微波固态功率放大器全自动无人老炼试验和寿命试验系统的制作方法

本实用新型涉及老炼试验和寿命试验系统领域，尤其涉及一种微波固态功率放大器全自动无人老炼试验和寿命试验系统。

背景技术：

随着科技的快速发展和国际形势的复杂化，微波固态功率放大器需求量大批增加，而固态功率放大器在生产过程中的老炼试验和寿命试验是微波行业制造领域中的重要环节。通过老炼试验和寿命试验来判断被测对象是否实现了初始的设计目标，从而判定整机的性能是否达到了设计任务要求。所以固态功率放大器老炼筛选是提高产品质量的重要手段。因此固态功率放大器老炼试验和寿命试验也越来越受到各大公司和科研院所的重视。

微波固态功率放大器不仅是一种精密电子设备，而且造价高。其测试接线复杂，上电时序要求严格，性能指标测试项繁多和环境试验时间长，一旦在操作过程中失误就会造成产品直接报废。而固态功率放大器的整个测试老炼试验环节是一种劳动密集型生产方式，而且耗时长，由于劳动力成本上升以及熟练技术工人的短缺等因素对企业生产造成了影响，制约了生产效率。

国内设备生产企业目前主要采用人工进行单台逐一老炼筛选，对每台固态功率放大器逐个接电缆、安装、拆卸和人工记录测试数据，记录内容包括试验数据、时间、环境条件、产品编号等。固态功率放大器形状大小各异，产品连接电缆定义不一，螺钉装拆数量多，增加了操作工时；同时固态功率放大器老炼试验和寿命试验单项就要几十个小时，逐一老炼和人工随时跟踪并记录数据严重影响了测试效率。

此外，传统的工装只能单独测试一台，而且需要人工操作，当生产任务紧迫时，使用这种方式进行测试，就需要更多的测试设备、测试平台和测试人员，会导致企业投入更多的成本。因此，需要一种便捷、高效和无人值守的老炼试验和寿命试验系统，既能满足批量化生产和低成本投入的要求，又能保证产品安全可靠地快速测试。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：为解决现有的微波固态功率放大器的老炼实验和寿命试验需要耗费大量成本和人力，且测试效率低的问题，本实用新型提供一种微波固态功率放大器全自动无人老炼试验和寿命试验系统。

本实用新型的技术方案如下：

一种微波固态功率放大器全自动无人老炼试验和寿命试验系统，包括老炼试验和寿命试验控制盒和电脑；

电脑连接老炼试验和寿命试验控制盒，老炼试验和寿命试验控制盒连接微波固态功率放大器；

所述老炼试验和寿命试验控制盒包括控制盒壳体以及设置在壳体内部的电源主板、微处理器主板、频率源和射频放大器及开关矩阵；控制盒壳体包括控制盒面板和控制盒背板；

控制盒面板连接电源主板，电源主板还连接频率源、控制盒背板、微处理器主板，微处理器主板还连接控制盒面板、控制盒背板、频率源、射频放大器及开关矩阵，频率源还连接射频放大器及开关矩阵；

所述电源主板和射频放大器及开关矩阵分别连接微波固态功率放大器。

具体地，所述控制盒面板设置有+57V电流表、-28.5V电流表、被测试功放正常指示灯、被测试功放故障指示灯、交流开关、硬件复位轻触开关；所述控制盒背板设置有-28.5V电源及信号插座、+57V电源输出插座、+57V电源输入插座、串口通信接口、AC220V电源插座、程序下载口、射频放大及开关矩阵输出接口、机壳接地柱。

进一步地，所述系统还包括温度传感器，温度传感器连接老炼试验和寿命试验控制盒。

具体地，所述控制盒背板设有温度传感器插座，所述温度传感器通过温度传感器插座与所述微处理器连接，温度传感器用于对微波固态功率放大器所在的环境温度进行采样。

具体地，所述电源主板包括：

AC/DC转换电源模块，用于将市电转化为直流稳压电源；

隔离DC/DC电源模块，用于将直流稳压电源转化为需要的-28.5V和+57V电源电源；

±12V供电模块，用于给所述微处理器主板、所述频率源和所述射频放大器及开关矩阵供电。

具体地，所述射频放大器及开关矩阵包括射频开关矩阵电路和射频开关矩阵控制电路；所述射频开关矩阵电路包括：衰减器、放大器芯片、功分电桥和开关芯片，衰减器连接所述频率源，开关芯片的控制信号由所述微处理器主板提供；

所述射频开关矩阵控制电路包括：可调线性稳压集成电路、调制器、线性可调稳压器、开关芯片驱动集成电路；

可调线性稳压集成电路用于给调制器供给稳定的电源，调制器用于对放大器芯片实现漏极调制，调制器与所述微处理器主板连接，线性可调稳压器用于给开关芯片驱动集成电路提供稳压电源，开关芯片驱动集成电路连接开关芯片。

具体地，所述微处理器主板包括：

单片机S芯片TM32F103ZE芯片T6；

单片机外围电路，单片机外围电路包括插座J1B、插座J2B，插座J1B用于所述电源主板与微处理器主板之间的连接，插座J2B用于所述射频开关矩阵控制电路与所述微处理器主板之间的连接；

电源稳压电路，电源稳压电路包括主板电源电压稳压部分和电流采样集成电路稳压部分；

单片机驱动电路，包括多个驱动芯片，所述驱动芯片与电脑连接通信；

AD采样和指标灯电路，与所述单片机相连，包括用于对-28V和57V电流采用的采样AD芯片、用于对采样AD芯片稳压的基准稳压芯片、对所述微波固态功率放大器进行正常指示或故障测试的指示灯；

8路57V电源开关控制和电流采样电路，包括8路57V开关管、用于将8 路57V开关管于参考地隔离的隔离光耦、用于对57V开关管通断检测的反馈隔离光耦、用于对8路57V开关管的电流采用的霍尔电流传感器；

8路-28V电源开关控制和电流采样电路，包括8路-28V开关管、用于将8 路-28V开关管于参考地隔离的隔离光耦、用于对-28V开关管通断检测的反馈隔离光耦、用于对8路-28V开关管的电流采用的霍尔电流传感器。

采用上述方案后，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型各组件之间的固有连接线接好后就只需单独连接被测对象即可，最多可同时连接测试8台，至少1台，可灵活选择。

(2)本实用新型通过电脑界面进行参数设置后，点击开始就能进行自动完成电老炼并自动记录数据，无需人员值守和无需其它仪器。

(3)繁多的测试数据和产品信息无需人工记录，本实用新型直接生成测试报告并保存，随时可以查看。

(4)本实用新型用于流水测试线上时，能极大提高测试速度，完全满足自动化流水线作业的要求。

(5)本实用新型中的老炼试验和寿命控制盒、温度传感器可以批量生产。

(6)本实用新型无需人员值守，测试中途无需人工操作，直到测试完成。对工人的技术要求比较低，无需专业测试人员，通过简单培训即可测试。

(7)本实用新型适用于微波射频行业的自动化测试流水作业。

附图说明

图1为本实用新型的老炼试验和寿命试验系统框图；

图2为本实用新型的老炼试验和寿命控制盒结构图；

图3为本实用新型的老炼试验和寿命控制盒面板图；

图4为本实用新型的老炼试验和寿命控制盒背板图；

图5为本实用新型的温度传感器电路结构图；

图6为本实用新型的电源主板电路原理图；

图7为本实用新型的射频开关矩阵电路原理图；

图8为本实用新型的射频开关矩阵控制电路原理图；

图9为本实用新型的单片机外围电路和电源稳压电路原理图；

图10为本实用新型的单片机驱动、AD采样和指标灯电路原理图；

图11为本实用新型的8路57V电源开关控制和电流采样电路原理图；

图12为本实用新型的8路-28V电源开关控制和电流采样电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，本实用新型包括但不仅限于下述实施例。

本实用新型提供一种微波固态功率放大器全自动无人老炼试验和寿命试验系统，能够对同一种设计指标的固态功率放大器整机进行快速连接，并进行电老炼。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种微波固态功率放大器全自动无人老炼试验和寿命试验系统，包括老炼试验和寿命试验控制盒和电脑；电脑连接老炼试验和寿命试验控制盒，老炼试验和寿命试验控制盒连接微波固态功率放大器；所述老炼试验和寿命试验控制盒包括控制盒壳体以及设置在壳体内部的电源主板、微处理器主板、频率源和射频放大器及开关矩阵；控制盒壳体包括控制盒面板和控制盒背板；控制盒面板连接电源主板，电源主板还连接频率源、控制盒背板、微处理器主板，微处理器主板还连接控制盒面板、控制盒背板、频率源、射频放大器及开关矩阵，频率源还连接射频放大器及开关矩阵；所述电源主板和射频放大器及开关矩阵分别连接微波固态功率放大器。

本实用新型提供了一种快速全自动无人老炼试验和寿命试验系统，所述系统用于微波固态功率放大器电老炼。整个老炼试验和寿命试验系统的连接关系如图 1所示。测试内容和步骤通过电脑的人机交互界面设置。首先电老炼时电脑下达命令给老炼试验和寿命试验控制盒，控制老炼试验和寿命试验控制盒依次给被测件打开-28.5V、+57V电源；老炼试验和寿命试验控制盒还依次输出射频激励信号给被测试件，此时被测件开始运行工作。

在具体实施中，所有老炼参数进行自动记录并保存在电脑指定的文件夹内，数据记录以规定格式的数据表格记录下测试数据并通过打印机打印。

具体地，老炼试验和寿命控制盒的控制盒的结构如图2所示，进一步地，老炼试验和寿命控制盒的控制盒面板如图3所示，主要包括：a1，+57V电流表； a2，-28.5V电流表；a3，被测试功放1～8正常指示灯；a4，被测试功放1～8 故障指示灯；a5，交流AC220V船形机械开关；a6，硬件复位轻触开关。如图3 所示，面板上的机械开关起关断和开启电源主板的电源，面板上复位轻触开关对控制盒进行软件复位。

老炼试验和寿命控制盒的壳体背板如图4所示，主要包括：b1，8路-28.5V 电源及信号插座(-28.5V和加电正常指示)；b2，8路+57V电源输出插座(+57V 输出接口)；b3，温度传感器插座(温度传感器采样接口)；b4，+57V电源输入插座；b5，串口通信接口；b6，AC220V电源插座；b7，程序下载口；b8，8路激励信号输出(射频放大及开关矩阵输出接口)；b9，机壳接地柱。具体地，-28.5V 电流小，一般的电源模块可以适应，+57V电源电流大，不满足被测件需求时就用外部实验室电源，因此，设置了+57V电源输入插座。-28.5V电源及信号插座还含有被测件的控制信号。

老炼试验和寿命控制盒的电源主板电路结构由图2所示。在图2中通过过背板AC220V插座输入电源，经面板上船形开关控制AC220V电源输入，然后通过电源主板上的AC/DC转换电源模块，其将输入的市网电压220V转换成+12V、-12V、 -28.5V、+57V电源电压给微处理器主板、射频放大及开关矩阵和频率源供电。电源主板还对+57V主电源输入起过流过压保护作用，也同时实现8路+57V的电流采样和8路+57V电源开关控制。

老炼试验和寿命试验控制盒的微处理器主板主要实现方法主要由程序下载口、主控MCU、脉冲FPGA、R232通讯接口、面板指示灯、12位多通道AD采样电路(+57V和-28.5V电流采样)、8路+57V电源开关控制电路、8路-28V开关控制电路。

老炼试验和寿命试验控制盒中的频率源是整个设计中的重要部件。频率源为外协定制器件，主要是为射频放大器及开关矩阵提供输入射频信号。老炼试验和寿命控制盒中的射频放大器及开关矩阵是将射频源的输出信号进行放大并通过开关矩阵控制输出，如图4中的接口b8(激励信号SMA)。

进一步地，本老炼试验和寿命试验系统中还设有温度传感器，温度传感器是为了检测被测件的实时环境温度，目的：一是为了设计被测产品的过温保护；二是为了产品低温、常温和高温试验时分别对应温度记录测试数据。温度传感器电路结构如图5。图中线性稳压器将输入的+12V电源稳压成温度传感器所需的+5V 电源。温度传感器采集的电压信号接到老炼试验和寿命控制盒里的微处理器主板进行数据处理，采集信号通过图4中的接口b3接入微处理器主板。

下面，将对老炼试验和寿命控制盒的内部电路进行详细说明。

所述老炼试验和寿命试验控制盒包括控制盒壳体以及设置在壳体内部的电源主板、微处理器主板、频率源和射频放大器及开关矩阵；控制盒壳体包括控制盒面板和控制盒背板。

所述电源主板包括：

AC/DC转换电源模块，用于将市电转化为直流稳压电源；

隔离DC/DC电源模块，用于将直流稳压电源转化为需要的-28.5V和+57V电源电源；

±12V供电模块，用于给所述微处理器主板、所述频率源和所述射频放大器及开关矩阵供电。

具体的电源主板电路原理图如图6所示。在图6中通过过背板AC220V插座输入电源，经面板上船形开关控制芯片T1、芯片T2、芯片T6、芯片T7的电源输入，芯片T1是高效率和低纹波的AC/DC转换电源模块，其将输入的市网电压 220V转换成直流360V稳压电源给芯片T3、芯片T4、芯片T5分别供电。芯片 T3、芯片T4、芯片T5属于隔离DC/DC电源模块，其中芯片T3将输入的360V转换成-28.5V供被测件的整机负压电源，其中电阻R7、电阻R9、电阻R10是芯片 T3输出电压的调整电阻，二极管D2是电源输出指示灯，当芯片T3有电源输出时亮，其它电容均为滤波电容；同理芯片T4、芯片T5分别输出28.5V电源电压，如图将两个电源串连，使其构成+57V电源，它是被测件的主要电源，二极管D6 是+57V电源指标灯，其中二极管D5、二极管D7是芯片T4、芯片T5使能控制端的电压防反二极管，防反二极管导通时，芯片T4和芯片T5无输出电压；芯片 T2电源模块输出±12V，主要给微处理器主板、频率源DRO和开关矩阵控制电路供电；芯片T6和芯片T7分别是+57V和-28.5V电流表电源模块，电容C75、电容C76、电容C79、电容C80是高频滤波电容器，电容C77、电容C78、电容C81、电容C82是低频滤波电容器。

所述射频放大器及开关矩阵包括射频开关矩阵电路和射频开关矩阵控制电路；所述射频开关矩阵电路包括：衰减器、放大器芯片、功分电桥和开关芯片，衰减器连接所述频率源，开关芯片的控制信号由所述微处理器主板提供。射频开关矩阵电路原理如图7所示，它将射频源1的输出信号进行放大并通过开关矩阵控制8路输出到背板，作为被测件老炼的射频信号源。输出端如附图4，老炼试验和寿命控制盒背板图中的激励信号(SMA)。测试时通过射频电缆连接到被测件。射频通路原理是将频率源1输入的17dBm信号经衰减器2(NC1338C-120)衰减 5dB，再经放大器芯片3(NC11201C-1418)进行放大，然后通过功分电桥4分成等功率的两路信号，同理功分后的两路信号再分别经功分电桥4分成等功率的两路信号，以此类推，实现1分8，得到8路射频信号，每一个功分电桥4均并联一个50欧姆匹配电阻5。图7中，上面4路信号通过1片单刀双掷开关芯片6 (NC1670C-16)进行控制选择输出，另一路同理，两路开关共同构成了射频开关矩阵电路，。开关矩阵的控制信号通过微处理器主板提供，由控制线J30-15芯片 TJ连接。具体而言，单刀双掷开关芯片6的型号为NC1670C-16，实际上， NC1670C-16芯片设有Vt1引脚和Vt2引脚，Vt1引脚和Vt2引脚和射频开关矩阵控制电路连接。

所述射频开关矩阵控制电路包括：可调线性稳压集成电路、调制器、线性可调稳压器、开关芯片驱动集成电路；低频控制设计原理如图8所示，其中芯片 IC1A是可调线性稳压集成电路MIC39102BM，提供给由芯片IC5A和芯片IC6A构成的调制器，最终实现放大器芯片的漏极调制，其中芯片IC5A是MIC4451YM驱动器，其直接驱动芯片IC6A场效应开关管FDS4935A，芯片IC5A的输入端芯片 T芯片TL2同样由控制线J30-15芯片TJ接至微处理器主板控制，控制信号芯片 T芯片TL2为高电平时放大器芯片工作，低电平时不工作。芯片IC2A和芯片IC3A 是线性可调稳压器，提供±5V给IC4A和IC7A，芯片IC4A和芯片IC7A是单刀双掷开关芯片MA4SW410B-1的驱动集成电路MAD电阻R-009190-0001，它构成了开关控制电路，其电容C1～电容C8控制信号由控制线J30-15TJ接至微处理器主板控制，实现射频开关矩阵控制，具体地，芯片IC4A和芯片IC7A连接单刀双掷开关芯片的Vt1引脚和Vt2引脚。

可调线性稳压集成电路用于给调制器供给稳定的电源，调制器用于对放大器芯片实现漏极调制，调制器与所述微处理器主板连接，线性可调稳压器用于给开关芯片驱动集成电路提供稳压电源，开关芯片驱动集成电路连接开关芯片。

具体地，所述微处理器主板包括：

单片机S芯片TM32F103ZET6；

单片机外围电路，单片机外围电路包括插座J1B、插座J2B，插座J1B用于所述电源主板与微处理器主板之间的连接，插座J2B用于所述射频开关矩阵控制电路与所述微处理器主板之间的连接；

电源稳压电路，电源稳压电路包括主板电源电压稳压部分和电流采样集成电路稳压部分；

单片机驱动电路，包括多个驱动芯片，所述驱动芯片与电脑连接通信；

AD采样和指标灯电路，与所述单片机相连，包括用于对-28V和57V电流采用的采样AD芯片、用于对采样AD芯片稳压的基准稳压芯片、对所述微波固态功率放大器进行正常指示或故障测试的指示灯；

8路57V电源开关控制和电流采样电路，包括8路57V开关管、用于将8 路57V开关管于参考地隔离的隔离光耦、用于对57V开关管通断检测的反馈隔离光耦、用于对8路57V开关管的电流采用的霍尔电流传感器；

8路-28V电源开关控制和电流采样电路，包括8路-28V开关管、用于将8 路-28V开关管于参考地隔离的隔离光耦、用于对-28V开关管通断检测的反馈隔离光耦、用于对8路-28V开关管的电流采用的霍尔电流传感器。

图9中芯片芯片U1B是整个徽处理器主板的核心控制器件S TM32F103ZE T6，其主要工作原理是能过编程实现和电脑通信，实现各个功能的逻辑控制。图中，芯片U2B、芯片U3B和芯片IC1B构成集成线性稳压电路，其中芯片U2B和芯片 IC1B将电源主板输入的电源稳压成微处理器主板所需的电源电压，芯片IC1B则是提供电流采样集成电路的电源电压。J1B插座是电源主板和微处理器主板的电源连接接口，电源主板通过J1B提供微处理器主板的各种所需电源。J2B是开关矩阵控制电路的插座J30-15TJ，提供其电源及8路控制信号。

图10中，微处理器主板的主控MCU通过U9C串口芯片与电脑连接通信。主控MCU通过接电脑下达的指令进行各项功能操作和测试。图中芯片U1C、芯片U4C、芯片U5C、芯片U7C、芯片U8C是主控M CU输出端口的驱动芯片，主要是增强输出电流驱动能力。芯片U2C和芯片U6C是分别是8路28V和57V电流采样AD 芯片，芯片U10是AD采样芯片的基准稳压芯片。图4中D2C～D9C是被测件的测试正常指示灯，指示灯亮表示当前台次功放正在进行电老炼，反之亦然。D36 C～D43C是被测件的测试故障指示灯，指示灯亮表示当前台次被测件有故障。面板上的这16个指标灯控制是由主控MCU实现亮灭。

图11中开关管Q1D、开关管Q2D、开关管Q6D、开关管Q10D、开关管Q11D、开关管Q12D、开关管Q19D、开关管Q22D是8路57V开关管，光耦Q7D、光耦Q8D、光耦Q9D、光耦Q16D、光耦Q17D、光耦Q18D、光耦Q21D、光耦Q24D是隔离光耦，将8路开关控制信号与57V参考地隔离。光耦Q4D、光耦Q5D、光耦Q6D、光耦Q13D、光耦Q14D、光耦Q15D、光耦Q20D、光耦Q23D隔离光耦则是57V通断检测的反馈器件。工作时，由主控M CU提供控制信号57V_EN1～57V_EN8，当控制信号任意一路为高电平时，对应的光耦Q7D、光耦Q8D、光耦Q9D、光耦Q16D、光耦Q17D、光耦Q18D、光耦Q21D、光耦Q24D导通，对应的限位二极管D1D～限位二极管D8D导通，限位二极管导通后将对应的中开关管Q1D、开关管Q2D、开关管Q6D、开关管Q10D、开关管Q11D、开关管Q12D、开关管Q19D、开关管Q22D 栅源电压限位到-10V，此时对应的57V开关管导通，被测件则得到57V电源电压。当1路开关被打开时，对应的光耦Q4D、光耦Q5D、光耦Q6D、光耦Q13D、光耦Q14D、光耦Q15D、光耦Q20D、光耦Q23D隔离光耦将会导通，导通时电阻 R10D和电阻R16D串联分压得出2.5V反馈信号，其它通路同理，它们分别是57V_ CK1～57V_CK8，此信号反馈到主控MCU，从而进行判断某路被测件是否开启57V 电源。传感器U1D～传感器U8D是霍尔电流传感器，分别对应8路57V电流采样，第1脚和第2为输入脚，第3脚和第4为输出脚，第7脚为电流采样输出脚，电流采样的电压信号57V_I1～57V_I8送入12位AD芯片(图4中的U6C)进行电流采样。

图12中IC1E～IC8E是8路-28V开关管，光耦Q4E、光耦Q5E、光耦Q6E、光耦Q10E、光耦Q11E、光耦Q12E、光耦Q15E、光耦Q16E是隔离光耦，将8路开关控制信号-28V_EN1～-28V_EN8与28V参考地隔离。光耦Q1E、光耦Q2E、光耦Q3E、光耦Q7E、光耦Q8E、光耦Q9E、光耦Q13E、光耦Q14E隔离光耦则是28V 通断检测的反馈器件。工作时，由主控MCU提供控制信号-28V_EN1～-28V_EN8，当控制信号任意一路为高电平时，对应的IC1E～IC8E导通，对应的限位二极管 D1E～二极管D8E导通，二极管导通后将对应的IC1E～I C8E栅源电压限位到-10V，此时对应的-28V开关管导通，被测件则得到-28V电源电压。当1路开关被打开时，对应的光耦Q1E、光耦Q2E、光耦Q3E、光耦Q7E、光耦Q8E、光耦Q9E、光耦Q13E、光耦Q14E隔离光耦将会导通，导通时电阻R7E和电阻R11E串联分压得出2.5V反馈信号，其它通路同理，反馈检测电压分别是-28V_CK1～-28V_CK8，此信号反馈到主控MCU，从而进行判断某路被测件是否开启-28V电源。传感器 U1E、传感器U2E、传感器U4E～传感器U9E是霍尔电流传感器，分别对应8路-28 V电流采样，第1脚和第2为输入脚，第3脚和第4为输出脚，第7脚为电流采样输出脚，电流采样的电压信号-28V_I1～-28V_I8送入12位AD芯片(图4中的U2C)进行电流采样。