數字T/R多組件并行測試系統的設計

徐欣歡，夏松林，陳兆國

（南京電子技術研究所，江蘇南京，210039）

0 引言

隨著雷達向數字有源方向的深入發展，數字T/R組件作為數字相控陣雷達的核心組成部分，無論是從數量上還是成本上，都占據了整個雷達硬件設備量的三分之二以上，對整個雷達起著舉足輕重的作用，良好的數字T/R組件性能是保證雷達可靠、穩定工作的前提[1]。

有源相控陣雷達數字T/R組件由于其復雜度高、性能指標項多，導致其測試耗時長、測試系統成本高，測試效率有限、儀器儀表資源緊張已成為數字T/R組件生產過程中的瓶頸問題。傳統數字T/R組件自動測試系統主要應用于單個組件的測試，通常通過優化測試流程、改進測試方法等方式提升測試效率，效果有限。

本文通過研究數字T/R組件的基本工作原理、傳統自動測試系統的硬件組成和測試方法，提出了改進的并行測試方案并搭建了某型數字T/R組件的雙組件并行測試系統，通過共享或增加部分關鍵儀表資源、軟件多線程測試等方式實現多個組件的同時測試，使測試效率整體提升了48.1%，同時提升了儀表資源的利用率，緩解了資源壓力。

1 數字T/R組件介紹

數字T/R組件通常由接收鏈路、發射鏈路及電源控制鏈路等部分組成。圖1是典型數字T/R組件工作原理框圖。

圖1 典型數字T/R組件工作原理

數字T/R組件的主要工作原理如下：

1）接收通道接收前端送來的回波信號，經限幅低噪放、預選濾波、下變頻后形成中頻信號，通過中頻采樣形成數字零中頻信號，最終通過光電傳輸送出。

2）發射通道利用DDS產生中頻激勵信號，經過上變頻濾波放大后，產生雷達系統所需的各種信號形式的激勵信號，經發射通道進行多級放大和濾波產生所需功率的發射信號。

典型數字T/R組件電性能指標項目主要包括：

1）接收通道：噪聲系數、接收增益、接收幅相一致性、動態范圍、通道隔離度等；

2）發射通道：發射功率、波形參數、雜散、諧波、發射幅相一致性等。

2 并行測試系統方案設計

數字T/R組件并行測試系統主要由硬件部分和軟件部分組成。系統運行時使用計算機通過網口或GPIB口與系統硬件互聯，通過軟件實現儀表、控制模塊、數據采集模塊等相關儀表設備的自動控制和數據采集，實現自動測試[2]。下面以雙組件并行測試為例，說明并行測試系統的硬件與軟件方面的改動。

2.1 硬件設計

并行測試使用功能分的方式擴展源類儀表輸出，如激勵源、本振源、時鐘源、噪聲源，實現單臺儀表同時提供多個組件的射頻信號輸入。上行光鏈路方面通過光功分實現單個控制板卡同時控制多個組件，下行光鏈路方面增加光纖數目實現多個組件下行IQ數據的同時采集，數字T/R組件測試常用的數據采集板卡通常支持最大12路通道的數據采集，因此理論上單個數據采集板卡可以實現12個組件的并行采數。

部分儀表無法實現共用，通過增加儀表數目實現組件并行測試，比如通過增加頻譜儀數量實現多個組件頻譜指標的同時測試，通過使用雙通道功率計或增加功率計數量實現多個組件發射波形參數的測試。圖2和圖3分別是某型數字T/R組件雙組件并行測試的硬件組成框圖和系統的實物圖。

圖2 某型數字T/R雙組件并行測試硬件組成

圖3 某型數字T/R雙組件并行測試系統實物圖

表1給出雙組件并行測試系統的主要硬件組成清單。

表1 雙組件并行測試系統儀表組成清單

從表1可以看出，除部分儀表無法實現共用外，大部分儀表設備均可以實現共用，有效提升了儀表利用率，促進了儀表資源的合理分配。其中各儀表設備的主要功能如下：

(1)頻譜分析儀：用來測量組件發射頻譜參數，如發射雜散、諧波等。

(2)網絡分析儀：用來進行系統通路損耗校準和發射幅相一致性指標測量。

(3)信號源：用來提供被測件本振、時鐘和接收輸入激勵信號。

(4)功率計：用來測量發射功率和波形參數等指標。

(5)直流電源：用來給被測件提供工作電壓。

(6)噪聲源：用來測試被測件噪聲系數指標。

(7)控制板卡：用來產生被測件工作所需的控制輸入信號，主要為光信號。

(8)數據采集板卡：用于采集被測件的下行IQ數據。

(9)信號轉接中樞（含負載）：用于射頻信號通路切換和功率衰減。

2.2 軟件設計

軟件部分基于傳統測試系統通用數字T/R組件測試平臺，修改原有測試流程[4]，將原始測試流程中關于儀表控制、數據采集、指標計算等部分內容單獨放進一個線程中執行，并增加線程個數，實現多個組件同時測試，基本實現思路是一個待測件對應一個線程，不同線程之間互不干擾，線程所需使用的公共資源通過互斥鎖的方式避免資源搶占。圖4為典型收發指標測試流程框圖，圖5為數字T/R組件通用測試軟件平臺的主界面。

圖4 典型收發指標測試流程

圖5 數字T/R組件通用測試軟件平臺

2.3 測試方法

以數字T/R組件測試為例，給出雙組件并行測試的方法[3]，其中主要包括接收電性能指標參數和發射電性能指標參數。

2.3.1 接收指標參數測試

(1)主控計算機通過LNA口依次控制雙組件測試系統內時鐘源、電源和雷控設備，雷控設備產生相關控制信號并通過光纖同時送至兩個被測件，被測件處于接收狀態。

(2)主控計算機控制本振源、信號中樞和接收激勵源，進行信號頻率、幅度和微波通路的切換。

(3)各個數字TR通道接收到的模擬信號經下變頻、AD采樣最終形成IQ數字信號，通過光纖下傳至數據采集設備進行數據記錄，并傳送至主控計算機。

(4)計算機將采集的雙組件數據同時進行分析計算，從而得到兩個被測件各項測試指標結果。

2.3.2 發射指標參數測試

(1)主控計算機通過LNA口依次控制雙組件測試系統內時鐘源、電源和雷控設備，雷控設備產生相關控制信號并通過光纖同時送至兩個被測件，被測件處于發射狀態。

(2)主控計算機控制本振源、信號中樞，進行信號頻率、幅度和微波通路的切換。

(3)雙通道功率計并行采集被測件1和被測件2通道1的功率數據與波形參數，然后依次完成所有通道功率、波形指標測試。

(4)兩臺頻譜儀并行完成被測件1和被測件2通道1的雜散、諧波等頻譜指標參數，然后依次完成所有通道頻譜指標測試。

(5)發射幅相一致性測試采用四端口矢量網絡分析儀測試，將各端口測試模式設置成接收機模式，以參考軟件測試端口為基準，進行歸一化，并行測試被測件1和被測件2的發射幅度與相位一致性指標，然后依次完成所有通道發射幅相一致性指標測試。

3 產品應用驗證情況

利用文中所述數字T/R雙組件并行測試系統，對某型相控陣雷達數字T/R組件測試進行了批量測試驗證。

針對原單組件測試系統和雙組件測試系統選取了組件的主要指標項進行了測試準確性驗證，驗證結果見表2。

表2 測試系統主要指標測試誤差比較

F1 0.98 0.78 0.2 F2 1.56 1.98 -0.42 F3 1.75 1.23 0.52發射雜散（單位dBc）發射相位（單位°）F1 -65.68 -66.01 0.33 F2 -68.64 -68.01 -0.63 F3 -67.37 -67.99 0.62

從上述表中測試結果可以看出，兩種類型的測試系統之間的誤差值很小，測試系統準確性符合被測件測試要求。

以某型產品為例，統計出兩種類型測試系統完成各指標項目的測試時間。下圖給出了兩種測試系統的測試時間和效率提升統計。

從圖6可以看出，雙組件并行測試系統較傳統單組件測試系統在每個測試指標項目效率上均有大幅度提升，統計計算得出該型數字T/R組件采用并行測試系統后，綜合測試效率大幅提升48.1%。此外，該并行系統應用后，極大地釋放了部分硬件設備資源，提升了儀器儀表的利用率。

圖6 兩種測試系統測試時間及效率提升直方圖