TR组件一键全参数全自动测试方法研究

廖明亮

（1.中国电子科技集团公司第29研究所，四川成都，610036；2.四川省宽带微波电路高密度集成工程研究中心，四川成都，610036）

0 引言

有源相控阵系统具有波束扫描速度快，波束指向灵活，多目标跟踪能力强等优点，在雷达、电子对抗、通信系统中广泛应用[1]。TR组件在有源相控阵系统中用量大、价值高，其可靠性是影响整个系统能否正常工作的关键因素[2]。为保证其产品质量，出厂前需进行充分的测试。由于TR组件集成度高，指标参数多，其测试流程复杂、测试资源和测试时间耗费都很大。TR组件通常包含S参数、频率参数、时间参数、噪声系数几大类参数[3]，当前每类参数需要使用不同的测试系统和工位，切换工位后需重新接线、校准、配置软件等，使用不便、效率低，多个工位不仅占地面积大，而且测试系统多总成本也较高。因此，针对TR组件开展单工位全参数自动化测试系统研究和应用验证具有重要意义。本文通过测试技术研究，测试方法创新及实际应用验证，实现了单工位全参数自动化测试，在满足产品测试精度的基础上，综合效率提升30%以上，成本降低30%以上，人力需求、场地需求降低75%，操作便捷性、自动化程度均大幅提升。

1 TR组件常规测试方案

TR组件普遍有10多个测试项，传统测试方案由4个工位组成，如图1-图4。每个工位使用的测试仪器差别较大，需要多个娴熟的调试人员在4个工位依次手动换线测试，测试过程复杂，接线、配置、校准耗时长，以某4通道TR组件为例，单件产品开展一次常温完整测试就需要60分钟以上，且通常还需进行高低温等环境试验环节，由于TR组件使用量很大，传统测试方法需要生产商投入大量的测试系统和人力资源并行开展测试工作，效率提升需求迫切。

图1 常规测试方案工位1—S参数测试

图2 常规测试方案工位2—频率参数测试

图3 常规测试方案工位3—时间参数测试

图4 常规测试方案工位4—噪声系数测试

2 TR组件一键全参数全自动测试方案

为了大幅提升效率和便捷性，我们深入TR生产线对测试难点进行分析，对行业现状进行调研[4-5]，结合业内新推出的仪器，按照一键全自动、全参数测试的目标，制定了基于多功能矢网一体化集成测试的方案[6]，并顺利完成了全系统实物验证。

本文通过研究多功能矢网替代频谱仪、示波器等仪器的测试机理[7]，开发了多个测试程序，设计、制作了通道可选、模式可控的TR测试夹具，实现了复杂矢网控制、测试数据图形化显示，TR收、发参数同时测试不换线等功能，测试系统如图5所示。测试软件包含所有测试项的测试用例，并可自动连续执行，软件界面如图6所示。

图5 多功能测试工位—一键完成所有参数测试

图6 一键全参数自动测试程序界面

测试系统组成如下表1所示。由主控计算机（工控机）、测试软件、数字IO模块、多功能矢网、脉冲码型发生器、程控电源、微波开关模块、测试夹具、集成附件等部分组成。软件提供人机交互界面，具有自动测试控制、用例配置、数据管理等功能模块。本系统可根据测试对象的具体需求灵活调整硬件连接和软件配置。

表1 一键全参数自动测试系统组成

其中多功能矢网选用RS公司的ZNA系列，外形及主要能力图7所示，需配备相应选件[8]。

图7 ZNA26 矢量网络分析仪图

T/R组件测试系统原理框图如图8。系统中的工控机是测试控制和数据处理中枢，安装的自动测试软件包含各个指标的测试程序，控制整个测试流程的自动进行，通过数字IO模块对被测TR组件进行自动通道切换、收发状态、幅度相位设置等控制，通过GPIB或LAN口对仪器输出信号参数、开关状态、供电状态进行控制，同时回读被测件及仪器反馈的结果进行数据处理和报表生成；多功能矢网是本系统的核心设备，支持对TR组件S参数、增益、幅相特性、噪声系数、脉冲特性、开关时间及上升下降时间等指标进行测试；系统中配置功率探头，可以对矢网进行精确的功率校准，支撑TR组件信号功率测量，并支持如1dB压缩点等特性的测试，噪声系数的校准和测试与信号功率测试方法类似；微波开关完成测试仪器与被测TR组件多个通道之间的测试路径建立与切换，以6通道TR为例，接收特性测试时，由矢网1端口输出，经开关阵依次切换到TR组件1-6通道接收，随后由X0合路端口输出给矢网端口2，发射特性测试时，由矢网2端口输出，经X0分到各TR通道进行幅相控制及信号放大，然后由开关模块选择对应输出通道并经大功率衰减器后进入矢网端口1；脉冲码型发生器用于产生中频脉冲信号，对被测TR组件和矢网进行同步触发，实现接收和发射打开/关断时间、上下降沿特性等功能测试；数字IO模块用来控制TR组件的通道选择，开关状态选择，幅度和相位控制，进行移幅移相测试等；程控电源用于对被测件进行供电；测试夹具用于TR组件的快速安装、连接及散热等。

增益、驻波、幅度相位一致性、相位控制、幅度衰减控制等常规S参数测试时，与普通矢网使用方法一致；功率测试时需先进行功率校准，将功率探头接在矢网射频输出端口，探头另一端接入矢网USB端口，设置好校准的参数范围及步进，按矢网向导提示操作，随后将矢网输出和输入射频端口连接，继续按提示完成校准，本文通过开发测试软件自动控制校准流程，校准后移走功率探头，按图8连接进行功率测试；噪声系数测试和校准与功率测试类似；频率精度、谐波、杂散等频率参数测试时，利用矢网选配的频谱测试功能，连接方法同样如图8所示；时间参数测试时，利用双路脉冲发生器同步输出信号，一路去控制打开TR组件的同时，另一路触发矢网输出射频信号，矢网根据其接收端口和发射端口的信号时间差计算出TR组件开通时间及上升沿特性等，关断时间测试操作类似。

图8 TR组件类测试单元系统原理框图

3 新旧测试方案对比

经过多次实测对比，新方案将前述采用传统测试方法TR组件大于60分钟的测试时间降低到14分钟以下，即使考虑批量测试时，以前的4个工位可同时并行测试，而新方案仅用一个工位独立测试，与之相比，综合效率也能显著提升，并且过程中除功率探头校准外无需拆装夹具和电缆，一致性好、操作简便、精度足够、自动化程度高，所需人力、场地、仪器成本也显著减少。

表2 新旧测试方案能力对比表

4 结论

本文针对产量庞大、集成度高的TR组件创新测试方法，实现了单工位一键全参数全自动测试，解决了当前TR组件S参数、频率参数、时间参数、噪声系数需要用到4种不同测试工位，多工位间反复切换带来的效率低、使用不便、占地及成本高等问题。经过实际验证，新方法在满足产品测试精度的基础上，综合效率提升30%以上，成本降低30%以上，人力需求、场地需求降低75%，操作便捷性、自动化程度均大幅提升，可有效提升产能。