连续波射频功率放大器自动测试系统的制作方法

连续波射频功率放大器自动测试系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种连续波射频功率放大器自动测试系统，包括计算机（1）、GPIB卡（2）、仪器电源（3）、射频管理及接口控制单元（4），以及连接到射频管理及接口控制单元对应接口上受其控制的第一信号源（5）、第二信号源（6）、功率计（7）、频谱分析仪（8）、大功率衰减器（9）、网络分析仪（10）、被测功放（11）；射频管理及控制单元（4）内部通过三个射频开关（K1、K2、K3）和合成器（41），在相应的控制电路下组成射频校准链路和功放测试电路。本实用新型通过通信总线综合管理各仪器，通过射频管理及接口控制单元多接口连接实现射频通路校准和功放测试，提高了测试效率，节约了人力物力成本。
【专利说明】连续波射频功率放大器自动测试系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于功率放大器测试【技术领域】，具体而言，涉及一种连续波射频功率放大器指标的自动测试系统。
【背景技术】
[0002]连续波射频功率放大器是各种无线发射机的重要组成部分。主要功能是对连续波射频激励信号进行放大。连续波射频功率放大器的指标繁多，常见如电压、电流、效率、输入输出特性、P-1dB (IdB压缩点功率)、Psat (饱和功率)、增益、输出驻波、平坦度、谐波抑制、杂散抑制、交调特性、相位、群时延、AM/PM (调幅/调相)等。
[0003]对于功放的测试，没有专门的系统化自动化测试工具，传统上采用人工测试，往往需要多名工程师同时操作多台仪器，耗费大量时间和精力进行通路校准，对功放指标逐项、逐点进行测试、计算、记录，并频繁的更换测试电缆端口。由于测试时间较长，功放及大功率器件在冷、热条件下的测试结果存在误差。人为因素也使测试错误及操作不当等状况难以避免。传统的人工测试不仅测试过程不完整，测试结果不准确，而且加大了损坏功放、仪器设备的风险。
实用新型内容
[0004]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种连续波射频功率放大器自动测试系统，以计算机为核心，通过标准总线接口对仪器、设备进行集中控制管理，对射频通路进行校准及测试。
[0005]本实用新型采取的技术方案是:一种连续波射频功率放大器自动测试系统，包括计算机、GPIB卡、仪器电源、射频管理及接口控制单元，以及连接到射频管理及接口控制单元对应接口上、受射频管理及接口控制单元控制的第一信号源、第二信号源、功率计、频谱分析仪、大功率衰减器、网络分析仪、被测功放。
[0006]射频管理及控制单元包含三个射频开关K1、K2、K3和合成器、电源电路、控制电路；其中，控制电路由处理器模块、开关驱动模块、功放接口驱动模块、GPIB通信模块组成，开关Κ1、Κ2、Κ3为射频同轴开关，由开关驱动模块驱动；开关Kl为一单刀双掷开关，开关Κ2、Κ3为单刀多掷开关，开关Kl公共端作为第一信号源接口，两个切换端分别连接开关Κ2的一个切换端和合成器的一个分配端；合成器的另一个分配端作为第二信号源的接口，合成端连接开关的一个切换端；开关的公共端连接被测功放的输入测试电缆，切换端除上述连接之外，其余切换端作为网络仪端口、扩展接口 ；开关公共端连接大功率衰减器的输出端，切换端分别作为功率计、频谱分析仪、网络分析仪、扩展接口。
[0007]射频管理及控制单元根据不同的功放形式提供TTL电平或422电平、继电器OC门驱动、串口及LAN总线遥控接口与被测功放连接，实现射频测试链路的无拆卸、无更换连接。
[0008]射频管理及控制单元可组成的射频校准链路有:[0009]I)输入端差损校准链路
[0010]网络分析仪(10)第一端口一射频管理及控制单元(4)第一信号源接口一开关(Kl)—开关(K2)—被测功放输入端测试电缆(LI)—网络分析仪(10)第二端口 ；
[0011]2)输入端驻波校准链路
[0012]网络分析仪(10)第一端口一射频管理及控制单元(4)第一信号源接口一开关(Kl)—开关(K2)—被测功放输入端测试电缆(LI)—被测功放(11);
[0013]3)输出端差损校准链路
[0014]网络分析仪(10)第一端口一通过式功率计(7)—被测功放输出端测试电缆(L2)—大功率衰减器(9)—开关(K3)—网络分析仪(10)第二端口，其中通过式功率计(7)可省略，将网络分析仪(10)第一端口与输出端测试电缆(L2)直接连接；
[0015]4 )网络仪通路校准链路
[0016]网络分析仪(10)第一端口一开关(K2)—被测功放输入端测试电缆(LI)—通过式功率计(7)——被测功放输出端测试电缆(L2)——大功率衰减器(9)——开关(K3)——网络分析仪第二端口，其中通过式功率计7可省略，将输入端测试电缆(LI)与输出端测试电缆(L2)直通连接即可。
[0017]射频管理及控制单元(4)可组成的功放测试链路有:
[0018]I)功放供电特性、功率指标测试链路
[0019]第一信号源(5)—开关(Kl)—开关(K2)—被测功放输入端测试电缆(LI)—被测功放(11)—通过式功率计(7)—被测功放输出端测试电缆(L2)—大功率衰减器(9)——开关(K3)——吸收式功率计(7)，其中通过式功率计(7)为可省略，将被测功放(11)与输出端测试电缆(L2)直接相连；
[0020]2)谐波和杂散波测试链路
[0021]第一信号源(5)—开关(Kl)—开关(K2)—被测功放输入端测试电缆(LI)—被测功放(11)—通过式功率计(7)—将被测功放输出端测试电缆(L2)—大功率衰减器(9)——开关(K3)——频谱仪(8)，其中通过式功率计(7)可省略，将被测功放(11)与输出端测试电缆(L2)直接相连即可；
[0022]3)三阶交调测试链路
[0023]第一信号源(5)—开关(Kl)/第二信号源(6)—合成器(41)——开关(K2)—被测功放输入端测试电缆(LI)—被测功放(11)—通过式功率计(7)—将被测功放输出端测试电缆(L2)——大功率衰减器(9)——开关(K3)——吸收式功率计(7)/频谱分析仪(8)，其中吸收式功率计(7)与频谱分析仪(8)通过开关(K3)的切换分时工作；
[0024]4 )相位、群时延、AM/PM测试链路
[0025]网络分析仪(10 )第一端口一开关(K2 )—被测功放输入端测试电缆(LI)——被测功放(11)——通过式功率计(7)——将被测功放输出端测试电缆(L2)——大功率衰减器(9)—开关(K3)—网络分析仪(10)第二端口。
[0026]在采取以上技术方案基础上，本实用新型的优点体现于:1、本实用新型利用计算机通过通信总线综合管理仪器电源、信号源、功率计、频谱分析仪、网络分析仪、射频管理及接口控制单元、功率放大器等仪器设备，自动测量射频功率放大器电源特性(电压、电流、效率)、输入输出特性、频率特性、P-ιdB、Psat、增益特性、输出驻波、平坦度特性、谐波抑制、杂散抑制、交调特性、相位、群时延、AM/PM等性能指标。2、能实现射频输入通路及射频输出通路校准。3、能够自动监视射频功率放大器状态，对故障、异常、功率状态自动进行分析及保护。4、射频管理及接口控制单元提供所有全部射频通路，指标测试时无需拆卸电缆及更换射频端口。针对不同功放单机和模块提供TTL电平、422电平、继电器驱动、串口及LAN总线遥控接口，实现功放收发、波段遥控及状态监控。本实用新型的系统实现连续波射频功率放大器的自动测试，保证了测试结果准确性，提高了测试效率，节约了人力物力成本，同时加入保护措施，使得测试过程更安全，降低了损坏功放和仪器设备的风险。
【专利附图】

【附图说明】
[0027]图1为连续波射频功率放大器自动测试系统的结构框图；
[0028]图2为射频管理及接口控制单元组成框图；
[0029]图3为射频链路方框图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例具体介绍本实用新型的构成。
[0031]图1是测试系统的结构框图。从中可以看出，系统包括了计算机1、GPIB卡2、仪器电源3、射频管理及接口控制单元4、第一信号源5、第二信号源6、功率计7、频谱分析仪8、大功率衰减器9、网络分析仪10及其他设备，被测功放11连接在系统中，针对不同的测试目的有不同的连接方式。
[0032]计算机I提供软件控制平台，用于人机界面操作，她通过GPIB总线与仪器、设备进行通信、控制管理。GPIB卡2提供计算机及各仪器设备的通信、控制接口。仪器电源3为被测功放11提供电压、电流及限流、欠压保护。射频管理及控制单元4是功放自动测试系统的重要组成部分，它为系统提供射频链路切换及功放控制接口，射频管理及控制单元4的GPIB通信接口与系统总线连接，功放控制接口与被测功放控制端连接。
[0033]两个信号源为被测功放11提供单音或双音射频激励信号。大功率衰减器9提供射频大信号的功率吸收，经过衰减的射频信号可直接用于仪器检测。功率计7用于对功放输出功率的检测。频谱分析仪8用于对功放输出频谱及功率谱密度的检测。网络分析仪10用于射频链路校准、增益平坦度测量、群时延测量、相移测量、AM/PM特性检测。
[0034]本实用新型的核心结构在于射频管理及控制单元4，其特点之一在于接口形式多，无需插拔转换，其他应用设备连接在它的相应接口上即可。
[0035]射频管理及控制单元4的具体结构如附图2所示。它主要由射频开关K1、K2、K3，合成器41、电源电路42、控制电路43组成。其中，射频开关Κ1、Κ2、Κ3为射频同轴开关(SP射频继电器开关)，主要实现射频通路的切换。电源电路42为该设备单机提供电源转换。控制电路43由处理器431、开关驱动模块432、功放接口驱动模块433、GPIB通信模块434组成。处理器431控制连接开关驱动模块432、功放接口驱动模块433、GPIB通信模块434，主要实现射频开关通断、功放控制、通信、IXD显示、按键操作等逻辑处理；GPIB通信模块434向外通过GPIB总线与计算机相连,用于实现计算机与该设备单机间的连接；功放接口驱动模块433向外通过GPIB总线与被测功放连接，可针对不同功放单机和模块提供TTL电平、422电平、继电器OC门驱动、串口及LAN总线遥控接口驱动，实现功放收发、波段遥控及状态监控。开关驱动模块432与各射频开关的控制端口相连，用于驱动各开关进行射频切换，由于开关接口较多，测试时无需拆卸电缆及更换射频端口，射频管理及控制单元4的射频链路具体如图3所示:
[0036]开关驱动模块432与各射频开关的控制端相连，开关Kl为一单刀双掷开关，开关K2、K3为单刀多掷开关。开关Kl公共端作为第一信号源5接口，两个切换端分别连接开关Κ2的一个切换端，和合成器41的一个分配端。合成器41共有两个分配端、一个合成端，另一个分配端作为第二信号源6的接口，合成端连接开关Κ2的一个切换端。开关Κ2的公共端连接被测功放11的输入端测试电缆L1，K2切换端除上述所用之外，还有的作为网络仪端口，有的作为扩展接口。开关K3公共端连接大功率衰减器9的输出端，切换端分别作为功率计、频谱分析仪、网络分析仪的接口，用于连接功率计7、频谱分析仪8、网络分析仪10，此外也有扩展接口。
[0037]从上述可以看出，被测功放11的输出端测试电缆L2和大功率衰减器9的输入端连接方向还未知，这是因为根据两种不同的功率计7，有两种选择连接方式:功率计7有通过式或吸收式探头两种形式，当选用吸收式功率计时，将其连接在开关K3的功率计接口上，系统工作时，由射频开关K3分时切换选通，被测功放11的输出端和大功率衰减器9的输入端直接连通。当选用通过式功率计时，将其连接在被测功放11输出端与大功率衰减器9输入端之间，系统工作时，既可测量功放的输出反射功率及驻波，又可以在测量功放输出频谱的同时监测输出功率，无需切换输出端射频开关。
[0038]第一信号源5、第二信号源6通过开关Kl和合成器41实现单音或双音射频的控制输入。
[0039]连续波射频功率放大器测试项目一般包括:射频链路校准、供电测试(电压、电流、效率)、输入输出特性测试、P-1dB测试、Psat测试、增益测试、输出驻波测试、平坦度测试、谐波抑制测试、杂散抑制测试、交调特性测试、相位测试、群时延测试、AM/PM测试等。下面重点介绍其中几部分测试链路的连接，其他的测试原理基本相同，不做赘述。
[0040]一、校准链路
[0041]射频链路校准是自动测试的重要环节，用于消除射频测试链路上的差损、相位误差、群延迟误差、驻波误差，确保测量的准确性。本系统中的校准链路分为输入端校准链路、输出端校准链路及网络仪通路校准链路:
[0042]I)输入端校准链路
[0043]为了准确的记录及测量被测功放输入信号功率及冷驻波特性，需要对输入端链路的差损及驻波进行校准。包括:
[0044]a)差损校准
[0045]按图3所示，将网络分析仪10的第一端口连接到射频管理及控制单元4上第一信号源5的接口处，被测功放输入端测试电缆LI 一端连到K2的切块端上，另一端连接到网络分析仪10的第二端口，形成输入端差损校准链路为:网络分析仪10的第一端口——射频管理及控制单元4第一信号源接口一Kl—K2—输入端测试电缆LI—网络分析仪10的第二端口，利用网络仪进行测量即可。系统将自动控制网络仪，获取并记录测试频段内的参数，绘制校准曲线，得到校准数据用于对第一信号源5及网络分析仪10的输出射频信号进行补偿，然后系统自动生成校准文件，用于用户调用。
[0046]b)驻波校准
[0047]按图3所示，将网络分析仪10的第一端口连接到射频管理及控制单元4的第一信号源5的接口处，被测功放输入端测试电缆LI 一端连接被功放11，另一端连接到开关K2的切换端口，形成的输入端驻波校准链路为:网络分析仪10第一端口一射频管理及控制单元4第一信号源接口——Kl——K2——输入端测试电缆LI——被测功放11。
[0048]输入端链路驻波校准包括开路校准、短路校准、负载校准，选择不同的校准时，将相应的校准件连接到测试电缆上即可。
[0049]系统自动控制网络分析仪10，进行网络分析仪10第一端口的单端校准完毕后，系统将控制网络分析仪10自动保存并调用状态数据文件，实现对输入端驻波的校准。
[0050]2)输出端差损校准
[0051]输出端校准用于去除被测功放输出链路上射频开关、射频电缆、大功率衰减器的衰减及差损，最终得到功放输出端准确的输出功率及频谱特性。
[0052]按图3所示，将网络分析仪10的第一端口连接到可选通过式功率探头(与被测功放端口 B相连的一端)，将网络分析仪10的第二端口连接到射频管理及控制单元4的开关K3端网络仪端口上，形成输出端校准链路为:网络分析仪10的第一端口一可选通过式功率计(探头)(与被测功放端口 B相连的一端)——输出端测试电缆L2——大功率衰减器9——K3——网络分析仪10的第二端口。其中可选通过式功率计可省略，将网络分析仪10的第一端口与输出端测试电缆L2输入端直通连接即可。
[0053]校准操作基本同上，按照链路连接，系统自动控制射频管理及控制单元，将射频通路设置成输出端差损校准链路，自动判断链路上各开关是否切换正确，若切换错误，则显示报警。系统将自动控制网络仪，获取并记录测试频段内的参数，绘制校准曲线，得到校准数据用于对功率放大器的输出功率及频谱进行自动补偿。
[0054]3)网络仪通路校准
[0055]网络仪通路校准用于消除被测功放输入、输出链路的增益误差、相位误差，群时延误差。
[0056]按图3所示，将网络分析仪各端口连接在射频管理及控制单元4对应接口上，形成网络仪通路校准链路为:网络分析仪第一端口一K2—输入端测试电缆LI—可选通过式功率计(探头)7——测试电缆L2——大功率衰减器9——K3——网络分析仪第二端口。其中可选通过式功率计(探头)可省略，将输入端测试电缆LI输出端与测试电缆L2输入端直通连接即可。
[0057]校准过程操作基本同上，按照链路连接，系统将自动控制射频管理及控制单元，将射频通路设置成网络仪通路校准链路，自动判断链路上各开关是否切换正确，若切换错误，则显示报警并停止测试流程，正确则系统将自动控制网络仪，实现双端口直通校准。校准完毕后，系统将控制网络分析仪10自动保存并应用校准数据，调用数据文件，实现对网络仪通路增益、相位、群时延的校准。
[0058]二、功放测试链路
[0059]用户在测试功放各指标时，须按图2所示，将各仪器设备连接射频管理及控制单元对应端口上。按图3所示将输入端测试电缆L1、被测功放11、通过式功率计7、输出端测试电缆L2、大功率衰减器9串联并连接在射频管理及控制单元对应接口。如果为吸收式功率计7，则可省略上述通过式功率计7的连接，而将被测功放11直接与输出端测试电缆L2连接，将吸收式功率计7直接连接在控制射频管理及控制单元4的对应接口上即可。
[0060]所对应的各个测试链路如下:
[0061 ] I)供电特性、功率指标测试链路
[0062]供电特性测试包括:工作电压测量，静态电流测量，动态电流测量，功耗测量，功放效率测量。功率指标测试包括:输入输出特性(功放输入功率标定、输出功率测量、功放增益测量、功放平坦度测量)，功放P-1dB测量，功放Psat测量。
[0063]链路为:第一信号源5-Kl-K2-输入端测试电缆L1-被测功放11-
(通过式功率计7)——输出端测试电缆L2——大功率衰减器9——K3——吸收式功率计7。其中通过式功率计为可选部件，可将被测功放11和输出端测试电缆L2直接相连。
[0064]a)供电特性、输入输出特性的联合测量方法
[0065]?流程1:系统自动控制射频管理及控制单元，将射频通路设置成输入输出射频测试链路，自动判断链路上各开关是否切换正确，若切换错误，则显示报警并停止测试流程。
[0066]?流程2:系统自动控制仪器电源，设置电压、限流并输出。系统将自动读取、记录仪器电源输出电压及静 态电流。
[0067]?流程3:系统自动控制信号源5，设置频率、输出功率并输出。系统将自动加载输入端链路差损校准参数，标定功放输入功率。
[0068]?流程4:系统自动读取、记录仪器电源工作电流及功率计数据。系统将自动加载输出端链路差损校准参数，经计算获得准确的功放输出功率、功耗、效率、功放增益及功放平坦度。
[0069]?流程5:判断是否电源是否欠压、过流；判断是否输出功率超过最大值；计算功放增益，判断是否低于增益最小值，是否达到饱和。若满足上述条件，停止测试流程，关闭第一信号源，关闭电源输出，给出报警信息。否则继续。
[0070]?流程6:按照间隔点依次改变信号源频率、输出功率，重复流程4~流程5。
[0071]?流程7:关闭第一信号源，关闭电源输出。
[0072]?流程8:系统自动制表、绘图。
[0073]b) P-1dB及Psat的测试方法
[0074]?流程1:设置输入功率范围、粗调步进、选择饱和增益差阈值。其中输入功率范围应覆盖线性区与饱和区。粗调步进为0.5~2dB。饱和增益差阈值为3~5dB，用于判断饱和功率。
[0075]?流程2:系统自动控制射频管理及控制单元，将射频通路设置成输入输出射频测试链路，自动判断链路上各开关是否切换正确，若切换错误，则显示报警并停止测试流程。
[0076]?流程3:系统自动控制仪器电源，设置电压、限流并输出。
[0077]?流程4:设置第一信号源频率及初始输出功率，加载输入端链路差损校准参数，标定功放输入功率。第一信号源的初始输出功率为功放输入功率范围最小值与该频点输入端差损的差。[0078]?流程5:在输入功率范围内，以粗调步进从小到大粗调整信号源输出功率，读取功率计数值，加载输出端链路差损校准参数，计算功放输出功率、增益，读取仪器电源电压、电流，判断是否欠压、过流；判断是否输出功率超过最大值；判断是否低于增益最小值。若满足上述条件，停止测试流程，关闭第一信号源，关闭电源输出，给出报警信息。否则继续。
[0079]?流程6:若增益差绝对值大于0.8dB则改为0.1dB步进微调输入功率，最终得到P-1dB点，误差为±0.ldB，记录此时的功放输入功率、输出功率、增益，读取仪器电源电压、工作电流，计算功耗、效率指标。
[0080]?流程7:工程上常以P_3dB或P_5dB近似认为功放饱和功率。系统中在P-1dB点的基础上，以0.1dB步进增大输入功率，最终得到饱和功率点，误差为±0.ldB，记录此时的功放输入功率、输出功率、增益，读取仪器电源电压、工作电流，计算功耗、效率指标。
[0081]?流程8:按照间隔点依次改变信号源频率、输出功率，重复流程4~流程7。
[0082]?流程9:关闭第一信号源，关闭电源输出。
[0083]?流程10:系统自动制表、绘图。
[0084]2)频谱相关测试
[0085]频谱相关测试包括:功放的谐波测试，杂散测试，三阶交调测试。
[0086]其中谐波和杂波散测量的射频链路为:第一信号源5——Kl——K2——输入端测试电缆LI——被测功放11——通过式功率计7——输出端测试电缆L2——大功率衰减器9——K3——频谱仪8，其中通过式功率计7为可选部件，可将被测功放11和输出端测试电缆L2直接相连，取而代之的是在K3末端连接吸收式功率计。
`[0087]谐波、杂散的测试方法为:
[0088]系统自动获取功放的载波、二次谐波、三次谐波、谐波抑制、杂散、杂散抑制，过程如下:
[0089]?流程1:系统自动控制射频管理及控制单元，将射频通路设置成谐波、杂波测试链路，自动判断链路上各开关是否切换正确，若切换错误，则显示报警并停止测试流程。
[0090]?流程2:系统自动控制仪器电源，设置电压、限流并输出。系统将自动读取、记录仪器电源输出电压及静态电流。
[0091]?流程3:系统自动控制第一信号源5，设置频率、输出功率并输出。系统将自动加载输入端链路差损校准参数，标定功放输入功率。
[0092]?流程4:判断是否电源是否欠压、过流。若满足上述条件，停止测试流程，关闭第一信号源，关闭电源输出，给出报警信息。否则继续。
[0093]?流程5:系统自动读取、记录频谱仪数据。利用频谱仪标注(Marker)功能，找出载波、二次谐波、三次谐波，杂散分量，经计算得到谐波抑制及杂散抑制数据。
[0094]?流程6:按照间隔点依次改变信号源频率、输出功率，重复流程3~流程5。
[0095]?流程7:关闭第一信号源，关闭电源输出。
[0096]?流程8:系统自动制表、绘图。
[0097]三阶交调测试的射频链路为:(第一信号源5—Kl)/第二信号源6—合成器
41-K2-输入端测试电缆L1-被测功放11-通过式功率计7-输出端测试电
缆L2——大功率衰减器9——K3——吸收式功率计7/频谱分析仪8。其中吸收式功率计7与频谱分析仪8通过开关K3的切换分时工作。[0098]三阶交调的测试方法为:
[0099]?流程1:参数设置。主要包括:双音频谱间隔，输出功率Po，起始输入功率，平衡度(双音信号幅度差最大值)等。
[0100]?流程2:信号调平衡过程
[0101]I)仅输出第一信号源,功率设为起始值。以0.5dB步进增大输入信号，使功放输出达到 Po-3.5dB ；
[0102]2)第二信号源射频输出，幅度与第一信号源相等
[0103]3)以0.1dB步进调整第二信号源，使功放输出的双音信号平衡度达到设置要求；
[0104]4)以0.1dB步进同时调整第一、第二信号源，使功放输出达到Po。
[0105]5)判断平衡度是否满足，若不满足则重复流程2。
[0106]?流程3:系统自动读取、记录频谱仪数据。利用频谱仪标注(Marker)功能，找出载波及交调分量，并记录数据。
[0107]?流程4:按照间隔点依次改变信号源频率、输出功率，重复流程2~流程3。
[0108]?流程5:关闭第一信号源，关闭电源输出。
[0109]流程6:系统自动制表、绘图。
[0110]3)相位、群时延、AM/PM测试
[0111]链路为:网络分析仪10`第一端口一K2—输入端测试电缆LI—被测功放11——可选通过式功率计(探头)7——输出端测试电缆L2——大功率衰减器9——K3——网络分析仪10第二端口。其中，可选通过式功率计7可省略，将被测功放11与输出端测试电缆L2输入端直通连接即可。
[0112]测试步骤如下:
[0113]?流程1:加载网络仪通路校准状态。
[0114]?流程2:选择测试通路，判断各开关状态。
[0115]?流程3:系统自动控制网络仪，获取相应测试参数。
[0116]?流程4:关闭网络仪射频输出，关闭电源输出。
[0117]?流程5:系统自动制表、绘图。
[0118]4)输入驻波测试
[0119]链路如上，测试步骤如下:
[0120]?流程1:加载输入端驻波校准状态。
[0121]?流程2:选择测试通路，判断各开关状态。
[0122]?流程3:系统自动控制网络仪，获取驻波参数。
[0123]?流程4:关闭网络仪射频输出，关闭电源输出。
[0124]?流程5:系统自动制表、绘图。
[0125]5)扩展链路
[0126]射频链路为:K2端扩展接口——Κ2——输入端测试电缆LI——被测功放11——通过式功率计7——输出端测试电缆L2——大功率衰减器9——Κ3——Κ2端扩展接口。扩展链路主要用于测试功能扩展。其中，Κ2端扩展接口可用于其它激励器输入，也可用于射频输入信号隔离。Κ3端扩展接口可连接其它测试设备，如示波器、噪声仪等，用于测试包络波形，时序信息，噪声系数等指标。[0127]系统测试主要包括以下流程:
[0128]a)测试准备阶段。用户需要确保电缆可靠连接，打开仪器、设备电源，确保信号源、网络仪射频信号关闭。
[0129]b)打开测试系统软件。软件开启后，系统自动加载上次测试参数。
[0130]c)参数设置。包括:频段、功率、电流、电压、校准参数、测试间隔时间、各门限阈值等。可根据测试需要设置功能项，如功能复选、测试方法、保护机制、频段滤波器、功放接口、自动仪器连接功能等。
[0131]d)仪器连接。用户可加载仪器驱动文件，并手动连接仪器。连接状态可视，对应测试功能可列举及复选。
[0132]e)参数校准。系统提供校准向导，对射频链路进行手动校准。当测试条件不变的情况下，仅需一次校准。系统自动生成校准参数曲线及文件，可保存、读取和显示。
[0133]f)射频连接。用户在校准流程后，需按照附图2、图3连接并确保射频通路畅通。
[0134]g)监视及测试。用户可分别对各测试流程项进行操作。在测试过程中，系统根据选定的保护机制和阈值自动监视功放状态，电流、电压、频段、功率、增益等重要信息，判断功放故障或异常状态，自动对系统及功放进行保护，测试过程可紧急停止。
[0135]h)文件输出。系统提供完整测试报告。包括数据表格、曲线图形、测试时间、测试人员、文字描述等重要信息。
[0136]i)结束。结束流程中系统自动关闭信号源、网络仪、电源输出。自动生成参数文件，用于下次继承与加载。
[0137]测试系统工作流程举例:
[0138]历程:某连续波功率放大器，供电(电压、电流、效率)、输入输出特性的校准、自动测试流程。
[0139]假设:功放工作频率:100~200MHz，在输入功率OdBm时输出功率大于100W，最大功率输出120W，供电28V (±10%)，工作电流小于1(^，功放收发TTL控制(逻辑I为发射，O为接收)。
[0140]按以下流程进行自动测试:
[0141]1)测试准备阶段。用户需要确保电缆可靠连接，打开仪器、设备电源，确保信号源、网络仪射频信号关闭。
[0142]2)在计算机平台上打开测试系统软件。软件开启后，系统自动加载上次测试全部参数及参数文件。若用户设置了 “开机连接所有仪器”选项，系统将自动连接所有仪器，断开信号源、网络仪射频输出及电源输出，当有仪器连接失败时，自动给予提示。
[0143]参数包括:工作频段、最大输出功率(门限)、输入电压、欠压门限、最大工作电流(门限)、最小增益(门限)、测试间隔时间、功能复选、测试方法、保护机制、功放接口、频段滤波器等。
[0144]参数文件包括:各仪器的驱动文件、各校准文件等。
[0145]3)在软件平台参数设置。参数的定义与上述相同，若需要则按以下方法设置:
[0146]?工作频段:100 ~200MHz
[0147]?最大输出功率(门限):120W
[0148]?输入电压:28V[0149]?欠压门限:25V
[0150]?最大工作电流(门限):10A
[0151]?最小增益(门限):47dB
[0152]?测试间隔时间:200mS
[0153]?功能复选:供电测试、输入输出特性
[0154]?保护机制复选:欠压、过流、最大输出功率、最小增益、饱和保护
[0155]?功放接口:TTL、逻辑I为发射
[0156]?按置“参数确定”按钮
[0157]4)在软件平台连接仪器
[0158]若需要，则按以下方法操作:
[0159]?连接仪器电源
[0160]加载仪器电源驱动文件，系统自动提示加载文件状态
[0161]设置仪器电源GPIB地址
[0162]按置“连接仪器电源”按钮
[0163]当连接成功后，对应绿色指示灯开启，系统自动对电源复位、状态清零并关闭输出
[0164]?连接第一信号源
[0165]加载第一信号源驱动文件，系统自动提示加载文件状态
[0166]设置第一信号源GPIB地址
[0167]按置“连接第一信号源”按钮
[0168]当连接成功后，对应绿色指示灯开启，系统自动对第一信号源复位、状态清零关闭射频输出
[0169]?连接功率计
[0170]加载功率计驱动文件，系统自动提示加载文件状态
[0171]设置功率计GPIB地址
[0172]按置“连接功率计”按钮
[0173]当连接成功后，对应绿色指示灯开启，系统自动对功率计复位、状态清零
[0174]?连接射频管理及控制单元
[0175]加载设备驱动文件，系统自动提示加载文件状态[0176]设置设备GPIB地址
[0177]按置“连接射频管理及控制单元”按钮
[0178]当连接成功后，对应绿色指示灯开启，系统自动对该设备复位、状态清零
[0179]?连接网络仪
[0180]加载网络仪驱动文件，系统自动提示加载文件状态
[0181]设置网络仪GPIB地址
[0182]按置“连接网络仪”按钮
[0183]当连接成功后，对应绿色指示灯开启，系统自动对该设备复位、
[0184]状态清零
[0185]加载仪器、设备驱动文件的作用是为了满足兼容不同仪器、设备的需要。当同类仪器、设备需要更换且通信指令不一致时，可加载对应仪器、设备的驱动文件。
[0186]当上述仪器、设备连接成功时，功能汇总指示项:链路校准、供电测试、输入输出特性测试、P-ldB/Psat测试、平坦度测试、相移测试、AM/PM测试、群时延测试、输入主波测试等被标记，代表可以进行以上功能测试。
[0187]5)参数校准
[0188]准对本历程测试，需要对输入端链路差损、输出端链路差损进行校准。当系统已经存在该链路校准文件时，加载校准文件即可，可跳过对应步骤。当需要校准时，操作以下步骤:
[0189]a)输入端链路差损校准
[0190]?在软件平台上，打开输入端链路差损校准向导页面。
[0191]?设置校准频段，系统将自动系统校准频段是否包含测试频段。针对本例，设置为:80~120MHz，当设置好后，点击“下一步”。
[0192]?按照向导提示，手动连接射频电缆:按图3所示，将网络仪第一端口连接到第一信号源接口，将网络仪第二端口连接到输入端测试电缆L1(A端)。当连接好后，点击“下一
[0193]?系统将自动控制连接射频管理及控制单元，将射频通路设置成输入端差损校准链路，自动判断链路上各开关是否切换正确，若切换错误，则显示报警。
[0194]?系统将自动控制网络仪获取参数，得到校准数据，绘制校准曲线。
[0195]?用户可对校准数据文件进行保存和读取，读取文件时，自动绘制校准曲线，得到校准数据用于对第一信号源5及网络分析仪10的输出射频信号进行补偿。
[0196]?系统自动生成校准文件，用于用户调用。
[0197]b )输入端链路驻波校准
[0198]?在软件平台上，打开输入端链路差损校准向导页面。
[0199]?设置校准频段，系统将自动系统校准频段是否包含测试频段。当设置好后，点击“下一步”。
[0200]?系统将自动控制连接射频管理及控制单元，将射频通路设置成输入端驻波校准链路，自动判断链路上各开关是否切换正确，若切换错误，则显示报警。
[0201]?开路(open)校准。按照向导提示，按图3所示，将网络仪第一端口连接到第一信号源接口，将网络分析仪10的开路校准件连接到输入端测试电缆LI。当连接好后，点击“下一步”。系统将自动控制网络分析仪10，进行网络分析仪10第一端口的单端开路校准，当校准完毕后，系统将控制网络分析仪10自动保存并应用校准数据。
[0202]?短路(short)校准。同样按上述方式，将网络仪第一端口连接到第一信号源接口，将网络分析仪10的短路校准件连接到输入端测试电缆LI。当连接好后，点击“下一步”。系统将自动控制网络分析仪10，进行网络分析仪10第一端口的单端开路校准，当校准完毕后，系统将控制网络分析仪10自动保存并应用校准数据。
[0203]?负载(load)校准。同样按上述方式，将网络仪第一端口连接到第一信号源接口，将网络分析仪10的负载校准件连接到输入端测试电缆LI。当连接好后，点击“下一步”。系统将自动控制网络分析仪10，进行网络分析仪10第一端口的单端开路校准，当校准完毕后，系统将控制网络分析仪10自动保存并应用校准数据。[0204]?网络分析仪10状态的保存。当开路、短路、负载校准完毕后，用户通过软件界面可对网络分析仪10状态进行保存。状态数据文件保存于网络分析仪10内部，系统通过控制网络分析仪10，调用状态数据文件，实现对输入端驻波的校准。
[0205]c)输出端链路差损校准
[0206]?在软件平台上，打开输出端链路差损校准向导页面。
[0207]?设置校准频段，系统将自动系统校准频段是否包含测试频段。针对本例，设置为:80~120MHz，当设置好后，点击“下一步”。
[0208]?按照向导提示，手动连接射频电缆:按图3所示，将网络仪端口 I连接可选通过式功率计探头(若不应用该部件，则直接连接输出测试电缆)，将网络分析仪第二端口连接到射频管理及控制单元的网络仪第二端口上。当连接好后，点击“下一步”。
[0209]?系统将自动控制射频管理及控制单元，将射频通路设置成输出端差损校准链路，自动判断链路上各开关是否切换正确，若切换错误，则显示报警。
[0210]?系统将自动控制网络仪获取参数，得到校准数据，绘制校准曲线。得到校准数据用于对功率放大器的输出功率及频谱进行自动补偿。系统自动生成校准文件，用于用户调用。
[0211]6)射频连接
[0212]需按照附图2、图3连接并确保射频通路。
[0213]7)监视及测试
[0214]按以下流程操作`
[0215]?在软件平台上，打开输入输出自动测试页面
[0216]?设置频率间隔点、输入功率间隔点、输入功率范围。针对本例，设置频率间隔点:11，输入功率间隔点11，输入功率范围:-10~OdBm
[0217]?开始测量
[0218]系统将自动进行以下流程
[0219]?流程1:系统自动控制射频管理及控制单元，将射频通路设置成对应射频链路，自动判断链路上各开关是否切换正确，若切换错误，则显示报警。
[0220]?流程2:系统自动控制仪器电源，设置电压、限流并输出。
[0221]?流程3:系统自动控制信号源1，设置频率、输出功率并输出。系统将自动加载输入端链路差损校准参数，设置准确的功放输入功率。
[0222]?流程4:按照测试间隔时间的设置，等待200mS。
[0223]?流程5:系统自动读取、记录电压、电流、功率计数据。系统将自动加载输出端链路差损校准参数，经计算获得准确的功放输出功率。
[0224]?流程6:判断是否电源是否欠压、过流；判断是否输出功率超过最大值；计算功放增益，判断是否低于增益最小值，是否达到饱和。若满足上述条件，停止测试流程，关闭第一信号源，关闭电源输出，给出报警信息。否则继续。
[0225]?流程7:按照间隔点依次改变信号源频率、输出功率，重复流程4~流程7
[0226]?流程8:关闭第一信号源，关闭电源输出。
[0227]?流程9:系统自动制表、绘图
[0228]8)文件输出。系统提供完整测试报告。包括数据表格、曲线图形、测试时间、测试人员、文字描述等重要信息。
[0229]9)结束。结束流程中系统自动关闭信号源、网络仪、电源输出。自动生成参数文件，用于下次继承与加载。
[0230]其中重要指标:
[0231]I) P-1dB及饱和功率的测试方法如下:
[0232]a)设置功率范围、粗调步进、选择饱和增益差阈值。其中输入功率范围应覆盖线性区与饱和区。粗调步进为0.5?2dB。饱和增益差阈值为3?5dB，用于判断饱和功率。
[0233]b)从小到大粗调整信号源输出功率，读取功率计正向功率数值，计算功放增益，若增益差绝对值大于3.1dB或小于2.9dB，则改为0.1dB步进微调输入功率，最终得到P-1dB点，误差为±0.ldB。
[0234]c)工程上常以P_3dB或P_5dB近似认为功放饱和功率。系统中在P-1dB点的基础上，以0.1dB步进增大输入功率，最终得到饱和功率点。
[0235]d)当获得Psat点或输入功率达到上限时，测试过程自动停止，自动关闭信号源。
[0236]2)三阶交调分量的测试方法如下:
[0237]a)参数设置。主要包括:双音频谱间隔，输出功率Po，起始输入功率，平衡度(双音信号幅度差最大值)等。
[0238]b)信号调平衡过程
[0239]I )仅输出第一信号源,功率设为起始值。以0.5dB步进增大输入信号,使功放输出达到Po-3.5dB。
[0240]II)第二信号源射频输出，幅度与第一信号源相等。
[0241]III)以0.1dB步进调整第二信号源，使功放输出的双音信号平衡度达到设置要求。
[0242]IV)以0.1dB步进同时调整第一、第二信号源，使功放输出达到Po。
[0243]V)判断平衡度是否满足，若不满足则重复(III)?(V )步骤。
[0244]c)计算机直接读取频谱分析仪数据,控制并读取频谱仪标记(Marker),获取载波和交调分量，经计算得到相关指标。
[0245]根据本实用新型的系统实现连续波射频功率放大器的自动测试，既保证了测试结果准确性，提高了测试效率，节约了人力物力成本；同时由于在测试过程中加入了保护机制，使得测试过程更安全，降低了损坏功放和仪器设备的风险。
【权利要求】
1.一种连续波射频功率放大器自动测试系统，其特征在于:包括计算机(I)、GPIB卡(2)、仪器电源(3)、射频管理及接口控制单元(4)，以及连接到射频管理及接口控制单元(4)对应接口上、受射频管理及接口控制单元(4)控制的第一信号源(5)、第二信号源(6)、功率计(7 )、频谱分析仪(8 )、大功率衰减器(9 )、网络分析仪(10 )、被测功放(11); 射频管理及控制单元(4)内部通过三个射频开关(Kl、K2、K3)和合成器(41)，在相应的控制电路下组成射频校准链路和功放测试电路，其中所述开关(Kl)为一单刀双掷开关，公共端作为第一信号源(5)的接口，两个切换端分别连接开关(Κ2)的一个切换端和合成器(41)的一个分配端；所述开关(Κ2)为单刀多掷开关，公共端连接被测功放(11)的输入端，切换端分别连接开关(Κ1)、合成器(41)合成端、网络仪，还有扩展接口 ；所述开关(Κ3)为单刀多掷开关，公共端连接大功率衰减器(9)的输出端，切换端分别连接功率计、频谱分析仪、网络分析仪，还有扩展接口 ；所述合成器(41)合成端连接开关(Κ2)的一个切换端，两个分配端分别连接开关(Kl)的一个切换端和第二信号源(6)。
2.根据权利要求1所述的连续波射频功率放大器自动测试系统，其特征在于:射频管理及控制单元(4)根据不同的功放形式提供TTL电平或422电平、继电器OC门驱动、串口及LAN总线遥控接口与被测功放连接。
3.根据权利要求1所述的连续波射频功率放大器自动测试系统，其特征在于:射频管理及控制单元(4)组成的射频校准链路包括: O输入端差损校准链路 网络分析仪(10)第一端口一射频管理及控制单元(4)第一信号源接口一开关(Kl)—开关(Κ2)— 被测功放输入端测试电缆(LI)—网络分析仪(10)第二端口 ； 2)输入端驻波校准链路 网络分析仪(10)第一端口一射频管理及控制单元(4)第一信号源接口一开关(Kl)—开关(Κ2)—被测功放输入端测试电缆(LI)—被测功放(11); 3)输出端差损校准链路 网络分析仪(10)第一端口——通过式功率计(7)——被测功放输出端测试电缆(L2)—大功率衰减器(9)—开关(Κ3)—网络分析仪(10)第二端口，其中通过式功率计(7)可省略，将网络分析仪(10)第一端口与输出端测试电缆(L2)直接连接； 4)网络仪通路校准链路 网络分析仪(10)第一端口一开关(Κ2)—被测功放输入端测试电缆(LI)—通过式功率计(7)——被测功放输出端测试电缆(L2)——大功率衰减器(9)——开关(Κ3)—网络分析仪第二端口，其中通过式功率计(7)可省略，将输入端测试电缆(LI)与输出端测试电缆(L2)直通连接即可。
4.根据权利要求1所述的连续波射频功率放大器自动测试系统，其特征在于:射频管理及控制单元(4)组成的功放测试链路包括: I)功放供电特性、功率指标测试链路 第一信号源(5)——开关(Kl)——开关(Κ2)——被测功放输入端测试电缆(LI)——被测功放(11)——通过式功率计(7)——被测功放输出端测试电缆(L2)——大功率衰减器(9)—开关(Κ3)—吸收式功率计(7)，其中通过式功率计(7)为可省略，将被测功放(11)与输出端测试电缆(L2)直接相连；2)谐波和杂散波测试链路 第一信号源(5)——开关(Kl)——开关(K2)——被测功放输入端测试电缆(LI)——被测功放(11)——通过式功率计(7)——将被测功放输出端测试电缆(L2)——大功率衰减器(9)——开关(K3)——频谱仪(8)，其中通过式功率计(7)可省略，将被测功放(11)与输出端测试电缆(L2)直接相连即可； 3)三阶交调测试链路 第一信号源(5)-开关(Kl)/第二信号源(6)-合成器(41)-开关(K2)-被测功放输入端测试电缆(LI)——被测功放(11)——通过式功率计(7)——将被测功放输出端测试电缆(L2)——大功率衰减器(9)——开关(K3)——吸收式功率计(7)/频谱分析仪(8)，其中吸收式功率计(7)与频谱分析仪(8)通过开关(K3)的切换分时工作； 4)相位、群时延、AM/PM测试链路 网络分析仪(10)第一端 口一开关(K2)—被测功放输入端测试电缆(LI)—被测功放(11)——通过式功率计(7)——将被测功放输出端测试电缆(L2)——大功率衰减器(9)—开关(K3)—网络分析仪(10)第二端口。
【文档编号】G01R31/28GK203658537SQ201320874368
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】王姜铂 申请人:中国电子科技集团公司第三十六研究所