毫米波探测器室内测试系统设计

马勇++谭红芳++肖韵

摘要 毫米波探测器由于工作环境的独特，背景环境的影响，静动态的区别以及安全性等，除了极少数必需的破坏性试验以外，绝大多数测试都要求满足安全的前提下进行无损检测，这就注定了毫米波探测器测试系统的复杂化、非标化。本系统基于Visual C++开发平台，运用GPIB接口总线实现工控机与各台仪器间的通讯控制，设计了专用的测试夹具，可实现4个毫米波探测器印制板（和整机）的批量自动测试。该系统实现了测试数据表格化、测试通路校准数据管理化，可大大提高工作效率。

关键词 毫米波探测器；自动测试系统；批量测试

中图分类号 TP2

文献标识码 A

文章编号2095-6363（2015）10-002卜02

毫米波探测器作为毫米波近炸引信的重要关键部件之一，它的技术指标的测试，贯穿于近炸引信的研制、生产和维护等阶段，直接影响到整个武器系统的最终效能。近炸引信属于消耗品，数量巨大，不但在研制、生产过程中需要对毫米波探测器进行测试，甚至要求经过长达10～15年的存储后，各项指标仍能符合设计要求。这都需要对毫米波探测器进行定期测试，这将会耗费大量的人力资源，而人力成本高，花费较大。本文测试对象为未安装天线罩的毫米波探测器，所需测试项目繁多，采取传统人工测试，需要卜3名人员同时操纵3～5台测试仪器，需要耗时大约二十多分钟。探测器的接口为波导，测试人员频繁拆卸测试电缆、接连器，费时耗力。如果人员误操作，将会导致毫米波探测器、甚至测试仪器设备不必要毁坏的可怕后果。因此设计毫米波探测器室内测试系统（简称室内测试系统）是十分必要的。

本文针对未安装天线罩的毫米波探测器的批量测试，研发了本系统专用测试夹具，设计了毫米波探测器室内测试系统。此系统基于软件平台：VisualC++，采用GPIB （IEEE488.2）总线方式，实现测试仪器、测试夹具与工控机的相互通讯，成功一次完成4个同类型探测器印制板（和整机）的测试要求。充分运用了计算机强大的数据处理能力，从而实现测试项目可视化、测试数据表格化。对比传统靠人员参与测试，此探测器室内测试系统能充分确保测试数据准确可靠，工作效率大大提高。

1 系统总体设计

毫米波探测器室内测试系统的设计是为了实现毫米波探测器印制板（和整机）的批量测试的目的。该测试系统能一次完成4个同型号的印制板（调试时）和4个同型号的整机（调试时和验收时灌封后）的技术指标测试。印制板技术指标如下：调制频率测试、供电电流、供电电压和门限电平测试。整机技术指标如下：供电电压、供电电流、辐射功率测试、工作频率和占用带宽测试、接收增益测试。

毫米波探测器室内测试系统主要由1.6米机柜、信号调理箱、天线夹具、印制板夹具和测试电缆组成，系统组成框图见图1所示。各台测试仪表、工控机一同组成柜机，测试信号通路通过信号调理箱的调理切换，在工控机的控制下经测试电缆和测试夹具相连，完成待测探测器产品（DUT）和各测试仪器的连接。工控机通过GPIB总线控制仪器设备为被测探测器提供激励，测量其输出信号，实现一次对4个同型号探测器的自动化测试。在面对不同型号的待测探测器产品时，只要更换相应的测试夹具并在软件上作出相应调整即可适应测试需求。

2 关键技术

2.1 毫米波信号调理箱设计原理

毫米波探测器室内测试系统设计关键在于毫米波信号调理箱的搭建，此调理箱能提供射频链路的路程切换，提供4个被测整机灵活安装的测试平台，基本原理如图2所示。

为实现批量自动测试，减少重复更换测试电缆，系统需考虑采用程控开关来完成射频链路的切换及加电的选通功能。在构建系统的射频链路时，由于探测器工作在Ka波段。考虑功率的损耗要控制在较小的范围，波导开关具有驻波小，插损小的优点，且能由工控机控制，故射频链路的路程切换选用波导开关来完成。本设计的射频链路故由整机UUT、波道线、波道开关、测试电缆、微波仪器组成，如图2所示。波道线均工作在Ka波段，承受功率可达1W。

2.2 毫米波链路损耗补偿技术

毫米波通道功率损耗的补偿是本方案的关键设计点之一。功率损耗的补偿可以利用机柜里现有的功率计和信号源组合的方式进行测量。但此测试方法操作繁复，需要更换测试电缆，而矢量网络分析仪操作简单，在测试中不需要多次更换测试电缆，测试速度快，准确率高，故采用矢量网络分析仪对毫米波通道功率损耗值进行直接测试。根据室内测试系统软件提示，使用者连接测试电缆，利用矢量网络分析仪的插损测试功能，自动测试毫米波链路的通道插损，并自动导入系统的校准数据库中。在测试过程中，室内测试系统软件会自动加上校准数据库中的毫米波链路损耗值，达到修正输出功率测试值的目的。

2.3 占用带宽测试技术

占用带宽测试是毫米波探测器必不可少的关键指标之一。为了使测试系统最合理、最优化，我们选用微波信号源与频谱分析仪相结合的方式进行测试。但是，在系统测试过程中，频谱分析仪参数设置的不同也可能会带来不同的测试结果，如扫频宽度Span的设置、输入衰减器的设置、中频带宽（IF）的设置、分辨率带宽RBW的设置以及视在带宽VBW的设置都可能对测试结果产生影响。因此我们经过大量理论分析及反复试验，合理配置频谱分析器的设置参数，找寻最佳测试方法。

首先，我们将扫频宽度Span设置在合理范围内，利用MARK-min的功能，找到此频段中功率值最小的频点fo，记录功率值Lo。然后，将扫频宽度Span的设置值适当变大。同时利用MARK-delta功能，找到频点fmin左右两侧比L。功率值低6dB的两个频点，记为fz、fy。两频点的相差值即为占用带宽。

2.4 软件自动测试设计技术

毫米波探测器室内测试系统软件工作流程见图3。1）启动毫米波探测器室内测试系统程序后，使用者进入系统应用层，系统将会根据使用者权限对软件进行初始化工作。2）提示使用者根据不同的被测对象选择适当的测试项目，系统自动装载毫米波探测器测试所需的全部程序。3）系统自动执行选中的测试程序，自动记录测试结果。4）系统保存本次测试结果，退出测试。

3 结束语

通过以上设计，可以实现毫米波探测器的批量测试，能够满足装备现场联试及自动化测试系统的需求、实现生产线批量测试，减轻操作人员工作量，大大提高安全性和工作效率，保证测试结果的准确性、可靠性。