CN114665904B - 一种数字收发模块批量测试系统和测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种数字收发模块批量测试系统和测试方法,涉及微波无线电设备测试领域,主要应用于批量数字收发模块的环境及可靠性试验中的电性能测试。本发明通过测试框架给批量数字收发模块提供集成安装和工作条件,利用功分网络和收发模块内部电路完成测试通道构建和阻抗匹配,通过配置个位数的通道选择开关和可控衰减器的射频信号采集及发生装置,大大减少了测试系统中开关和负载的数量,由控制分析装置通过数字分发装置实现测试框架内受试模块的状态控制和数字测试信息采集,通过程控频率源和射频信号采集及发生装置实现工作频率转换和射频信号数字化采集,进而完成测试数据分析和测试结果输出,实现了数字收发模块批量自动化测试。
Description
技术领域
本发明涉及微波无线电设备测试领域。
背景技术
随着现代无线电技术的发展,数字收发模块在通讯、雷达等领域得到了广泛应用,是构成现代通讯基站及相控阵雷达的关键部件。
数字收发模块功能部件多集成度高,测试参数繁多且复杂,且在一般阵列雷达中数字收发模块数量巨大。为克服人工测试造成的:测试周期过长、易引入人工误差造成测试精度不高等问题,工程师们研制了自动化测试系统(专利:CN201610257983.6,CN201320095369.6,CN201810559240.3等),但是这类单模块测试系统应对大批量数字收发模块的生产测试有些力不从心,此外航空、航天、军事等特殊场景应用中此类模块面临着极其恶劣的工作环境且现场维修困难,其环境适应性和可靠性成为必须考虑的因素。因此收发模块的研制及生产过程中需要对其环境适应性和可靠性进行严格测试和评估,而开展此类试验需要受试样品满足一定数量,假设为N个,而对单台单模块测试系统的方案来讲,完成该试验至少需要N倍的单个模块测试周期;另一种方案是M台单模块测试系统同时开展,则完成该试验需要N/M倍的单个模块测试周期。这两种方案分别意味着时间成本或经济成本的巨大开支。
针对上述问题,有必要开展数字收发模块批量测试系统和快速测试方法的研究。专利(CN201610074228.4),专利(CN201280071597.8)为减少生产测试时间,提高收发装置及天线的测试效率,均发展了将收发装置与天线单元一并测试的系统和方法。专利(CN201810966789.4),专利(CN201810968507.4)分别提供了阵列天线环境适应性试验中温/湿度工作条件和振动/冲击工作条件的环境模拟方法,未提及阵列天线及内部模块如何进行电性能测试。专利(CN201810559240.3)、专利(CN201821424336.0)、专利(CN201810554900.9)均发展了针对模拟收发模块的自动化测试方法和装置,其设计思路均是通过额外的开关矩阵、负载来构建收发模块的测试通路,专利(CN201821424336.0)、专利(CN201810554900.9)经过调整或扩展可以用于模拟收发模块的批量测试。
收发模块的环境适应性和可靠性的测试评估需要环境模拟系统提供收发模块工作环境的近似或施加远大于要求的极限环境应力来加速收发模块的老练速度,进行电性能测试时若携带微波暗室或暗腔,则必须考虑环境模拟装置与微波暗室/暗腔在空间结构及环境要素上的匹配,设计复杂,且会带来额外的开支;若考虑使用外部开关矩阵和负载构建测试通路,则针对大量的收发通道需要构建复杂的测试通路和负载路径关系,这会降低测试系统本身可靠性。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
一种数字收发模块批量测试系统,包括:测试框架110、频率源120、射频信号采集及发生装置130、数字分发装置140、控制分析装置150,所述测试框架110:安装并固定一定数量数字收发模块117,并提供:由电源111、环境控制模块112、触发网络113、时钟/本振网络114、数字通讯网络115构成的受试模块工作条件和由射频测试耦合模块116构建的射频测试信号输入输出受试模块的连接通道,其中射频测试耦合模块116是通过微波无源功分器构建的功分网络实现;所述频率源120:可编程相参信号源,提供射频信号采集及发生装置130、数字分发装置140、控制分析装置工作时钟150,提供测试框架110内数字收发模块(117)时钟、本振;所述射频信号采集及发生装置130:可编程硬件,可分时配置为测试射频信号产生器和测试射频信号采集器,其测试射频信号的输入输出接口连接测试框架110中的射频测试耦合模块116;所述数字分发装置140:可编程硬件,通过测试框架110内数字通讯网络115和触发网络113实现框架内数字收发模块117与控制分析装置150连接,提供二者之间通讯通道;所述控制分析装置150:可编程硬件,通过实时总线与频率源120、射频信号采集及发生装置130、数字分发装置140相连,测试过程中协调控制测试系统内各装置:频率源120、射频信号采集及发生装置130、数字分发装置140及测试框架110内数字收发模块117的状态和节奏,发出对应的测试指令和同步触发脉冲给系统内的各个装置,构建由数字收发模块117与射频耦合模块116、射频信号采集及发生装置130共同组成的测试链路,使其能够同步工作,采集环境模拟系统环境传感信息、数字收发模块117内部的故障及状态信息和模块测试数据,记录于内部的数据库中,对其进行分析,得到测试结果,进行显示,并自动生成测试报告。
进一步的,上述测试系统中,所述测试框架110中的环境控制模块112,为受试模块提供面阵内部实际工作条件模拟近似,包含但不仅限于风冷、液冷、除湿的管道和装置。
进一步的,上述测试系统中,所述射频信号采集及发生装置130:内部具备切换开关134,测试时,连接测试框架110内射频测试耦合模块116测试通道的测试射频接口可根据指令实现与射频采集模块132、射频产生模块133的切换。
进一步的,上述测试系统中,所述射频信号采集及发生装置130:测试射频接口的通道电路中设有大功率可控衰减器135,可以根据受试通道输入输出信号的动态范围进行合理配置,其耐受功率不小于数字收发模块117单通道发射最大功率。
本发明还包括一种应用在上述测试系统中的测试方法,整个测试过程包含:试验准备、试验测试两个阶段,试验准备阶段:对测试射频信号传输通道中射频信号采集及发生装置130、射频测试耦合模块116、射频线缆测试配件的插损和时延参数进行测试,并将其导入控制与分析装置150;试验测试阶段,包含:基础功能测试、通道性能测试、测试数据汇总分析三个测试步骤,步骤1基础功能测试包含:通讯接口误码率测试、内部传感和故障状态监测测试两小步,步骤2通道性能测试包含:接收通道特性测试、发射通道特性测试两小步,步骤3测试数据汇总分析包含:原始测试参数记录、测试分析与显示两小步。
进一步的,上述测试方法中:在测试系统加电初始化时,完成数字收发模块117SN标识的获取和测试临时地址分配:模块内可编程器件加电后自动读取模块内部存储器的SN信息,获得当前模块的SN标识;测试临时地址由受试模块内部可编程器件读取并根据测试临时地址获得测试指令数据流中对应的测试指令。受试模块测试数据回传时将测试临时地址和SN标识一同打包回传。其中,SN:Serial Number。
进一步的,上述测试方法中:所述基础功能测试步骤中的通讯接口误码率测试:由数字分发装置140作为主控器和结果分析器,产生最高工作数据率v比特/秒的规律数码由数字收发模块117通过数字通讯网络115接收后,由受试模块内部的可编程器件直接转发。对每个模块数字通讯网络分别进行同时收发双向传输误码率测试,测试持续时间为t秒,然后对收发数据进行一致性比对,测试结果通过数字分发装置140回传至控制分析装置150进行记录。t=100/(v*σ),其中,v为通讯接口的最高工作速率,σ为传输误码率要求。
进一步的,上述测试方法中:所述基础功能测步骤中的内部传感和故障状态监测测试:数字收发模块117内部的传感信息、故障点状态、指令控制状态、SN标识与测试临时地址由其内部可编程器件收集后通过数字通讯网络115定时回传,在进行接收通道测试时,将其与数字中频数据打包,一同通过数字分发装置140缓冲后回传至控制分析装置150,由控制分析装置150对当前工作状态与指令比对确认后进行记录。
进一步的,上述测试方法中:所述通道性能测试步骤中的接收通道特性测试时,射频信号采集及发生装置130根据同步脉冲同步产生某频率的测试用射频信号,经测试框架110内部射频测试耦合模块116传输分发至每一个数字收发模块117的天线射频接收端,通过受试模块的数字接收机同步采集实现数字化,数字化结果按照对应通道分别通过数字分发装置140送控制分析装置150;发射通道特性测试时:受试模块内部通道根据同步脉冲产生相互独立的同步射频信号通过天线接口输出至射频测试耦合模块116,经射频测试耦合模块116独立传输,由射频信号采集及发生装置130同步采集处理,数字化结果按照对应通道分别送控制分析装置150,收发通道的数字化结果按当前工作频率、受试模块的测试临时地址、通道号及通道的工作状态进行对应数据和分析结果的记录,而后控制分析装置150依次控制剩余通道处于接收、发射状态,直至完成所有受试模块所有通道的当前频率接收、发射参数测试,再由控制分析装置150转换频率重复上述步骤,直至完成所有受试模块整个频段的接收、发射通道特性测试。
进一步的,上述测试方法中:所述通道性能测试步骤中的接收通道特性测试中:一次实现接收通道同时测试的最大数量取决于所有数字收发模块117内部数字接收机数量,根据该数量,控制受试模块对应数量的接收通道处于接收状态,控制受试模块其他当前未测试通道,使射频测试耦合模块116对应未使用端口及当前未测试接收通道处于阻抗匹配负载状态;在发射通道特性测试中:一次实现发射通道同时测试的最大数量取决于射频信号采集及发生装置130中射频信号同时采集通道数量,根据该数量,控制受试模块对应数量的相互隔离通道处于发射状态,控制其他剩余通道,使射频测试耦合模块116的对应端口处于阻抗匹配负载状态。
进一步的,上述测试方法中:所述测试数据汇总分析步骤中的原始测试参数记录:实时记录环境模拟系统传感信息、受试模块基础功能、通道性能测试结果及相关时间信息,上述数据一同构成测试数据库,以SN为基础对每一个受试品测试数据进行区分,测量数据中的幅度、功率、相位原始参数需要根据预存入的配试模块、线缆插损、时延信息进行相应的修正调整后再进行数据记录。
进一步的,上述测试方法中:所述测试数据汇总分析步骤中的测试分析与显示:测试参数分析与结果显示同步进行,最终自动生成测试报告:以SN为基础将结果填入测试报告,根据报告中每一测试项的预定合格阈值,自动进行合格和不合格的判定并填入;在测试过程和测试报告中对故障状态和不合格项进行醒目标识:测试过程中进行弹窗并连续闪烁报警,并给出是否需要中断测试的建议;测试报告中以鲜艳颜色进行标注。
进一步的,上述测试方法中:所述测试临时地址分配:以数字分发装置140作为测试临时地址分配的主控器,根据测试框架110中数字收发模块117物理安装位置对应与数字通讯网络115的物理接口顺序自动分配测试过程中的测试临时地址,将其写入每一个来自控制分析装置150的测试指令数据的固定位置,并将其分别分发给对应受试模块。
本发明解决了数字收发模块批量自动化测试问题,能够实现高可靠、低成本的测试系统构建,提高测试效率,有效降低测试时间和测试成本,除了应用在环境/可靠性相关试验评估中,亦可扩展至日常生产测试。
1、与带天线单元一同测试的系统相比,本发明回避了微波暗室与环境模拟系统适配的需求,降低了测试系统的复杂度和构建成本;采用该测试系统可一次完成多个(超20个)数字收发模块的环境/可靠性试验,实现其批量自动化测试,减少试验时间及整个试验的成本耗费。
2、本发明可根据需要调整测试框架及射频信号采集及发生装置的规模,增加受试数字收发模块的数量,进一步提高测试效率,减少试验时间。
3、本发明利用无源功分网络作为受试数字收发模块射频测试信号输入输出的连接通道且利用受试模块内部电路实现了整个通道切换时测试接口的阻抗匹配,缩减了开关电路、阻抗匹配电路和控制电路,在保证测试准确性的同时实现了整个测试系统精简设计,其优势在于较少的构建时间、较低的花费以及更低的复杂度;且有利于减少试验期间采用有源电路作为测试信号传输通道而导致的测试系统发生故障的概率,提高测试系统的可靠性。
4、本发明构建了全相参、全自动测试系统,全过程无人工参与,减少了测试误差,提高了测试精度和测试效率,可实现无人监守的自动化测试。
5、本发明中测试系统各装置包含数字收发模块可在同步脉冲的作用下同步开展测试工作,减少了测试步骤间的空闲时隙,提高了测试效率,每个步骤的空闲时隙可以减少到1微秒(us)以下。
6、本发明中的测试方法可实现数字收发模块内部更全面的电路、功能覆盖,提高测试完整性,相对来说可以给出更全面和准确的评估和测试结果。
7、本发明中可获取被测数字收发模块SN标识,自动生成测试数据库和测试报告,有利于开展数字收发模块全寿命周期管理。
8、本发明可通过调整测试框架的设计使该测试系统适配并推广至任意类型的数字接收模块、数字发射模块或二者。
9、本发明通过增加一个测试框架内的射频测试耦合模块,调整射频信号采集及发生装置中测试射频端口与内部射频采集模块和射频产生模块的连接方式:由二选一改成并联,并对测试流程进行调整后,该测试系统亦适用于模拟收发模块的批量自动化测试。
附图说明
图1是数字收发模块批量测试系统组成原理框图。
图2是射频信号采集及发生装置组成原理框图。
图3是测试框架及射频信号采集及发生装置实施例配置示意图。
图4是接收通道特性测试通路典型负载匹配示意图。
图中:110、测试框架;120、频率源;130、射频信号采集及发生装置;140、数字分发装置;150、控制分析装置;111、电源;112、环境控制模块;113、触发网络;114、时钟/本振网络;115、数字通讯网络;116、射频测试耦合模块;117、数字收发模块;1171-1、第一通道射频收发开关;1171-2、第二通道射频收发开关;1171-3、第三通道射频收发开关;1171-4、第四通道射频收发开关;1171-5、第五通道射频收发开关;1171-6、第六通道射频收发开关;1171-7、第七通道射频收发开关;1171-8、第八通道射频收发开关;~1171-9、中频收发开关;
1172-1、第一通道切换开关;1172-2、第二通道切换开关;1172-3、第三通道切换开关;1172-4、第四通道切换开关;1172-5、第五通道切换开关;1172-6、第六通道切换开关;1172-7、第七通道切换开关;1172-8、第八通道切换开关;131、电源及控制模块;132、射频采集模块;132-1、射频采集一通道;132-2、射频采集二通道;132-3、射频采集三通道;132-4、射频采集四通道;;133、射频产生模块;134、切换开关;134-1、第一切换开关;134-2、第二切换开关;134-3、第三切换开关;134-4、第四切换开关;135、大功率可控衰减器;135-1、大功率可控衰减器一;135-2、大功率可控衰减器二;135-3、大功率可控衰减器三;135-4、大功率可控衰减器四;136、一分四功分器。
具体实施方式
实现本发明目的的技术解决方案为:
本发明提出了一种以少量开关+无源功分器网络+收发模块内部电路负载取代外部复杂开关矩阵+功率负载的测试通路搭建设计思路,实现了相对更低复杂度、更低成本和更高可靠性的数字收发模块批量自动化测试系统和测试方法的构建方案,主要应用于数字收发模块研制和生产过程中的环境及可靠性评估试验中的电性能测试。所述系统与现有的单模块测试系统相比,可直接开展批量测试,一次完成多个(超20个以上)数字收发模块的老练、筛选或环境及可靠性试验,可减少试验时间及整个试验的成本耗费;所述系统与带天线一同测试的测试系统相比,该系统无需配置微波暗室,降低了测试系统的复杂度和构建成本。
具体实施方式如下:一个由测试框架、频率源、射频信号采集及发生装置、数字分发装置、控制分析装置组成的可完成数字收发模块批量环境及可靠性测试的、有较佳经济性和构建效率自动化测试系统和测试方法。其系统组成的原理框图如图1所示。
优选的,本测试系统和测试方法适用的试验任务或应用场景包括:老练筛选试验、环境适应性试验、可靠性评估试验、可靠性鉴定试验。这些试验任务选项作为系统测试软件的一部分运行于控制分析装置150的主机内。
优选的在测试系统的控制分析装置150运行的测试软件中根据试验任务和应用场景人工或自动设定试验步骤和对应的测试终止项,下面分别以这4种试验任务为实施例对测试系统和测试方法进行说明:
实施例1对应的是老练筛选试验任务,测试系统按照数字收发模块117老练筛选试验进行配置,在该测试任务中的可根据试验大纲人工设定试验步骤,也可以选用系统软件中自带的默认步骤;测试终止项可按照系统软件设定的默认处理方法:“试验结束后统一处理受试出现故障模块(返修),若中途测试系统或配试系统及装置出现故障,则临时中断试验,修复后继续进行”,也可以按照大纲中的特殊要求进行设定。
实施例2对应的是环境适应性试验任务,测试系统按照数字收发模块117环境适应性试验进行配置,在该测试任务中的可根据试验大纲人工设定试验步骤,也可以选用系统软件中自带的默认步骤;测试终止项可按照系统软件设定的默认处理方法:“试验过程中受试件出现故障则终止试验待受试件修复后重新开始,若中途测试系统或配试系统及装置出现故障,则临时中断试验,修复后继续进行”,也可以按照大纲中的特殊要求进行设定。
实施例3对应的是可靠性评估试验任务,测试系统按照数字收发模块117可靠性评估试验进行配置,在该测试任务中的可根据试验大纲人工设定试验步骤,也可以选用系统软件中自带的默认步骤;测试终止项可按照系统软件设定的默认处理方法:“试验过程中受试件出现故障则终止试验,并计算受试品的可靠性,若中途测试系统或配试系统及装置出现故障,则临时中断试验,修复后继续进行”,也可以按照大纲中的特殊要求进行设定。
实施例4对应的是可靠性鉴定试验任务,测试系统按照数字收发模块117可靠性鉴定试验进行配置,在该测试任务中的可根据试验大纲人工设定试验步骤,也可以选用系统软件中自带的默认步骤;测试终止项可按照系统软件设定的默认处理方法:“试验过程中受试件出现故障则终止试验待受试件修复后重新开始,直至达到要求的试验时间。若中途测试系统或配试系统及装置出现故障,则临时中断试验,修复后继续进行”,也可以按照大纲中的特殊要求进行设定。
各实施例的测试系统一致配置:
测试系统由测试框架110、频率源120、射频信号采集及发生装置130、数字分发装置140、控制分析装置组成150。所述测试框架110:设计为满足20个数字收发模块117(每个模块包含一个数字收发机,8个模拟收发通道,共160个收发通道,其单通道发射脉冲最大峰值发射功率50W,工作最大占空比15%)安装固定功能;在此基础上布置了对应数量收发模块工作所需的电源111、环境控制模块112(液冷管道)、触发网络113、时钟/本振网络114、数字通讯网络115和由射频测试耦合模块116构建的射频测试信号输入输出数字收发模块117的连接通道,其中射频测试耦合模块116可以使用射频开关网络或无源功分器网络构建,从批量测试功能实现及降低测试系统构建难度和构建成本上等因素综合考虑,优选使用无源功分器网络构建;优选的数字收发模块117天线接口与射频测试耦合模块116使用便于插拔的BMA柔性盲插连接结构设计,提高受试模块的插拔效率;所述触发网络113,优选的使用屏蔽高速差分电缆实现,更进一步使用LVPECL传输标准;所述时钟/本振网络114,优选的使用稳相射频电缆实现;优选的各受试收发模块根据从数字通讯网络115接收的控制指令和触发脉冲上升沿转换至需要的工作状态;所述数字通讯网络115,用于实现各受试模块的数据、控制指令发送以及受试模块的数字发射/接收基带信号的传输,优选的使用光纤实现;所述112环境控制模块用于控制数字收发模块117和测试框架110内的温度,优选的使用液冷管道实现;
优选的,射频测试耦合模块116设计为4个独立的1分40无源功分器构成功分网络,每个1分40无源功分器又由5个1分8功分器组成,通过射频电缆和盲插板上的BMA接口分别顺序接入测试框架对应5个槽位的受试模块40个天线接口,受试模块物理位置分别对应1~5、6~10、11~15、16~20。
优选的,测试框架110中的环境控制模块112根据试验任务进行配置:
实施例1:进行老练筛选试验,环境控制模块112不供液,整个框架无密封。
实施例2、3、4,进行环境适应性试验、可靠性评估试验、可靠性鉴定试验配置时,环境控制模块112需按要求进行供液,并保证其温度和流量正常,整个框架进行密封。
所述频率源120:提供射频信号采集及发生装置130、数字分发装置140、控制分析装置150及测试框架110内的数字收发模块117 100MHz相参工作时钟,根据控制分析装置150的光纤指令和差分触发脉冲,产生对应相参本振频率,提供本振给测试框架110内的数字收发模块117。
所述射频信号采集及发生装置130,原理框图如图2所示,由电源及控制模块131、射频采集模块132、射频产生模块133、切换开关134、大功率可控衰减器135组成,电源及控制模块131接收控制分析装置150的光纤指令和差分触发脉冲,进行受试模块发射通道测试时,把切换开关134的通路切换至射频采集模块132,将自身配置为射频信号采集器,在触发脉冲的作用下与受试模块同步工作,控制大功率可控衰减器135的衰减量,使输入待测发射信号满足射频采集模块132采集的接收动态范围,射频采集模块132采集并将数字化结果由电源及控制模块131通过光纤转发给控制分析装置150;进行受试模块接收通道测试时,把切换开关134的通路切换至射频产生模块133,将自身配置为射频信号产生器,控制大功率可控衰减器135的衰减量,使输出测试射频信号满足受试模块接收通道的接收动态范围,射频产生模块133产生测试所需的相参测试射频信号。其测试射频信号的输入输出接口连接测试框架110中的射频测试耦合模块116。所述射频信号产生器具备传统的单频、带宽射频信号产生能力。
优选的,进行受试模块发射通道测试时,为提高发射通道的测试效率,可增加射频信号采集及发生装置130中射频信号采集通道数量:一路射频信号采集和一路射频信号产生组合对应一个大功率可控衰减器、一个单刀双掷开关、一个射频测试端口,N路射频信号采集和一路射频信号发生组合对应N个大功率可控衰减器、N个单刀双掷开关、N个射频测试端口,其中射频信号产生需要根据射频测试端口的数量将信号输出做对应功分。
在本实施例中,射频信号采集及发生装置130与测试框架110连接配置示意图如图3中所示,由于需要完成20个数字收发模块117共160个收发通道的测试,为提高受试模块发射通道测试效率,减少该项目测试时间,增加内部的射频采集通道的路数,每增加一倍,该项目的测试时间减少一半。优选的射频信号采集及发生装置130设计为内部包含1个电源与控制模块131,1个4通道射频采集模块132(射频采集一通道132-1、射频采集二通道132-2、射频采集三通道132-3、射频采集四通道132-4)、1个射频产生模块133、1个4通道切换开关134(第一切换开关134-1、第二切换开关134-2、第三切换开关134-3、第四切换开关134-4)、1个4通道大功率可控衰减器135(大功率可控衰减器一135-1、大功率可控衰减器二135-2、大功率可控衰减器三135-3、大功率可控衰减器四135-4)、1个一分四功分器136。电源与控制模块131接收控制分析装置150的光纤指令和差分触发脉冲,进行数字收发模块117发射通道测试时,将控制4通道射频采集模块132,与受试模块同步,控制对应4通道大功率可控衰减器135的衰减值,使其适应射频采集模块132的动态范围,并将测试射频接口的4通道切换开关134打到对应采集支路,采集对应受试模块通道的经过衰减的发射信号并将对应数字化结果转发给控制分析装置150;进行接收通道测试时,控制对应4通道大功率可控衰减器135的衰减值,使其适应满足受试模块接收通道的动态范围,把控制测试信号通道的4通道切换开关134打到射频产生模块支路,控制射频信号产生模块133产生对应频率、幅度、初始相位的射频信号,经一分四功分器136功分和4通道大功率可控衰减器135衰减后输出至对应的4路测试通道。上述射频信号采集及发生装置130的采集功能的同时4通道设计可将整个发射通道性能测试的测试时间减少为单通道设计的1/4。
其中,第一切换开关134-1、第二切换开关134-2、第三切换开关134-3、第四切换开关134-4均为相同型号的单刀双掷开关;大功率可控衰减器一135-1、大功率可控衰减器二135-2、大功率可控衰减器三135-3、大功率可控衰减器四135-4均为相同型号,衰减范围为0~60dB,耐受功率大于7.5W。
所述数字分发装置140:其控制核心为FPGA,板载1GB RAM存储空间,用于缓存受试模块的故障、状态信息,数字分发装置140与测试框架110有20对光纤收发接口和一对差分触发接收接口,与控制分析装置150有一对光纤收发接口和一对差分触发接收接口。
所述控制分析装置150,由通用计算机、显示器、安装在计算机内部的工控板卡、以及运行于计算机及工控板卡中的程序组成:根据测试对象和任务场景人工选择测试策略(具体见测试方法),通过工控板卡上的三对收发双向光纤和三对差分触发总线与频率源120、射频信号采集及发生装置130、数字分发装置140相连,通过网络与环境模拟系统相连,光纤中传输指令、数据;作为整个测试系统的指令控制中枢,测试过程中协调控制测试系统内各装置及测试框架110内数字收发模块117的状态和节奏,发出对应的测试指令和同步触发脉冲给系统内的各个装置,构建由数字收发模块117与射频耦合模块116、射频信号采集及发生装置130共同组成的测试链路,使其能够同步工作,减少空闲时隙,提高测试效率,测试系统各个装置对指令的响应和稳定时间,优于0.5微秒,在此基础上开展整个测试系统的时序设计,使各个测试项的空闲时间小于1微秒。采集环境模拟系统、受试模块内部的故障及状态信息、受试模块的测试数据,记录于计算机内部存储器的数据库中,对其进行分析,得到测试结果,进行记录和显示,并自动生成测试报告。
其中,本测试系统中各装置互联所用光纤为多模光纤,工作波长为850nm,所用触发脉冲传输总线为屏蔽差分双绞线,运行的电平标准为LVPECL。
本测试系统中的测试方法:首先,试验准备阶段:对射频测试耦合模块116和配试射频电缆构成的4个1分40的功分网络、射频信号采集及发生装置130的信号采集的四个支路,信号产生的经功分的四个支路,进行幅度和时延的测量,测量参数输入控制分析装置150测试程序的预置信息参数中。并将20个数字收发模块117装入测试框架110,测试框架110装入环境模拟试验箱,连接测试系统,将试验箱密封,给测试框架供电,测试系统加电。试验中测试阶段步骤如下所示:
优选的,测试系统加电初始化时,完成数字收发模块117SN标识的获取和测试临时地址分配,由数字收发模块117内FPGA加电后自动读取模块内部Flash的SN信息,获得当前模块的SN标识;测试临时地址由受试模块FPGA从测试指令数据的固定位置获得,并由受试模块根据测试临时地址和测试指令的预置地址获得测试指令数据流中对应的测试指令,模块测试数据回传时将测试临时地址和SN标识一同打包回传。其中,SN:Serial Number
优选的,以数字分发装置140作为测试临时地址分配的主控器,根据测试框架110中受试模块物理安装位置对应与数字通讯网络115的物理接口顺序自动分配测试过程中的对应个体测试临时地址,在本实施例中对应数码0001~0020,将其写入每一个来自控制分析装置150的测试指令数据的固定位置,并将其一对一分别分发给对应受试模块。
步骤1,基础功能测试:完成数字收发模块117的通讯接口、内部传感器和故障点状态监测的确认,包含以下两个小步骤:
a)通讯接口误码率测试
数字通讯网络115光纤传输速率要求为2Gbit/s,由于需要通过8/10编码,所以由数字分发装置140作为主控器和结果分析器,产生工作数据率v=1.6Gbit/s的规律数码,受试模块通过数字通讯网络115的接收光纤接收后,由受试模块内部的FPGA直接通过数字通讯网络115的发送光纤转发,数字分发装置140接收,然后对收发数据进行一致性比对,从而得到误码率的测试结果。对每个模块数字通讯网络分别进行同时收发双向传输误码率(误码率要求σ<10E-9)测试,测试持续时间为100/(v*σ)=58.21秒,测试结果由数字分发装置140回传至控制分析装置150进行记录。其中,v为通讯接口的最高工作速率,σ为传输误码率要求;所述规律数码为在位长范围内由0起始的按照时钟依次加1的二进制数。
b)内部传感和故障状态监测测试
数字收发模块117内部的电压、温度传感信息、关键集成电路监测的故障点状态、指令控制状态、SN标识与测试临时地址由其内部FPGA收集后通过数字通讯网络115定时回传:在进行发射通道测试时,回传时间间隔为发射通道的最小测量时间间隔20微秒,在进行接收通道测试时,将其与数字中频数据打包,一同通过数字分发装置140缓冲后回传至控制分析装置150,由控制分析装置150对当前工作状态与指令比对确认后进行记录。
步骤2,通道性能测试:主要完成受试模块收发通道的电性能测试,需遍历受测通道工作状态,对其进行对应参数测试,包含以下两个小步骤:
a)接收通道特性测试
由控制分析装置150产生控制指令,经数字分发装置140通过数字通讯网络115进入测试框架110中的每个受试模块,射频信号采集及发生装置130接收对应指令,在同步脉冲的控制下同步产生某频率的测试用射频信号,经过一分四功分器136的四功分及对应的四通道切换开关134和大功率可控衰减器135衰减,该四路信号经由射频测试耦合模块116的四路1分40功分器网络功分为160路,经测试射频电缆和BMA盲插板,传输分发至所有20个受试模块每一个接收通道的天线接收端;频率源120根据接收的控制指令转换当前本振工作频率提供给测试框架110内所有20个受试模块;同时控制所有20个受试模块的第一通道处于接收状态,其他7个通道调整至50欧姆阻抗匹配状态:每个数字收发模块内部电路配置如图4所示,数字中频接收机的中频收发开关1171-9切换至接收ADC支路,收发通道1的第一通道切换开关1172-1打到接收支路,收发通道2~8的第二~第八通道切换开关1172-2~1172-8打到50欧姆电阻对地,实现受试模块内部当前受试接收通道的阻抗匹配;收发通道1的第一通道射频收发开关1171-1打到接收支路,收发通道2~8的第二~第八通道射频收发开关1171-2~1171-8打到发射支路,收发通道2~8的发通道功放电源关闭,实现外部测试耦合模块116所有功分支路的阻抗匹配,即外部耦合测试通道的阻抗匹配,同时意味着通过受试模块内部的电路控制和测试耦合模块116实现了1分20的射频测试信号的功分测试;测试射频信号通过受试模块内部的数字中频接收机同步接收实现数字化,数字化结果按照对应受试模块及通道通过数字分发装置140分别送控制分析装置150;测试根据指令遍历通道中的可控电路,例如:开关滤波器组、可控衰减器、可控增益放大器、移相器的全部状态。而后依次控制所有受试模块的2~8通道处于接收状态,实现当前受试通道的阻抗匹配和外部耦合测试通道的阻抗匹配,测试其全部状态。控制分析装置150按当前工作频率、受试模块的测试临时地址、通道号及通道的可控状态进行对应数据和分析结果的记录。最后由控制分析装置150控制射频信号采集及发生装置130和频率源120依次产生测试所需的对应频率的射频测试信号和本振信号,直至完成所有受试模块整个频段的接收通道特性测试。
优选的,通道测试参数可根据测试任务和应用场景的需要选择配置,在测试效率、测试覆盖全面度和整体测试结果的准确度等要素上进行综合考量,该步骤可选用幅度、相位、接收信噪比等参数。
b)发射通道特性测试
由控制分析装置150产生控制指令,经数字分发装置140通过数字通讯网络115进入测试框架110中的每个受试模块,使其处于发射状态;根据本实施例中射频信号采集及发生装置130中可独立工作的射频信号采集通道数量4,控制物理地址为1、6、11、16受试模块中的第一通道进行发射,其他所有发射通道处于静默状态:数字中频接收机的中频收发开关1171-9切换至发射DAC支路,收发通道1的第一通道切换开关1172-1打到发射支路,收发通道2~8的第二~第八通道切换开关1172-2~1172-8打到50欧姆电阻对地,实现受试模块内部当前受试发射通道的阻抗匹配,收发通道1~8的第一~第八通道射频收发开关1171-1~1171-8打到发射支路,收发通道2~8的发射通道功放电源关闭;物理地址2~5、7~10、12~15、17~20受试模块中的所有发射通道处于静默状态:收发通道1~8的第一~第八通道射频收发开关1171-1~1171-8打到发射支路,收发通道1~8的发射通道功放电源关闭,实现外部测试耦合模块116所有功分支路的阻抗匹配,即外部耦合测试通道的阻抗匹配,同时意味着通过受试模块内部的电路控制、测试耦合模块116和射频信号采集及发生装置130实现了4路独立的受试模块发射通道测试链路的构建;频率源120根据接收的控制指令转换当前本振工作频点提供给测试框架110内受试模块;在触发脉冲的同步控制下,由上述4个受试模块发射通道产生的射频信号通过天线接口输出至射频测试耦合模块116;这4个受试发射通道产生的信号经射频测试耦合模块116中的四个1分40功分器的独立传输,到达射频信号采集及发生装置130 4个射频测试信号输入输出接口;射频信号采集及发生装置130根据控制分析装置150的指令,控制大功率可控衰减器135衰减值,调整输入的待测发射信号动态范围,将4通道切换开关134打到对应的4通道射频采集模块132支路,在触发脉冲的同步下,由射频采集模块132同步采集处理;数字化结果按照对应受试模块及通道分别送控制分析装置150;测试根据指令遍历通道中的可控电路,例如:开关滤波器组、可控衰减器、可控增益放大器、移相器的全部状态。控制分析装置150按当前工作频率、受试模块的测试临时地址、通道号及通道的可控状态进行对应数据和分析结果的记录。然后依次控制当前4个受试模块的2~8通道处于发射测试状态,实现当前4个独立受试通道的阻抗匹配和外部耦合测试通道的阻抗匹配,测试其发射通道全部状态。而后在物理地址2~5、7~10、12~15、17~20受试模块中依次选择4个模块,测试其发射通道全部状态,直至完成所有受试模块通道的当前频率发射参数测试。由控制分析装置150控制射频信号采集及发生装置130和频率源120依次产生测试所需的对应频率的射频测试信号和本振信号,直至完成所有受试模块整个频段的发射通道特性测试。
优选的,通道测试参数可根据测试任务和应用场景的需要选择配置,在测试效率、测试覆盖全面度和整体测试结果的准确度等要素上进行综合考量,该步骤选用幅度、相位、发射带内和带外杂散等参数。
步骤3,测试数据汇总分析:该功能在控制分析装置中实现,包含以下两个小步骤:
a)原始测试参数记录
以SQL SERVER建立数据库,环境模拟系统传感信息、受试模块内部传感信息和状态故障信息,与模块基础功能、通道性能测试结果及相关时间信息一同构成测试数据表,以SN为基础对每一个受试品测试数据进行区分;其中测量数据中的幅度、功率、相位原始参数需要根据预存入的配试模块、线缆插损、时延信息进行相应的修正调整后再进行数据录入。
b)测试分析与显示
通过测试分析软件分析参数数据,分析结果实时显示,最终自动生成测试报表:以SN为基础将结果填入测试报表,根据测试表格中的每一测试项的预定合格阈值,自动进行合格和不合格的判定并填入表格。在测试过程和测试报告中对故障状态和不合格项进行醒目标识:测试过程中进行弹窗并连续闪烁报警,并给出是否需要中断测试的建议,测试报告中以红色进行标注。
Claims (13)
1.一种数字收发模块批量测试系统,其特征在于:
所述系统包括测试框架(110)、频率源(120)、射频信号采集及发生装置(130)、数字分发装置(140)、控制分析装置(150);
其中所述测试框架(110)安装并固定一定数量数字收发模块(117),并提供:由电源(111)、环境控制模块(112)、触发网络(113)、时钟/本振网络(114)、数字通讯网络(115)构成的受试模块工作条件和由射频测试耦合模块(116)构建的射频测试信号输入输出受试模块的连接通道,其中射频测试耦合模块(116)通过微波无源功分器构建的功分网络实现;
所述频率源(120)可编程相参信号源,提供射频信号采集及发生装置(130)、数字分发装置(140)、控制分析装置(150)工作时钟,提供测试框架(110)内数字收发模块(117)时钟、本振;
所述射频信号采集及发生装置(130):可编程硬件,可分时配置为测试射频信号产生器和测试射频信号采集器,其测试射频信号的输入输出接口连接测试框架(110)中的射频测试耦合模块(116);
所述数字分发装置(140):可编程硬件,通过测试框架(110)内数字通讯网络(115)和触发网络(113)实现框架内数字收发模块(117)与控制分析装置(150)连接,提供二者之间通讯通道;
所述控制分析装置(150):可编程硬件,通过实时总线与频率源(120)、射频信号采集及发生装置(130)、数字分发装置(140)相连,测试过程中协调控制测试系统内各装置:频率源(120)、射频信号采集及发生装置(130)、数字分发装置(140)及测试框架(110)内数字收发模块(117)的状态和节奏,发出对应的测试指令和同步触发脉冲给系统内的各个装置,构建由数字收发模块(117)与射频测试耦合模块(116)、射频信号采集及发生装置(130)共同组成的测试链路,使其能够同步工作,采集环境模拟系统的环境传感信息、数字收发模块(117)内部的故障及状态信息、数字收发模块(117)的测试数据,记录于内部的数据库中,对其进行分析,得到测试结果,进行显示,并自动生成测试报告。
2.根据权利要求1所述的数字收发模块批量测试系统,其特征在于:所述测试框架(110)还包括环境控制模块(112),为数字收发模块(117)提供面阵内部实际工作条件模拟近似,包含风冷、液冷、除湿的管道和装置。
3.根据权利要求1所述的数字收发模块批量测试系统,其特征在于:所述射频信号采集及发生装置(130)内部具备切换开关(134),测试时,连接测试框架(110)内射频测试耦合模块(116)测试通道的测试射频接口可根据指令实现与射频采集模块(132)、射频产生模块(133)的切换。
4.根据权利要求1所述的数字收发模块批量测试系统,其特征在于:所述射频信号采集及发生装置(130)包括;测试射频接口的通道电路中设有大功率可控衰减器(135),可以根据数字收发模块(117)收发通道输入输出信号的动态范围进行合理配置,其耐受功率不小于受试模块单通道发射最大功率。
5.根据权利要求1~4任一所述的数字收发模块批量测试系统的测试方法,其特征在于:
步骤1、试验准备阶段:对测试射频信号传输通道中的射频信号采集及发生装置(130)、射频测试耦合模块(116)、射频线缆测试配件的插损和时延参数进行测试,并将其导入控制与分析装置(150);
步骤2、试验测试阶段:包含基础功能测试、通道性能测试、测试数据汇总分析;
步骤2-1:基础功能测试:包括通讯接口误码率测试、内部传感和故障状态监测测试两小步;步骤2-2通道性能测试:包含接收通道特性测试、发射通道特性测试两小步;
步骤2-3测试数据汇总分析:包含原始测试参数记录、测试分析与显示。
6.根据权利要求5所述的测试方法,其特征在于:测试系统加电初始化时,完成数字收发模块(117)SN标识的获取和测试临时地址分配:模块内可编程器件加电后自动读取模块内部存储器的SN信息,获得当前模块的SN标识;测试临时地址由受试模块内部可编程器件读取并根据测试临时地址获得测试指令数据流中对应的测试指令;受试模块测试数据回传时将测试临时地址和SN标识一同打包回传;其中,SN为Serial Number。
7.根据权利要求5所述的测试方法,其特征在于:所述基础功能测试的通讯接口误码率测试由数字分发装置(140)作为主控器和结果分析器,产生最高工作数据率v比特/秒的规律数码由数字收发模块(117)通过数字通讯网络(115)接收后,由受试模块内部的可编程器件直接转发;对每个模块数字通讯网络分别进行同时收发双向传输误码率测试,测试持续时间为t秒,然后对收发数据进行一致性比对,测试结果通过数字分发装置(140)回传至控制分析装置(150)进行记录:t=100/(v*σ);其中,v为通讯接口的最高工作速率,σ为传输误码率要求。
8.根据权利要求5所述的测试方法,其特征在于:所述基础功能测试的内部传感和故障状态监测测试包括:数字收发模块(117)内部的传感信息、故障点状态、指令控制状态、SN标识与测试临时地址由其内部可编程器件收集后通过数字通讯网络(115)定时回传,在进行接收通道测试时,将其与数字中频数据打包,一同通过数字分发装置(140)缓冲后回传至控制分析装置(150),由控制分析装置(150)对当前工作状态与指令比对确认后进行记录。
9.根据权利要求5所述的测试方法,其特征在于:所述通道性能测试包括:接收通道特性测试时,射频信号采集及发生装置(130)根据同步脉冲同步产生某频率的测试用射频信号,经测试框架(110)内部射频测试耦合模块(116)传输分发至每一个数字收发模块(117)的天线接口,通过受试模块的数字接收机同步采集实现数字化,数字化结果按照对应通道分别通过数字分发装置(140)送控制分析装置(150);发射通道特性测试时:受试模块内部通道根据同步脉冲产生相互独立的同步射频信号通过天线接口输出至射频测试耦合模块(116),经射频测试耦合模块(116)独立传输,由射频信号采集及发生装置(130)同步采集处理,数字化结果按照对应通道分别送控制分析装置(150),收发通道的数字化结果按当前工作频率、受试模块的测试临时地址、通道号及通道的工作状态进行对应数据和分析结果的记录,而后控制分析装置(150)依次控制剩余通道处于接收、发射状态,直至完成所有受试模块所有通道的当前频率接收、发射参数测试,再由控制分析装置(150)转换频率重复上述步骤,直至完成所有受试模块整个频段的接收、发射通道特性测试。
10.根据权利要求5所述的测试方法,其特征在于:所述通道性能测试包括:在接收通道特性测试中:一次实现接收通道同时测试的最大数量取决于所有数字收发模块(117)内部数字接收机数量,根据该数量,控制受试模块对应数量的接收通道处于接收状态,控制受试模块其他当前未测试通道,使射频测试耦合模块(116)对应未使用端口及当前未测试接收通道处于阻抗匹配负载状态;在发射通道特性测试中:一次实现发射通道同时测试的最大数量取决于射频信号采集及发生装置(130)中射频信号同时采集通道数量,根据该数量,控制受试模块对应数量的相互隔离通道处于发射状态,控制其他剩余通道,使射频测试耦合模块(116)的对应端口处于阻抗匹配负载状态。
11.根据权利要求5所述的测试方法,其特征在于:所述原始测试参数记录实时记录环境模拟系统传感信息、受试模块基础功能、通道性能测试结果及相关时间信息,上述数据一同构成测试数据库,以SN为基础对每一个受试品测试数据进行区分,测量数据中的幅度、功率、相位原始参数需要根据预存入的配试模块、线缆插损、时延信息进行相应的修正调整后再进行数据记录。
12.根据权利要求5所述的测试方法,其特征在于:所述测试分析与显示,测试参数分析与结果显示同步进行,最终自动生成测试报告;以SN为基础将结果填入测试报告,根据报告中每一测试项的预定合格阈值,自动进行合格和不合格的判定并填入;在测试过程和测试报告中对故障状态和不合格项进行醒目标识:测试过程中进行弹窗并连续闪烁报警,并给出是否需要中断测试的建议,测试报告中以鲜艳颜色进行标注。
13.根据权利要求6所述的测试方法,其特征在于:所述测试临时地址分配包括:以数字分发装置(140)作为测试临时地址分配的主控器,根据测试框架(110)中数字收发模块(117)物理安装位置对应与数字通讯网络(115)的物理接口顺序自动分配测试过程中的测试临时地址,将其写入每一个来自控制分析装置(150)的测试指令数据的固定位置,并将其分别分发给对应受试模块。
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