小型EMI设备电老炼系统开发

陈华习，李 茂，李 洋

（中国电子科技集团公司第二十九研究所，四川 成都 610036）

0 引 言

目前，电磁干扰（Electro Magnetic Interference，EMI）设备在各类战场平台均发挥着重要作用，其具有体积小、电子集成度高以及可靠性要求高等特点。为了保证弹载平台小型EMI设备在打击过程中稳定发挥干扰敌方雷达的作用，在制造过程中需要进行可靠性测试，剔除其在工艺、元器材、原材料等方面的缺陷，而电老炼试验是可靠性测试的重要一环。某型弹载平台的EMI设备在常温下进行电老炼试验，要求累计上电时间不小于200 h，扣除在模块级和分级级所完成的155 h，在整机级EMI设备还需要完成45 h[1-3]。根据EMI设备电老炼试验要求，单次电老炼循环设备上电时间为10 min，下电后的设备散热时间则根据散热条件而定。在上电过程中，需要测试设备的输出功率、灵敏度等指标。电老炼系统开发之前，采用人工对设备进行上电、下电、指标测试等工作，不仅工作量大，时间成本高，而且长时间工作容易导致试验人员疲劳，存在发生质量事故的风险[4-6]。为了缩短电老炼试验周期，减少质量事故的发生，设计一种适用于小型EMI设备的电老炼系统。

1 电老炼系统设计思路

某型弹载平台小型EMI设备集合了雷达信号的接收、分选、处理和电磁信号的产生、放大、发射等功能，需要大量使用集成度较高、功能较全的元器材，导致设备上电后发热量较大，而该EMI设备没有自带散热功能的风机等装置，自身散热效率极低，无法在短时间内将设备温度恢复至常温状态。由于电老炼过程中设备散热时间高达67.5 h，对电老炼周期影响极大，因此在电老炼系统开发时需要考虑设备的快速散热问题。

由于该型EMI设备自身散热功能较差，为了避免加电时间较长导致设备损坏，单次上电时间不能超过10 min。同时为了确保整机级设备上电时间不小于45 h，则整个电老炼过程需完成270次的上电、散热以及指标测试等。为了减少质量问题的发生，保证试验的完整性，电老炼试验人员需具备较高的技能水平，在操作过程中需保持注意力高度集中。基于此，电老炼试验系统设计时需考虑操作的便捷性，实现定时自动上电、自动下电、自动测试以及数据自动处理与保存等功能。除此之外，该型EMI设备数量需求极大，为了确保EMI设备能保质保量完成交付，在缩短电老炼时间的基础上还应考虑多套并行试验的能力，以达到提高产能的目的[7-10]。

2 电老炼系统组成

基于上述思路设计电老炼试验系统，主要包括散热系统、电源系统、微波信号激励及微波信号输出网络以及工控机等，如图1所示。

2.1 散热系统

从经济性、便捷性、能耗、散热效率等方面考虑，散热系统由自制通道箱式散热夹具和吹风机组成，其中通道箱式散热夹具为半封闭式结构。通道箱式散热夹具模型如图2所示。

在电老炼过程中，吹风机向散热夹具的进风口吹风，由于通道箱式散热夹具只保留出风口，其余方位呈密闭状态，因此风机吹出的风能够携带EMI设备的热量快速从夹具的出风口散出，以此达到对设备快速散热的目的。

2.2 电源系统

电老炼系统中的电源由可程控直流电源和非程控直流电源组成。可程控直流电源通过自制供电电缆连接EMI设备进行供电，额定电压不小于20 V、额定电流不小于50 A，并且可以由测试软件通过通用接口总线（General-Purpose Interface Bus，GPIB）控制其打开和关闭。非程控直流电源为微波激励和微波输出网络中的射频开关供电，额定电压不小于28 V，额定电流不小于5 A，可以长时间保持稳定输出。

2.3 微波信号激励及微波信号输出网络

微波信号激励网络由微波信号源、功分器、射频开关以及射频电缆组成。微波信号源输出的信号经过多路功分器处理后功分成多路信号分别发送给射频开关1、射频开关2、…、射频开关2n-1（n为设备数量），各个射频开关则根据测试软件中的通道控制命令将相应通道打开，并将信号送至EMI设备的对应输入接口。工控机中的测试软件通过GPIB总线对微波信号源的信号频率、功率进行设置和输出。

微波信号输出网络由频谱分析仪、功分器、射频开关、衰减器以及之间互连的射频电缆组成。电磁信号从设备输出接口输出，经过衰减器处理后送至射频开关2、射频开关4、...、射频开关2n（n为设备数量），各个射频开关则根据测试软件中的通道控制命令将相应的通道打开，并将微波信号送至功分器，最后由功分器将微波信号输出至频谱分析仪，频谱分析仪对接收到的信号实时采集。

2.4 工控机系统

电老炼系统中，工控机搭载GPIB、IO96板卡以及基于NI488、C#开发环境的测试软件。通过GPIB协议对系统中的程控直流电源、微波信号源、频谱分析仪、开关通道进行控制，实现对程控直流电源的定时打开和关闭、微波信号源参数设置、频谱分析仪参数设置、射频开关控制等功能。

3 测试软件设计

在电老炼试验系统中，仪器控制、射频开关通道控制、指标测试以及数据处理等功能均由测试软件实现。

3.1 测试软件开发流程

电老炼系统测试软件开发流程如图3所示。

从图3可以看出，EMI设备电老炼测试嵌套着内、外2个循环流程。其中，内循环流程主要包括指标测试功能、测试通道遍历功能、EMI设备遍历功能。指标测试功能实现对单套EMI设备单个通道的灵敏度、输出功率测试，确保指标的全覆盖测试。测试通道遍历功能则确保每套EMI设备的所有通道都被测试，避免通道遗漏。EMI设备遍历功能确保单次电老炼循环中所有EMI设备均能被测试，避免设备遗漏。外循环流程实现定时循环功能，为整个电老炼过程提供时间轴，保证电老炼试验的完整性。

3.2 UI设计

测试软件用户界面（User Interface，UI）设计应本着简捷、明晰的原则，本次设计的测试软件界面由参数设置窗口、数据实时显示窗口2部分组成。其中，参数设置窗口包含测试项目选择、电老炼时间/次数设置、设备信息填写以及试验数据保存路径填写等功能，数据实时显示窗口界面实时显示电老炼过程中的测试进程和测试数据。

除此之外，测试软件支持一键启动功能。一键启动后，测试软件根据时间轴自行完成整个电老炼试验过程中的自动上电和下电、指标测试、数据处理和保存，无需人员参与，为实现全过程无人操作创造条件。

4 效果检查与分析

为了验证此次开发的电老炼系统的准确性和稳定性，选取编号为1#和2#的2套EMI设备进行20次循环的电老炼验证。验证步骤如下：按照电老炼系统组成框图连接仪器、工控机、射频开关；将两台EMI设备分别放置在2个不同的通道箱式散热夹具中，按照接线关系将射频电缆及供电电缆通过电缆走线孔与设备进行连接；依次完成GPIB/IO96接口初始化、电老炼时间/次数设置、设备信息填写、试验数据保存路径填写等设置，设置完成后一键启动电老炼；每次测试时间到达后，测试系统按照测试流程对2套EMI设备的灵敏度和输出功率进行测试，测试结束后对测试结果判断和保存；电老炼结束后，对2套EMI设备电老炼数据进行分析。

电老炼结束后，将2套设备各20次电老炼测试数据分别与手动测试数据进行比对和分析，以测试误差均方根（Root Mean Square，RMS）作为测试准确性的评价指标。1#、2#这2套EMI设备的灵敏度测试误差分析情况如图4、图5所示，其误差均在±1 dBc以内，具有高度的一致性和稳定性。

1#、2#这2套EMI设备的输出功率测试误差分析情况如图6、图7所示，其误差均在±1.3 dBc以内，具有高度的一致性和稳定性。

从输出功率、灵敏度测试数据的分析情况可知，使用电老炼系统后，测试数据的一致性良好，测试准确性较高。在电老炼试验验证过程中，电老炼系统运行稳定，整个过程未出现异常情况。

5 结 论

针对EMI设备电老炼系统中的硬件组成和构建给出明确思路，采用通道箱式散热夹具和吹风机组成散热系统，实现对EMI设备快速散热功能，为缩短电老炼周期创造条件。通过电源系统设计、微波信号激励及微波信号输出网络设计、测试软件设计实现电老炼全过程定时自动上电和下电，同时自动执行数据采集、处理、判断以及保存。