高效矢量网络分析仪自动测试方法

杨露

摘 要

在工业级自动测试系统中，矢量网络分析仪的应用十分广泛。常规的测试或试验等一般没有效率要求，仅要求实现对指标的自动测试及记录;但对于批产产品来说，测试效率低下往往是产品生产、调试过程中拖慢生产进度的重要原因。因此，本文针对如何利用现有资源，通过测试方法的改进，提高矢量网络分析仪在自动测试中的工作效率进行研究，总结出一些节约自动测试时间的方法以供参考。

关键词

矢量网络分析仪;自动测试;效率提升

中图分类号： TP2  TN98               文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 78

0 引言

在通信、雷达、集成电路等领域的微波产品测试过程中，基本都需要用到矢量网络分析仪。矢量网络分析仪主要被用来测试微波产品的S参数，从而得到包括增益、时延、相移、驻波比、1dB压缩点等指标在内的所需参数信息。基于矢量网络分析仪强大的功能及较高的测量准确度，在产品批产测试中，常常用矢量网络分析仪结合相应的测试软件，进行多项参数的自动测试。

1 影响测试效率的因素

为了提高矢量网络分析仪自动测试系统的测试效率，首先要弄清楚影响其效率的点主要是哪些方面。常规的测试过程无非由状态调用、设置、扫描、读取数据几个主要部分组成。其中状态调用和仪表参数设置虽然执行时间较长，但一般只有测试开始时运行一遍，不在循环周期内，因此基本不对测试效率产生影响。特别的，如果在测试过程中需要不停地对仪表參数进行设置，那么只有将设置的参数数量降低到最少，例如只变换测试频段，而不是将所有参数都设置一遍。一般情况下，测试的循环周期由扫描和读数组成，通过对某自动测试软件中一个循环周期内的各阶段安装定时器发现，在一个测试周期中，读取数据的时间占据了该周期的80%，是影响测试效率的主要因素。

扫描时间是可以由设置矢量网络分析仪的中频带宽和点数来控制的，通过合理的设置中频带宽和扫描点数，可以缩短扫描时间。虽然中频带宽越宽，扫描点数越少，扫描速度越快，时间越短，但过少的扫描点数和过宽的中频带宽都会造成测试数据准确度及稳定性下降，因此中频带宽及扫描点数一般与测试项目相关，经过多次试验折中得出最优设置，不可随意变换。

2 优化读数时长的方法

读取数据的时间即为将矢量网络分析仪数据传输到电脑上的时间，经定时器测定，该时间相对较长。如何优化读取数据所用时间，只有两种途径，第一种，通过改变矢量网络分析仪的设置来缩短每次读数所用时间;第二种，通过改变测试流程或方法来降低读数频率（这种方法多适用于多通道测量）。

2.1 缩短读数时间

经过试验发现，缩短读数时间有以下几种方法：

（1）单次扫描的模式：在传统的自动测试中，经常利用延时来等待读数完毕再进入下一个周期，这样不仅耗时较长，且由于不同型号的矢量网络分析仪所需时间不同，更换不同仪表时，时延的设置需要经过多次试验优化，从一定程度上限制了测试软件的通用性。设置单次扫描，再利用系统指令“*opc？”询问是否扫描完毕，就可以准确的得知扫描完毕的时间，紧接着进行下一步骤，而不需要再利用延时来等待扫描或读数结束，可以有效降低读数时间。

（2）把所有迹线放在一个窗口中：为了提高测试效率，在自动测试中往往会同时设置多条迹线，分布在多个窗口，以达到一次测量多个参数的目的。但试验证明，N个窗口会使读数时间延长N倍，因此要想缩短读数时间，就把所有迹线都放在一个窗口中，关闭多余窗口，可以有效缩短读数时间。

（3）关闭显示界面：在工业级批产自动化测试中，往往是无人值守的，数据或图片可以自动存储，因此矢量网络分析仪的界面显示并不是需项，关闭显示界面对批产自动化测试软件的实用性并不会产生太大影响。但试验证明，关闭显示界面可以也可以缩短读数时间1倍左右，因此，在成熟的批产自动化测试程序中，可以关闭矢量网络分析仪的显示界面。

（4）一次性读取所有数据：由于每读取一次数据均会占用一定的时长，因此一次性读取所有数据，再利用公式将所需数据计算出来，不仅可以缩短读数时间，还不会影响测试数据准确度。例如，要得到幅相数据，可以一次性读出数据的全信息，再利用得到的实部虚部计算幅度和相位即可。

2.2 降低读数频率

降低读数频率的方式特别适用于多通道、多状态测量。在这种测量中，每变换一个通道/状态，都需要对所测频段进行一次扫描，读取一次数据到电脑控制端。但是如果利用分段测量/扫描的方式，有多少个通道/状态就设置多少个段，每变换一个通道/状态只需扫描一段，整屏数据由若干个段组成，等全部扫描完毕后，再读取整屏数据。这样就有效降低了读数的频率。

在这种方法中，有几个需要注意的地方。首先，为了达到分段的目的，需要将被测件与矢量网络分析仪的扫描同步。这就需要利用矢量网络分析仪的外触发及触发完毕端口。外触发端口是输入端口，接收触发信号;触发完毕端口是输出端口，在该段扫描完毕后输出一个有效电平。通过对矢网发送触发信号和接收触发完毕信号，就可以准确的与矢网同步起来，同时也就不需要再利用延时来等待扫描或读数完毕了。该部分功能可以利用一个脉冲发生器或数据采集卡完成。

另外，在自动测试程序的编写中，还有一些通用的技巧可以提高测试效率。例如利用TXT而不是EXCEL来存储数据，如果数据量大则可利用数据库来存储;将所有的自编函数封装好放在一个文件中，主程序仅实现流程控制及函数调用能够的功能等等，都可以在一定程度上提高程序的执行效率。

3 结论

以上方法均经过试验验证，在实际使用中，还需要依据项目测试的具体要求，选取合适的测试方法，优化仪表各项配置参数，得到准确、稳定的测试结果，在此基础上，再利用一些技巧、方法进行效率的提升，最终才能形成一个成熟的测试软件。

参考文献

[1]王中元，基于LabVIEW的T/R组件自动测试系统的设计[D].浙江大学，电磁场与微波技术，2013.

[2]AGILENT TECHNOLOGIES.Improving Network Analyzer Measurements of Frequency translating Devices. Application Note.

[3]张慧君，陈淑芳.应用矢量网络分析仪测定变频器的群时延特性[D].时间频率学报，200506.

[4]刘涛.群时延的快速测量方法[D].电波科学学报，200904.

[5]国防科工委科技与质量司.无线电计量[M].北京：原子能出版社，2002.

[6]张光义，赵玉洁.相控阵雷达技术[M].北京：电子工业出版社，2006.

[7]袁毛，袁君.一种数字T/R组件设计[J].电子技术软件工程.2018（9）：67-67.

[8]盛永鑫.一种高准确度相位标准件研究[D].国外电子测量技术，2019（5）120-122.

[9]黄晓钉，佟亚珍，蔡建臻.电学前沿计量技术在航天型号保障中的应用[D].宇航计测技术，2019（2）6-9.

[10]贾春燕，李冬文，叶莉华，等.相控阵雷达与光相控阵雷达[J].电子器件，2006，29（2）：598-601.