所述第四单刀双掷开关的另一个触点与功率放大器的输出端相连，所述第四单刀双掷开关的不动端经过一个衰减器后与第二单刀4掷开关的不动端相连，所述第二单刀4掷开关的4个触点与EUT输入端相连，即TR组件相连；
所述第一单刀双掷开关的另一个触点与第二单刀双掷开关的另一个触点分别连接到第五、第六单刀双掷开关的其中一个触点上，并且第五、第六单刀双掷开关的另一个触点相互连接；
所述第五单刀双掷开关的不动端与第三单刀4掷开关的不动端相连，所述第三单刀4掷开关的4个触点分别经过相同分贝的衰减器后连接到第四至第七单刀4掷开关的不动端上，第四至第七单刀4掷开关的触点分别与测试仪表相连；
所述第六刀双掷开关的不动端与第八单刀4掷开关的不动端相连，所述第八单刀4掷开关的一个触点连接到第九单刀4掷开关的一个触点，其余三个触点分别连接不同分贝的衰减器上，各衰减器的另一端分别与第九单刀4掷开关的其他三个触点相连；
所述第九单刀4掷开关的不动端经衰减器后与第十单刀4掷开关的不动端相连，所述第十单刀4掷开关的触点与接收特性连接端相连，所述接收特性连接端为由信号源提供的模拟接收测试信号。
2.根据权利要求1所述的一种TR组件综合性能综合测试系统，其特征在于，所述测试仪表包含信号分析仪、矢量网络分析仪、频谱仪、电流探头设备、示波器、功率计。
3.根据权利要求1所述的一种TR组件综合性能综合测试系统，其特征在于，所述总控计算机还用于管理整个测试系统的数据库，完成数据查询回放、统计分析、数据导出、报告生成操作。
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