一种射频数字T/R组件综合测试系统的校准系统和校准方法与流程

一种射频数字t/r组件综合测试系统的校准系统和校准方法
技术领域
1.本发明属于微波测试技术领域，具体涉及一种测试系统的校准系统和校准方法。


背景技术：

2.针对用于数字阵列雷达核心组件——射频数字t/r组件测试系统的测量准确性和量值溯源的需求，提出了一种解决方法。射频微波数字测试系统主要通过复杂的信号转接中枢，将信号发生器、脉冲功率计（功率敏感器）、矢量网络分析仪（噪声选件可选）、控制和数据采集设备等多种不同功能的仪器设备进行集成与信号调理，并通过工控机与测试软件，实现数字t/r组件相关项目的测试。目前国内现有计量标准均针对测试系统功率、幅度、相位等模拟量开展分立参数的计量工作，缺乏整体快速现场校准手段；而对测试系统数字量各项参数，目前没有方法可以开展相关参数的量传工作，其量传的准确可靠也无法保证。因此，急需开展此类测试系统校准技术研究，解决射频微波数字测试系统整体校准难题。


技术实现要素：

3.本发明针对雷达t/r生产线测量面临的任务重、测试系统复杂、测试要求高、测试一致性差、问题难追溯等问题, 通过计量方法与传递标准的研究、数字信号的仿真计算，并结合信息化、自动化的手段，解决射频微波数字测试系统原位整体量传的难题，实现数字类测试系统现场整体校准。开展不同频段、不同类型数字测试系统模拟量传参数功率、幅度、相位等校准技术研究工作，研建多通道传递标准装置，开展宽频带标准装置在不同接头形式下的误差分析及修正技术研究，以及对标准装置的重复性和稳定性考核、不确定度评定及验证，建立传递标准，解决测试系统发射、接收模拟量的现场整体快速校准问题；开展测试系统数字量的校准技术研究工作，研建适用于数字测试系统的标准数字码元发生器，采用标准数字码元发生器产生标准码元（含数字相移、衰减、噪声等），考核光纤传输、数据采集卡/记录设备的正确性，接收通道输出数据分析和处理算法正确性；开展测试系统数字幅度、相位的校准技术研究，利用标准模拟件，配合相对稳定的被测数字收发模块，实现测试系统接收通道数字幅度和相位一致性校准，保证幅度、相位量传的准确性和有效性，同时验证测试系统时序、同步的可靠性。
4.建立频率覆盖从p 波段到l波段的射频微波数字类测试系统校准的校准系统和提出整体测试解决方案，具体如下：一种射频数字t/r组件综合测试系统的校准系统，包括定向耦合器、脉冲功率计、多通道传递标准装置、标准模拟件（小功率衰减器、移相器）以及标准数字码元发生器。运用定向耦合器采用耦合比法对测试系统脉冲中大功率进行校准；运用多通道传递标准装置，采用传递法对测试系统发射、接收模拟量进行校准；运用标准模拟件，采用插入法对测试系统接收通道数字幅相一致性进行校准；运用标准数字码元发生器，对测试系统数字性能进行验证。
5.其中多通道传递标准装置如图2所示，可以提供多通道的幅度、相位参数的标准
量，以满足发射、接收模拟量的现场快速整体校准问题。多通道传递标准装置15，包括功分器16、一分八负载开关17、电控1db步进衰减器18、电控移相器19、电控10db步进衰减器20、控制板21、功分器一端22、开关端23、传递标准toutrin端口24、参考输出端25、lan口26、电源27、参考输入端28、功分器二端29、信号输入端30。控制板21对一分八负载开关17、电控移相器19、电控1db步进衰减器18、电控10db步进衰减器20进行状态控制；对于发射通路，信号通过信号输入端30，经功分器16，信号一分为二，其中功分器一端22与开关端23用刚性电缆短接，然后经一分八负载开关17后输出至传递标准toutrin端口24，功分器二端29与参考输入端28用刚性电缆短接，然后经电控1db步进衰减器18、电控移相器19、电控10db步进衰减器20至参考输出端25；对于接收通路，信号通过传递标准toutrin端口24经一分八负载开关17至开关端23输入，参考信号通过参考输出端25经电控10db步进衰减器20、电控移相器19、电控1db步进衰减器18至参考信号输入端28。
6.其中标准数字码元发生器46，可以产生标准码元（含数字相移、衰减、噪声等），用来考核光纤传输、数据采集的正确性，验证接收通道输出数据分析和处理算法正确性。标准数字码元发生器46包括控制模块47、主控计算机48、记录模块49、接口模块50、码元仿真模块51、数字噪声仿真模块52、光纤53，控制模块47接收主控计算机48控制命令和参数，通过vpx总线对码元仿真模块51等进行控制和数据处理；码元仿真模块51根据控制模块传送命令，产生数字t/r组件输出标准码元信号，传输至接口模块50；数字噪声仿真模块52产生数字噪声信号，传输至接口模块50；接口模块50对标准码元信号、数字噪声信号进行数据打包后通过光纤53输出给射频数字t/r组件综合测试系统，对测试系统性能进行校准；记录模块49对接口模块50输出信号进行记录分析，用于对标准码元信号、数字噪声信号输出数据测试和定标。
7.一种射频数字t/r组件综合测试系统的校准方法，包括对射频数字t/r组件综合测试系统的发射脉冲功率的校准、发射模拟幅相的校准、接收模拟幅相的校准、接收数字幅相一致性的校准以及数字性能的验证。
8.步骤1、发射脉冲功率的校准，运用定向耦合器采用耦合比法对脉冲功率进行校准。射频数字t/r组件综合测试系统1包括信号中枢2、功率计3、信号发生器a 4、信号发生器b 5，数字t/r组件8输出与定向耦合器7的输入端连接，定向耦合器7的耦合端12取样信号经标准脉冲功率计6测量（定向耦合器的功率比设置为功率计的偏置），定向耦合器7的输出端13与射频数字t/r组件综合测试系统1的测试端连接。激励信号为数字t/r组件8输出的中大脉冲功率。
9.步骤1.1、校准准备射频数字t/r组件综合测试系统1和脉冲功率计6（含功率敏感器），依据仪器设备说明书的要求，接通电源预热半小时；采用矢量网络分析仪对定向耦合器的功率耦合比进行标定。
10.步骤1.2、脉冲功率校准校准时，激励信号为数字t/r组件8输出的中大脉冲功率。数字t/r组件8输出与定向耦合器7的输入端连接，定向耦合器7的耦合端12取样信号经标准脉冲功率计6测量（定向耦合器的功率比设置为功率计的偏置）作为参考标准值，定向耦合器7的输出端13与射频数字t/r组件综合测试系统1的测试端连接，将测试系统1的实测值与参考标准值进行比较，来
校准发射脉冲功率。
11.步骤2、发射模拟幅相的校准，运用多通道传递标准装置15采用传递法对幅度、相位进行校准。
12.该方法使用的多通道传递标准装置15包括：功分器16、一分八负载开关17、电控1db步进衰减器18、电控移相器19、电控10db步进衰减器20、控制板21、功分器一端22、开关端23、传递标准toutrin端口24、参考输出端25、lan口26、电源27、参考输入端28、功分器二端29、信号输入端30。控制板21对一分八负载开关17、电控移相器19、电控1db步进衰减器18、电控10db步进衰减器20进行状态控制；对于发射通路，信号通过信号输入端30，经功分器16，信号一分为二，其中功分器一端22与开关端23用刚性电缆短接，然后经一分八负载开关17后输出至传递标准toutrin端口24，功分器二端29与参考输入端28用刚性电缆短接，然后经电控1db步进衰减器18、电控移相器19、电控10db步进衰减器20至参考输出端25；对于接收通路，信号通过传递标准toutrin端口24经一分八负载开关17至开关端23输入，参考信号通过参考输出端25经电控10db步进衰减器20、电控移相器19、电控1db步进衰减器18至参考信号输入端28。
13.步骤2.1、校准准备射频数字t/r组件综合测试系统1接通电源预热半小时；将标准矢量网络分析仪的端口1和端口2连接至多通道传递标准装置15的端口30、25，分别改变衰减器18、20衰减量和移相器19相位量，测出标准参考幅度、相位值。
14.步骤2.2、发射模拟幅相的校准由射频数字t/r组件综合测试系统中的信号发生器4（激励源）提供信号输入多通道传递标准装置15的信号输入端30，将多通道传递标准装置15的传递标准toutrin端口24与信号中枢2的测试端口，即信号中枢toutrin端口34对应相连，将多通道传递标准装置15的参考输出端25与信号中枢2的参考端35相连，将多通道传递标准装置15的功分器一端22与开关端23用刚性电缆短接，功分器二端29与参考输入端28用刚性电缆短接，将网络分析仪31的port1和port2作为两个接收机a和b与信号中枢2的port1端和port2端对应相连，测出参考通道和发射通道的两路信号幅度、相位差值b/a，将实测值与参考标准值进行比较，来校准发射模拟幅相。注意在模拟相位校准前，需确定射频数字t/r组件综合测试系统的工作频率范围，根据射频数字t/r组件综合测试系统的工作频率范围选择多通道传递标准装置中的电控移相器19。其中，7720a的工作频段为0.5ghz～2.0ghz，7722a的工作频段为2.0ghz～6.0ghz，7728a的工作频段为6.0ghz～18ghz。
15.步骤3、接收模拟幅相的校准，运用多通道传递标准装置15采用传递法对幅度、相位进行校准。
16.该方法使用的多通道传递标准装置15包括：功分器16、一分八负载开关17、电控1db步进衰减器18、电控移相器19、电控10db步进衰减器20、控制板21、功分器一端22、开关端23、传递标准toutrin端口24、参考输出端25、lan口26、电源27、参考输入端28、功分器二端29、信号输入端30。控制板21对一分八负载开关17、电控移相器19、电控1db步进衰减器18、电控10db步进衰减器20进行状态控制；对于发射通路，信号通过信号输入端30，经功分器16，信号一分为二，其中功分器一端22与开关端23用刚性电缆短接，然后经一分八负载开关17后输出至传递标准toutrin端口24，功分器二端29与参考输入端28用刚性电缆短接，然
后经电控1db步进衰减器18、电控移相器19、电控10db步进衰减器20至参考输出端25；对于接收通路，信号通过传递标准toutrin端口24经一分八负载开关17至开关端23输入，参考信号通过参考输出端25经电控10db步进衰减器20、电控移相器19、电控1db步进衰减器18至参考信号输入端28。
17.步骤3.1、校准准备射频数字t/r组件综合测试系统1接通电源预热半小时；将标准矢量网络分析仪的端口1和端口2连接至多通道传递标准装置15的端口30、25，分别改变衰减器18、20衰减量和电控移相器19相位量，测出标准参考幅度、相位值。
18.步骤3.2、接收模拟幅相的校准由射频数字t/r组件综合测试系统中的信号发生器4（激励源）提供信号输入信号中枢2的信号输入端36，将多通道传递标准装置15的传递标准toutrin端口24与信号中枢2的测试端口，即toutrin端口34对应相连，将多通道传递标准装置15的参考输出端25与信号中枢2的参考端35相连，将网络分析仪31的port1和port2作为两个接收机a和b与多通道传递标准装置15的开关端23和参考输入端28对应相连，测出参考通道和接收通道的两路信号幅度、相位差值b/a，将实测值与参考标准值进行比较，来校准接收模拟幅相。注意在模拟相位校准前，需确定射频数字t/r组件综合测试系统的工作频率范围，根据射频数字t/r组件综合测试系统的工作频率范围选择多通道传递标准装置中的电控移相器19。其中，7720a的工作频段为0.5ghz～2.0ghz，7722a的工作频段为2.0ghz～6.0ghz，7728a的工作频段为6.0ghz～18ghz。
19.步骤4、接收数字幅相一致性的校准，运用标准模拟件（小功率衰减器、移相器）采用插入法校准接收数字幅相一致性。
20.步骤4.1、校准准备射频数字t/r组件综合测试系统1、参考数字t/r组件，接通电源预热半小时；用标准矢量网络分析仪对标准模拟件（小功率衰减器、移相器）测量标准参考幅度、相位值。
21.步骤4.2、接收数字幅相一致性的校准需要选用参考数字t/r组件40（基准件）中的1～8路中的任意一路作为幅度、相位参考，相对稳定的数字t/r组件8作为被测件。由测试系统中的信号发生器4提供激励信号，接入信号中枢2的信号端，将定标后的标准模拟件（小功率衰减器、移相器）接入信号中枢2的参考端35与参考数字t/r组件40的接收通路，信号中枢2的信号中枢toutrin端34与被测数字t/r组件8的接收通路对应相连。将被测数字t/r组件8和参考数字t/r组件40输出信号经过数字t/r组件光口43和参考数字t/r组件光口42进入射频数字t/r组件综合测试系统1，测试系统数据处理软件中进行分析，得到测试结果，并与标准参考值进行比较，来校准接收数字幅相一致性。
22.步骤5、数字性能的验证，采用标准数字码元发生器对系统数字性能进行验证。
23.该方法使用的标准数字码元发生器46包括：控制模块47、主控计算机48、记录模块49、接口模块50、码元仿真模块51、数字噪声仿真模块52、光纤53，控制模块47接收主控计算机48控制命令和参数，通过vpx总线对码元仿真模块51等进行控制和数据处理；码元仿真模块51根据控制模块传送命令，产生数字t/r组件输出标准码元信号，传输至接口模块50；数字噪声仿真模块52产生数字噪声信号，传输至接口模块50；接口模块50对标准码元信号、数
字噪声信号进行数据打包后通过光纤53输出给射频数字t/r组件综合测试系统，对测试系统性能进行校准；记录模块49对接口模块50输出信号进行记录分析，用于对标准码元信号、数字噪声信号输出数据测试和定标。
24.步骤5.1、校准准备射频数字t/r组件综合测试系统1、标准数字码元发生器46，接通电源预热半小时。
25.步骤5.2、数字性能的验证对标准码元信号、数字噪声信号进行数据打包后通过光纤53输出给射频数字t/r组件综合测试系统进行测试，记录模块49对接口模块50输出信号进行记录分析，用于对标准码元信号、数字噪声信号输出数据进行定标。将测试信号与标定信号进行对比，实现对测试系统性能进行校准。
26.本发明的有益效果是：针对雷达t/r生产线测量面临的任务重、测试系统复杂、测试要求高、测试一致性差、问题难追溯等问题, 通过计量方法与传递标准装置的研究、数字信号的仿真计算，并结合信息化、自动化的手段，解决数字t/r组件测试系统原位整体量传的难题，实现数字类测试系统现场整体校准。该方法应用于所科研生产用数字t/r组件数字测试系统，实现测试系统整体校准，减少生产线停产时间，提高生产效率；提供测试系统的快速故障诊断手段，提高计量效率和仪表利用率；保证测试系统的性能可靠。为推进射频微波数字类测量生产线开展工程调试、测试的自动化工作具有深远的意义，对射频微波数字类测量生产线其他集成系统的校准技术研究具有普遍的指导意义。
27.附图说明
28.图1 脉冲功率校准图图2 多通道传递标准装置图3 模拟接收幅相校准图图4 模拟发射幅相校准图图5 数字接收幅相一致性校准图图6 数字性能验证图1.射频数字t/r组件综合测试系统 2.信号中枢 3.功率计 4.信号发生器a 5.信号发生器b 6.脉冲功率计 7.定向耦合器 8.数字t/r组件 9.数字t/r组件时钟端 10.数字t/r组件本阵端 11.数字t/r组件时钟端 12.定向耦合器正向耦合端 13.定向耦合器输出端 14.信号中枢功率计端 15.多通道传递标准装置 16.功分器 17.一分八负载开关 18.电控1db步进衰减器 19.电控移相器 20.电控10db步进衰减器 21.控制板 22.功分器一端 23.开关端 24.传递标准toutrin端口 25.参考输出端 26.lan口 27.电源 28.参考输入端 29.功分器二端 30.信号输入端 31.矢量网络分析仪 32.功分器 33.一分八功分器 34.信号中枢toutrin端口 35.信号中枢参考端 36.信号中枢信号输入端 37.一分八开关 38.网络分析仪port1端 39.网络分析仪port2端 40. 参考数字t/r组件 41. 标准模拟件（小功率衰减器、移相器） 42.参考数字t/r组件光口 43.数字t/r组件光口 44.数据采集卡光口a 45.数据采集卡光口b 46. 标准数字码元发生器 47.控制模块 48.主控计算机 49.记录模
块 50.接口模块 51.码元仿真模块 52.数字噪声仿真模块 53.光纤
具体实施方式
29.以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
30.射频数字t/r组件综合测试系统1的校准技术，运用定向耦合器采用耦合比法对脉冲功率进行校准；研建多通道传递标准装置，采用传递法对测试系统模拟量进行校准；运用标准模拟件（小功率衰减器、移相器），采用插入法，对测试系统数字量进行校准；研建标准数字码元发生器，对测试系统数字性能进行验证。
31.运用定向耦合器采用耦合比法对脉冲功率进行校准，如附图1，射频数字t/r组件综合测试系统1的脉冲功率测量。射频数字t/r组件综合测试系统1包括信号中枢2、功率计3、信号发生器a 4、信号发生器b 5，数字t/r组件8输出与定向耦合器7的输入端连接，定向耦合器7的耦合端12取样信号经标准脉冲功率计6测量（定向耦合器的功率比设置为功率计的偏置），定向耦合器7的输出端13与射频数字t/r组件综合测试系统1的测试端连接。激励信号为数字t/r组件8输出的中大脉冲功率。射频数字t/r组件综合测试系统1和脉冲功率计6（含功率敏感器），依据仪器设备说明书的要求，接通电源预热半小时。校准时，数字t/r组件8输出与定向耦合器7的输入端连接，定向耦合器7的耦合端12取样信号经标准脉冲功率计6测量（定向耦合器的功率比设置为功率计的偏置），定向耦合器7的输出端13与射频数字t/r组件综合测试系统1的测试端连接。
32.研建多通道传递标准装置15，如附图2，包括功分器16、一分八负载开关17、电控1db步进衰减器18、电控移相器19、电控10db步进衰减器20、控制板21、功分器一端22、开关端23、传递标准toutrin端口24、参考输出端25、lan口26、电源27、参考输入端28、功分器二端29、信号输入端30。控制板21对一分八负载开关17、电控移相器19、电控1db步进衰减器18、电控10db步进衰减器20进行状态控制；对于发射通路，信号通过信号输入端30，经功分器16，信号一分为二，其中功分器一端22与开关端23用刚性电缆短接，然后经一分八负载开关17后输出至端口toutrin端口24，功分器二端29与参考输入端28用刚性电缆短接，然后经电控1db步进衰减器18、电控移相器19、电控10db步进衰减器20至参考输出端25；对于接收通路，信号通过toutrin端口24经一分八负载开关17至开关端23输入，参考信号通过参考输出端25经电控10db步进衰减器20、电控移相器19、电控1db步进衰减器18至参考信号输入端28。
33.运用多通道传递标准装置15采用传递法进行接收模拟幅相校准，如附图3。在校准前，射频数字t/r组件综合测试系统1接通电源预热半小时；将标准矢量网络分析仪收发端口连接至多通道传递标准装置15的端口30、25，进行全二端口校准，分别改变衰减器18、20衰减量和移相器19相位量，测出幅度、相位值作为标准参考值。校准时，射频数字t/r组件综合测试系统1的模拟幅度、相位校准主要通过系统中网络分析仪31完成，对射频数字t/r组件综合测试系统1进行全二端口校准，减小失配误差，测试系统模拟接收通路幅度自动校准的连接方式如附图3所示。射频数字t/r组件综合测试系统1的模拟接收校准系统包括多通道传递标准装置15，由射频数字t/r组件综合测试系统1中的信号发生器4（激励源）提供信号输入信号中枢2的信号输入端36，将多通道传递标准装置15的toutrin端口24与信号中枢
2的测试端口（toutrin）端口34对应相连，将多通道传递标准装置15的参考输出端25与信号中枢2的参考端35相连，将网络分析仪31的port1和port2作为两个接收机a和b与多通道传递标准装置15的开关端23和参考输入端28对应相连，测出参考通道和接收通道的两路信号幅度差值和相位差b/a。将实测值与参考标准值进行比较，来校准接收模拟幅相。注意模拟相位校准前，需确定测试系统的工作频率范围，根据射频数字t/r组件综合测试系统1的工作频率范围选择多通道传递标准装置15中的电控移相器19。其中，7720a的工作频段为0.5ghz～2.0ghz，7722a的工作频段为2.0ghz～6.0ghz，7728a的工作频段为6.0ghz～18ghz。
34.运用多通道传递标准装置15采用传递法进行发射模拟幅相校准，如附图4。在校准前，射频数字t/r组件综合测试系统1接通电源预热半小时；将标准矢量网络分析仪收发端口连接至多通道传递标准装置15的端口30、25，进行全二端口校准，分别改变衰减器18、20衰减量和移相器19相位量，测出幅度、相位值作为标准参考值。校准时，射频数字t/r组件综合测试系统1的模拟幅度校准主要通过系统中网络分析仪31完成，对射频数字t/r组件综合测试系统1进行全二端口校准，减小失配误差，测试系统模拟发射通路幅度自动校准的接线方式如附图4所示。射频数字t/r组件综合测试系统1的模拟发射校准系统包括多通道传递标准装置15，由射频数字t/r组件综合测试系统1中的信号发生器4（激励源）提供信号输入多通道传递标准装置15的信号输入端30，将多通道传递标准装置15的toutrin端口24与信号中枢2的测试端口（toutrin）34对应相连，将多通道传递标准装置15的参考输出端25与信号中枢2的参考端35相连，将多通道传递标准装置15的功分器一端22与开关端23用刚性电缆短接，功分器二端29与参考输入端28用刚性电缆短接，将网络分析仪31的port1和port2作为两个接收机a和b与信号中枢2的port1端和port2端对应相连，测出参考通道和发射通道的两路信号幅度差值b/a。将实测值与参考标准值进行比较，来校准接收模拟幅相。模拟相位校准前，需确定测试系统的工作频率范围，根据测试系统的工作频率范围选择多通道传递标准装置中的电控移相器19。其中，7720a的工作频段为0.5ghz～2.0ghz，7722a的工作频段为2.0ghz～6.0ghz，7728a的工作频段为6.0ghz～18ghz。
35.运用标准模拟件41，采用插入法，将定标的模拟量转换为数字量，进行射频数字t/r组件综合测试系统1的数字接收幅相一致性校准，如附图5。校准前，将射频数字t/r组件综合测试系统1、参考数字t/r组件40，接通电源预热半小时；用标准矢量网络分析仪对标准模拟件（小功率衰减器、移相器）测量标准参考幅度、相位值。校准时，需要选用参考数字t/r组件40（基准件）中的1～8路中的任意一路作为幅度、相位参考，相对稳定的数字t/r组件8作为被测件。由测试系统中的信号发生器4提供激励信号，接入信号中枢2的信号端，将定标后的标准模拟件（小功率衰减器、移相器）接入信号中枢2的参考端35与参考数字t/r组件40的接收通路，信号中枢2的信号中枢toutrin端34与被测数字t/r组件8的接收通路对应相连。将被测数字t/r组件8和参考数字t/r组件40输出信号经过数字t/r组件光口43和参考数字t/r组件光口42进入射频数字t/r组件综合测试系统1，测试系统数据处理软件中进行分析，得到测试结果，并与标准参考值进行比较，来校准接收数字幅相一致性。
36.标准数字码元发生器46，对测试系统数字性能进行验证，如附图6所示。标准数字码元发生器46包括控制模块47、主控计算机48、记录模块49、接口模块50、码元仿真模块51、数字噪声仿真模块52、光纤53，控制模块47接收主控计算机48控制命令和参数，通过vpx总
线对码元仿真模块51等进行控制和数据处理；码元仿真模块51根据控制模块传送命令，产生数字t/r组件输出标准码元信号，传输至接口模块50；数字噪声仿真模块52产生数字噪声信号，传输至接口模块50；接口模块50对标准码元信号、数字噪声信号进行数据打包后通过光纤53输出给射频数字t/r组件综合测试系统1进行测试，记录模块49对接口模块50输出信号进行记录分析，用于对标准码元信号、数字噪声信号输出数据定标，将测试数据结果与定标数据结果进行一致性比对，实现对测试系统数字性能的验证。
37.以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
38.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。