数字T/R多组件并行测试系统的设计

徐欣欢，夏松林，陈兆国

（南京电子技术研究所，江苏南京，210039）

0 引言

随着雷达向数字有源方向的深入发展，数字T/R组件作为数字相控阵雷达的核心组成部分，无论是从数量上还是成本上，都占据了整个雷达硬件设备量的三分之二以上，对整个雷达起着举足轻重的作用，良好的数字T/R组件性能是保证雷达可靠、稳定工作的前提[1]。

有源相控阵雷达数字T/R组件由于其复杂度高、性能指标项多，导致其测试耗时长、测试系统成本高，测试效率有限、仪器仪表资源紧张已成为数字T/R组件生产过程中的瓶颈问题。传统数字T/R组件自动测试系统主要应用于单个组件的测试，通常通过优化测试流程、改进测试方法等方式提升测试效率，效果有限。

本文通过研究数字T/R组件的基本工作原理、传统自动测试系统的硬件组成和测试方法，提出了改进的并行测试方案并搭建了某型数字T/R组件的双组件并行测试系统，通过共享或增加部分关键仪表资源、软件多线程测试等方式实现多个组件的同时测试，使测试效率整体提升了48.1%，同时提升了仪表资源的利用率，缓解了资源压力。

1 数字T/R组件介绍

数字T/R组件通常由接收链路、发射链路及电源控制链路等部分组成。图1是典型数字T/R组件工作原理框图。

图1 典型数字T/R组件工作原理

数字T/R组件的主要工作原理如下：

1）接收通道接收前端送来的回波信号，经限幅低噪放、预选滤波、下变频后形成中频信号，通过中频采样形成数字零中频信号，最终通过光电传输送出。

2）发射通道利用DDS产生中频激励信号，经过上变频滤波放大后，产生雷达系统所需的各种信号形式的激励信号，经发射通道进行多级放大和滤波产生所需功率的发射信号。

典型数字T/R组件电性能指标项目主要包括：

1）接收通道：噪声系数、接收增益、接收幅相一致性、动态范围、通道隔离度等；

2）发射通道：发射功率、波形参数、杂散、谐波、发射幅相一致性等。

2 并行测试系统方案设计

数字T/R组件并行测试系统主要由硬件部分和软件部分组成。系统运行时使用计算机通过网口或GPIB口与系统硬件互联，通过软件实现仪表、控制模块、数据采集模块等相关仪表设备的自动控制和数据采集，实现自动测试[2]。下面以双组件并行测试为例，说明并行测试系统的硬件与软件方面的改动。

2.1 硬件设计

并行测试使用功能分的方式扩展源类仪表输出，如激励源、本振源、时钟源、噪声源，实现单台仪表同时提供多个组件的射频信号输入。上行光链路方面通过光功分实现单个控制板卡同时控制多个组件，下行光链路方面增加光纤数目实现多个组件下行IQ数据的同时采集，数字T/R组件测试常用的数据采集板卡通常支持最大12路通道的数据采集，因此理论上单个数据采集板卡可以实现12个组件的并行采数。

部分仪表无法实现共用，通过增加仪表数目实现组件并行测试，比如通过增加频谱仪数量实现多个组件频谱指标的同时测试，通过使用双通道功率计或增加功率计数量实现多个组件发射波形参数的测试。图2和图3分别是某型数字T/R组件双组件并行测试的硬件组成框图和系统的实物图。

图2 某型数字T/R双组件并行测试硬件组成

图3 某型数字T/R双组件并行测试系统实物图

表1给出双组件并行测试系统的主要硬件组成清单。

表1 双组件并行测试系统仪表组成清单

从表1可以看出，除部分仪表无法实现共用外，大部分仪表设备均可以实现共用，有效提升了仪表利用率，促进了仪表资源的合理分配。其中各仪表设备的主要功能如下：

(1)频谱分析仪：用来测量组件发射频谱参数，如发射杂散、谐波等。

(2)网络分析仪：用来进行系统通路损耗校准和发射幅相一致性指标测量。

(3)信号源：用来提供被测件本振、时钟和接收输入激励信号。

(4)功率计：用来测量发射功率和波形参数等指标。

(5)直流电源：用来给被测件提供工作电压。

(6)噪声源：用来测试被测件噪声系数指标。

(7)控制板卡：用来产生被测件工作所需的控制输入信号，主要为光信号。

(8)数据采集板卡：用于采集被测件的下行IQ数据。

(9)信号转接中枢（含负载）：用于射频信号通路切换和功率衰减。

2.2 软件设计

软件部分基于传统测试系统通用数字T/R组件测试平台，修改原有测试流程[4]，将原始测试流程中关于仪表控制、数据采集、指标计算等部分内容单独放进一个线程中执行，并增加线程个数，实现多个组件同时测试，基本实现思路是一个待测件对应一个线程，不同线程之间互不干扰，线程所需使用的公共资源通过互斥锁的方式避免资源抢占。图4为典型收发指标测试流程框图，图5为数字T/R组件通用测试软件平台的主界面。

图4 典型收发指标测试流程

图5 数字T/R组件通用测试软件平台

2.3 测试方法

以数字T/R组件测试为例，给出双组件并行测试的方法[3]，其中主要包括接收电性能指标参数和发射电性能指标参数。

2.3.1 接收指标参数测试

(1)主控计算机通过LNA口依次控制双组件测试系统内时钟源、电源和雷控设备，雷控设备产生相关控制信号并通过光纤同时送至两个被测件，被测件处于接收状态。

(2)主控计算机控制本振源、信号中枢和接收激励源，进行信号频率、幅度和微波通路的切换。

(3)各个数字TR通道接收到的模拟信号经下变频、AD采样最终形成IQ数字信号，通过光纤下传至数据采集设备进行数据记录，并传送至主控计算机。

(4)计算机将采集的双组件数据同时进行分析计算，从而得到两个被测件各项测试指标结果。

2.3.2 发射指标参数测试

(1)主控计算机通过LNA口依次控制双组件测试系统内时钟源、电源和雷控设备，雷控设备产生相关控制信号并通过光纤同时送至两个被测件，被测件处于发射状态。

(2)主控计算机控制本振源、信号中枢，进行信号频率、幅度和微波通路的切换。

(3)双通道功率计并行采集被测件1和被测件2通道1的功率数据与波形参数，然后依次完成所有通道功率、波形指标测试。

(4)两台频谱仪并行完成被测件1和被测件2通道1的杂散、谐波等频谱指标参数，然后依次完成所有通道频谱指标测试。

(5)发射幅相一致性测试采用四端口矢量网络分析仪测试，将各端口测试模式设置成接收机模式，以参考软件测试端口为基准，进行归一化，并行测试被测件1和被测件2的发射幅度与相位一致性指标，然后依次完成所有通道发射幅相一致性指标测试。

3 产品应用验证情况

利用文中所述数字T/R双组件并行测试系统，对某型相控阵雷达数字T/R组件测试进行了批量测试验证。

针对原单组件测试系统和双组件测试系统选取了组件的主要指标项进行了测试准确性验证，验证结果见表2。

表2 测试系统主要指标测试误差比较

F1 0.98 0.78 0.2 F2 1.56 1.98 -0.42 F3 1.75 1.23 0.52发射杂散（单位dBc）发射相位（单位°）F1 -65.68 -66.01 0.33 F2 -68.64 -68.01 -0.63 F3 -67.37 -67.99 0.62

从上述表中测试结果可以看出，两种类型的测试系统之间的误差值很小，测试系统准确性符合被测件测试要求。

以某型产品为例，统计出两种类型测试系统完成各指标项目的测试时间。下图给出了两种测试系统的测试时间和效率提升统计。

从图6可以看出，双组件并行测试系统较传统单组件测试系统在每个测试指标项目效率上均有大幅度提升，统计计算得出该型数字T/R组件采用并行测试系统后，综合测试效率大幅提升48.1%。此外，该并行系统应用后，极大地释放了部分硬件设备资源，提升了仪器仪表的利用率。

图6 两种测试系统测试时间及效率提升直方图