基于故障树的微波功率组件自动测试系统

季 飞，李晓娟

(中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥 230088)

0 引言

随着科学技术的进步，雷达的集成度越来越高，作为重要组成部分的微波功率组件，其性能指标的测试与故障的隔离成为设计师与维修者关注的焦点。由于各种原因导致设计师在设计微波功率组件时对可测试性重视不够，对故障元器件不能及时检测并隔离，对维修者来说具有很大难度。为了解决上述问题，本文将详细讲述一种微波功率组件自动化测试系统。该测试系统具有精度高、多参数、频带宽等特点，适用于微波功率组件或收发组件技术指标测试，以及返修测试及故障定位、引导维修等场合［1-3］。

1 系统组成

微波功率组件自动测试系统主要由以下仪表机柜、适配器、计算机和测试软件等组成。各组成通过GPIB 电缆或网络接口连接，最终通过GPIB 卡转USB接入计算机。系统结构如图1所示。

仪表机柜包含仪表和操作台，用来放置测试所需的功率计、信号源、功率放大器、电源、矢网等测试设备。同时，适配器盲配板设计在机柜中下部，便于操作人员操作，符合人体工学设计。图2 是仪表机柜实物示意图。

适配器用于被测件和适配器盲配板之间的连接匹配，将各种不同的被测件转换为统一的连接接口，并将被测件的需要测试信号进行整理划分，实现适配器盲配板中连接器的盲插连接，操作简单，安全可靠。例如，射频信号的连接使用BMA 型和SBX 型的盲插连接器，满足不同功率的要求;低频信号使用CJ19 型的盲插连接器;直流电源信号的接插件选用DLA 型。适配器的设计对于测试系统的扩展变得简单可行。对于新增的被测件，只要设计新的适配器就可以完成被测件与测试系统的无缝连接。图3 是适配器实物图。

图1 系统构成

图2 仪表机柜

图3 适配器实物图

雷达系统中的微波功率组件工作在高压、大电流、脉冲等条件下，对于电压和时序的要求比较高。因此，在适配器内部集成设计了时序控制保护电路、电源控制保护电路，分别对输入给组件的电压做过欠压、过流保护，对脉冲信号进行过宽、过比检测，用于对被测试组件测试时的安全工作。另外，对适配器ID 管理的硬件也集成于适配器中。图4 是适配器实物安装示意图。

图4 适配器安装示意图

计算机是人机交互的工具。测试维修人员通过对计算机自动测试软件的使用，完成对被测件的测试、故障隔离、维修等工作，并通过GPIB 总线对仪表进行指令控制、数据回读;在测试结束时，将测试过程、测试数据等内容送往打印机，打出报表。

2 自动测试需求

微波功率组件的主要指标就是输出功率、改善因子、脉冲顶降、脉冲上升下降沿等，除实现基本功能外还应具有以下功能:

(1）自动校准

为了保证测试数据的可信性及测试结果的准确性，有必要在每次测试前对测试系统的输入功率、耦合度进行功率校准，并将测量数据存入计算机，对组件测试数据自动补偿。

(2）多指标同时测试

微波功率组件的输入输出功率、相位特性、频谱改善因子、脉冲宽度、电压电流等指标可同时采集并显示于计算及测试界面。

(3）故障隔离与引导维修

通过测试软件对功率组件进行智能引导测试，并对故障元器件进行隔离，并在测试软件中寻找解决故障的方法，从而指导维修者解决问题。

(4）自动测试记录与自动报表

测试数据报表功能避免人为输入错误、提高测试效率。对测试数据进行数据库管理，完整记录功率组件调试、故障、维修等环节，对产品质量控制具有重要意义。

(5）测试中断

在测试过程中，可暂停测试，方便工程人员辅助人工操作，核对操作步骤、仪表设置、数据确认等工作。同时，测试过程中可能会遇到一些异常情况，测试系统必须具有自动中断功能，关闭电源和信号源，有效保护测试仪表和被测件。

3 故障树模型建立

故障树FT(Fault Tree）模型是一个基于被诊断对象结构、功能特征的行为模型，是一种定性的因果模型，以系统最不希望事件为顶事件，以可能导致顶事件发生的其他事件为中间事件和底事件，并用逻辑门表示事件之间联系的一种倒树状结构。它反映了特征向量与故障向量(故障原因）之间的全部逻辑关系［4］。图5 是一个微波功率组件的故障树。图中的顶事件为输出功率故障，由第一级功率管、第二级功率管、第三级1～8 功率管或电源引发。任意故障都可能引发顶事件。而第一级功率管的故障又是由第一级电源板或第一级功率管失效引起的。电源故障由电源短路或电源断路故障直接故障引起的。故障树显示了被测件故障之间的层次关系和内在联系［5-6］。

图5 功率组件故障树示意图

该组件在设计中的可测试性没有覆盖到每一个功率管，因此在本自动测试系统中采用级联顺序排除法实现功率管的故障隔离。具体方法是根据输出功率的大小判断哪一级或哪一个功率管可能出现故障，按照从组件的输入到输出的顺序逐一排除。

在测试时，故障树每个树节点参数是自动测试完成的，但需要人工辅助断开某个功率管的激励或电源电压输入，确保故障树每个节点参数测试的准确性。

4 测试软件及测试流程

自动测试软件是集合测试模块分类表、测试方法表、测试步骤表、故障分类表、测试参数表、图纸分类表、仪表设置表、测试报告等相关数据表格。这些表格构成了自动测试软件的数据库。图6 是数据库组成框图。

图6 数据库组成框图

测试软件通过数据库实现对仪表控制，采集测试数据，与数据库中的标准指标数据进行对比，对故障元器件进行隔离，并找到维修方法。

测试流程主要由公共测试步骤和自动测试步骤组成。图7 是测试流程框图。

图7 测试流程

公共测试流程按照如下顺序进行:仪表机柜电源开启，仪表状态自检，被测件图号输入，适配器状态自检，被测件装配检查。通过公共步骤的执行，基本准备工作已完成，接下来测试系统进入到自动测试步骤。主要执行顺序如图8所示。

图8 自动测试步骤

自动测试开始后出现自动测试界面，如图9所示。该界面包含被测件信息、被测件结构、波形显示、测试指标列表、插件图、测试流程、故障名称提示、维修建议等部分。

图9 测试软件界面

5 结束语

本系统可实现微波功率组件自动测试、故障隔离、引导维修等工作，提高测试效率，为微波功率组件的准确测量和故障隔离提供了有效的平台。该测试台在雷达、通信、电子对抗等领域的功率测试都有广泛的应用前景。

［1］李行善，左毅，孙杰.自动测试系统集成技术［M］.北京:电子工业出版社，2004.

［2］郑新，等.雷达发射机技术［M］.北京:电子工业出版社，2006.

［3］胡明春，等.相控阵雷达收发组件技术［M］.北京:国防工业出版社，2010.

［4］李立功.现代电子测试技术［M］.北京:国防工业出版社，2008.

［5］王玉刚，王海东.基于故障树的某型装备故障诊断专家系统［J］.仪器仪表用户，2012，19(2）:3-5.

［6］柯铭铭，路平.故障树在无人机发射机故障诊断中的应用［J］.现代电子技术，2011，34(19）:71-74.