一种高隔离的有源天线阵面的自动测试系统的制作方法

1.本发明涉及雷达领域，尤其涉及一种高隔离的有源天线阵面的自动测试系统。


背景技术：

2.目前，随着科学技术的迅速发展，雷达已经从上世纪的无源的机械扫描雷达逐渐升级为现在的有源相控阵雷达，二者最大的区别就在于由简单的平板裂缝天线转变为复杂的有源相控阵天线，天线的性能也对雷达整机有着更为重大的影响。而有源相控阵天线的调试工序繁多，其中在近场的修调和方向图测试阶段是影响天线指标的关键阶段，此阶段工序复杂，目前以半自动化调试为主，对调试人员的依赖性较高，从而存在着测试参数无法标准化，测试端口需手动切换效率低下，测试信号的幅相稳定性差，配置项文件烧写错误，测试数据不能及时且有效的分析等问题，这些问题都限制着天线生产调试效率的提升，使得雷达整机的生产交付周期得不到有效保障。依次需要设计一种天线测试系统以解决上述问题。


技术实现要素：

3.为解决现有的技术问题，本发明提供了一种高隔离的有源天线阵面的自动测试系统。
4.本发明具体内容如下：一种高隔离的有源天线阵面的自动测试系统，包括自动测试系统软件、信号转换中枢和测试设备，
5.自动测试系统软件对各通道信号功率进行自闭环调节，自动烧写配置项文件并回读，对回读结果和标准结果进行比对，对天线的测试结果进行分析；
6.信号转换中枢为天线和测试设备搭建射频信号传输链路，信号转换中枢按照自动测试系统软件要求自动完成电子开关的切换，建立所需的射频通路，同时调节信号功率的大小；
7.测试设备提供测试所需的各种信号，并将测试结果回送至自动测试系统软件。
8.进一步的，还包括电源设备、液冷设备、环境监控软件和近场探头及中场喇叭，
9.电源设备为天线及测试设备供电，液冷设备为天线及测试设备供液，环境监控软件监控电源设备的供电情况和液冷设备的供液状态，近场探头及中场喇叭双向收发信号，通过射频电缆与信号转换中枢相连。
10.进一步的，自动测试系统软件在运行时先进行天线基本信息配置，然后进入执行测试阶段，对测试阶段得到的数据进行处理，最终形成数据报告。
11.进一步的，基本信息配置包括设置天线批次编号、型号规格、测试阶段；然后选择自动控制的仪表、选择是否自动控制液冷、电源；选择需要测试的项目；设置需要测试的项目的参数；
12.选择需要测试的项目包括选择天线阵面软件版本、天线的模拟阵接收修调、数字阵接收修调、模拟阵发射修调、模拟阵接收近场测试、数字阵接收近场测试、模拟阵发射近
场测试。
13.进一步的，自动测试系统软件在执行测试时，包括如下步骤：
14.s1，开始执行；
15.s2，仪表状态检查，检查选择的仪表是否在线，工作是否正常；
16.s3，液冷设备供液，若仪表状态正常，则打开环境监控软件，控制其对液冷设备开启供液；
17.s4，液冷状态检查，实时监控液冷流量，并将流量数据传输至环境监控软件；
18.s5，电源设备供电，
19.s6，电源状态检查，实时监控电压电流，并将数据传输至环境监控软件；
20.s7,开始进行测试项目，若以上检查结果均正常，则开始所选择项目的测试。
21.进一步的，模拟阵接收修调自动测试系统软件控制测试设备产生射频信号给信号转换中枢，信号转换中枢建立模拟接收修调的射频通路，同时将其他通路切换至负载态，然后输出一个射频信号通过射频电缆连接到中场喇叭，中场喇叭辐射到天线阵面，阵面接收到信号后从和口输出一个射频信号到低噪声放大器后进入信号转换中枢，再从信号转换中枢输出一个射频信号到处理单元的和口形成整个模拟阵修调射频信号的回路，
22.自动测试系统软件采集接收回来的射频信号后，对该信号的幅度和相位进行判别，如果该信号的幅度超出设定的范围值，则通过中枢内的电调衰减器实现射频信号的agc控制，使得该信号符合设定的范围，当采集到的射频信号符合要求后，就开始正式修调；
23.将信号中枢的中场喇叭接口切换至耦合/探头，即可实现模拟阵的原位修调和近场测试。
24.进一步的，数字阵接收修调包括：自动测试系统软件控制测试设备中的处理单元的激励端口产生一个射频信号经过外接的功率放大器放大后给信号转换中枢，信号转换中枢建立数字接收信号的射频通路，同时将其他通路切换至负载态，然后输出一个射频信号通过射频电缆连接到中场喇叭，中场喇叭辐射到天线阵面，阵面通过光纤将信号回传至处理单元，
25.自动测试系统软件根据光纤回传的数据进行幅相判别并对信号进行agc控制，当信号符合要求后开始正式修调；
26.将信号中枢的中场喇叭接口切换至耦合/探头，即可实现数字阵接收的原位修调和近场测试。
27.进一步的，模拟阵发射修调包括：自动测试系统软件控制测试设备产生一个射频信号给信号转换中枢，信号转换中枢建立模拟阵发射信号的射频通路，同时将其他通路切换至负载态，然后输出一个射频信号通过射频电缆连接到天线阵面，阵面辐射信号至中场喇叭，中场喇叭将接收到的信号通过射频电缆传至信号转换中枢，信号转换中枢再输出一个射频信号至处理单元的和口，
28.自动测试系统软件采集接收回来的射频信号后，对该信号的幅度和相位进行判别，如果该信号的幅度超出设定的范围值，则通过中枢内的电调衰减器实现射频信号的agc控制，使得该信号符合设定的范围；当采集到的射频信号符合要求后，就开始正式修调；
29.将信号中枢的中场喇叭接口切换至耦合/探头，即可实现模拟阵发射的原位修调和近场测试。
30.进一步的，自动测试系统软件完成所选择项目的测试后，结合天线阵面和中场喇叭的三坐标标校值，生成天线阵面的装机数据，并自动加载测试程序进行烧写，同时自动转换数据格式，调用matlab程序形成覆盖所有指标的测试报告。
31.进一步的，信号转换中枢包括微波开关、可调衰减器、收发腔体隔断、控制板、以太网适配板、直流电源、电缆及接头，
32.控制板接收来自自动测试系统软件的控制命令，并根据控制指令转换成相应的ttl电平开关控制信号；微波开关建立相应的射频通道和测试通道，实现通路切换；可调衰减器对信号进行功率分配，满足衰减0～70db动态范围的测试需求；收发腔体隔断增加通道间的隔离度；以太网适配板实现与自动测试系统软件的通讯；直流电源提供控制板及开关的工作电压；电缆及接头完成信号转换中枢内部各组件的连接。
33.进一步的，信号转换中枢提供与整机测试系统、各测试仪表连接的射频端口、与计算机连接的控制端口、电源端口及接地端口。
34.进一步的，微波开关包括一分二开关和一分四开关，信号转换中枢的射频端口ch1连接可调衰减器att2、att1后连接到功分器，射频端口ch2连接功分器，功分器连接开关sa1，开关sa1输出端一端连接射频端口j1、另一端通过可调衰减器att3、功放补偿连接到开关sa2，射频端口ch3通过可调衰减器att4、运放连接到开关sa2，开关sa2连接开关sa3，开关sa3分别连接射频端口j4-j7，射频端口ch4通过可调衰减器att5、开关sa4连接到射频端口j8，射频端口ch5通过可调衰减器att6连接到开关sa5，再分别连接到射频端口j9、j10，射频端口ch6通过可调衰减器att7、开关sa6连接到射频端口j11。
35.本发明的自动测试系统大幅减少了人工操作环节，提高了测试效率，缩短调试周期；通过这套系统，可以实现调试的规范化和标准化，提高了调试效率的同时保证了天线的各项性能指标。
附图说明
36.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
37.图1为本发明的高隔离的有源天线阵面的自动测试系统示意图；
38.图2为自动测试系统软件功能图；
39.图3为天线测试项目配置信息图；
40.图4为自动测试系统软件的执行流程图；
41.图5为性能测试框图；
42.图6为信号转换中枢内部通道示意图；
43.图7为信号转换中枢的前面板示意图；
44.图8为信号转换中枢的后面板示意图。
具体实施方式
45.本实施例公开了一种高隔离的有源天线阵面的自动测试系统，包括自动测试系统软件(itss，integrated test system software，以下简称itss软件)和一台高隔离的信号转换中枢。具体组成如下：
46.如图1所示，本实施例的自动测试系统，具有完成整个测试过程、测试项目的配置
和控制的itss软件1；具有对液冷设备3的供液状态监控及对电源设备4供电情况监控的环境监控软件2；液冷设备3给天线6及测试设备8供液，通过液冷带走天线及测试设备的热量，保证天线及测试设备在正常的温度下工作；电源设备4给天线及测试设备供电，在满足一定的电压和电流要求下，保证天线和测试用处理单元正常工作；高隔离信号转换中枢5为天线和测试设备搭建射频信号传输链路，高隔离信号转换中枢按照itss软件控制要求自动完成电子开关的切换，建立所需的射频通路，同时可以通过电调衰减器调节信号功率的大小；天线6为被测试产品，其各类测试信号均与信号中枢连接；近场探头/中场喇叭7为测试天线阵面各项指标的配套设备，具有收发双向的能力，并通过射频电缆与信号转换中枢设备相连；测试设备8包含处理单元、低噪声放大器、功率放大器、信号转换器等，提供测试所需的各种信号包含射频信号、定时信号、本振信号、触发信号等，并将测试结果回送至itss软件，进行数据的显示、处理、保存和形成测试报告。
47.itss软件具备各通道信号功率自闭环调节的功能，它会根据测试设备第一次反馈回来的信号功率的大小调整第二次发送的控制指令，使得第二次反馈回来的信号在标准范围以内，从而达到最佳的测试效果。同时，自动测试系统软件还具备自动烧写配置项文件并回读，对回读结果和标准结果进行比对的功能，保证配置项文件的烧写正确。最后，自动测试系统软件会自动调用matlab相关程序，将天线的测试结果分析并形成指定格式的测试报告，为技术人员对天线的各项性能做出判断提供便捷。
48.高隔离信号转换中枢为天线和测试设备搭建测试用的高隔离信号链路，通过使用高隔离的开关，并为每个开关配置负载态模式，从而降低各信号在中枢中的互相干扰，保证信号的幅相质量。在测试前，由技术人员将中枢的一端与天线各测试端口相连，另一端与测试设备各端口相连，由自动测试系统软件控制各通路的开关切换和增益，实现天线各个项目的自动化测试。
49.环境监控主要通过在原先的供液管道上增加传感器实时读取供给天线的液冷流量值和温度值数据，在仪表电源上增加传感器实时读取供给天线的电压、电流值数据，通过串口传输至控制计算机，并在软件中实时更新显示。当监测到的实时数据超出设定范围时，软件会自动进行判断是否需要立即停止测试并关闭仪表设备，保证天线阵面的安全。
50.基于该测试系统，在itss软件启动后，调试人员选择测试项目，itss软件根据项目选择所需控制的设备。首先启动环境监控软件2，由其控制液冷设备3启动工作，并按预先设置的流量要求给天线6和测试设备8供液；当给天线6和测试设备8供液流量满足预先设置值且稳定后，环境监控软件2再控制供电设备给天线和测试设备供电，电压传感器和电流传感器实时监测供电的电压和电流，并通过rs232串口回送至环境监控软件。环境监控软件2根据监控到的液冷流量值和温度值、电源的电压值、电流值，确定两者是否在标准范围内，若正常，给itss自动测试软件开始进入测试状态。
51.如图2所示，itss软件具备4个功能，按运行的先后顺序为天线基本信息配置、执行测试、数据处理、生产数据报告，工作人员在使用时，自动测试系统软件按顺序依次实现上述功能。
52.如图3所示，工作人员首先通过itss软件进行基本信息配置，包括天线基本信息配置、测试项目配置1)、测试项目配置2)、测试项目配置3)。
53.测试人员在itss软件启动界面中进行天线基本信息配置，依次设置天线批次编
号、型号规格、测试阶段，这些天线基本信息确认后进入测试项目配置界面1)、2)、3)。
54.在测试项目配置界面1)使用复选框选择itss软件所能控制的设备，包括低噪声放大器、信号转换器、功率放大器三个设备。如果在一类仪表项前的复选框中达勾，则表示itss软件要完成对其的自动控制和用其完成后面测试项目的测试。
55.在测试项目配置界面1)中使用复选框选择是否需要自动控制液冷设备、是否需要自动控制电源设备的自动开关电。若复选框达勾，则表示itss软件自动控制液冷设备和电源设备工作。
56.当在测试项目配置界面1)没有选择其中一项时，则通过单独控制环境监控软件内的软开关来控制液冷和电源的工作。这时，环境监控软件通过传感器获取的液冷流量、电压、电流数据的状态信息，不再回送给itss软件，在该软件上实时显示，并需人工判读供液和供电状态是否正常。
57.在测试项目配置界面2)中使用复选框选择所需测试的项目，包括但不限于：天线的模拟阵接收修调、数字阵接收修调、模拟阵发射修调、模拟阵接收近场测试、数字阵接收近场测试、模拟阵发射近场测试等。若复选框打勾则表示选择了该项测试项目，在后面的测试过程中信号转换中枢建立其测试通路，将测试数据或信号传输给itss软件。
58.在测试项目配置界面3)中设置测试项目中射频信号的频点、修调测试时信号功率的大小范围、近场测试时的波位等参数。参数设定后，在后面的测试过程中，itss软件通过网口控天线工作在此参数下，并用测试设备完成对应的测试项目。
59.工作人员完成基本信息配置后，点击itss软件中的开始控件，执行天线的相关测试。
60.如图4所示，itss软件执行流程包括如下步骤：
61.s1，执行测试，点击开始控件即可执行测试功能；
62.s2，测试开始，第一步进行仪表状态检查,，根据测试项目配置界面1)中所选择的仪表检查其是否在线、工作是否正常；
63.s3，如果正常控制itss软件打开环境监控软件，控制其对液冷设备开启供液；
64.s4，在液冷设备供液开始后，使用液冷传感器实时监控液冷流量，并将流量数据通过rs232串口传输至环境监控软件；
65.s5，液冷状态检查完成后，itss软件控制环境监控软件使电源设备开始供电；
66.s6，,使用电压和电流传感器对电压状态进行检查，即实时监控电压、电流，并将数据通过rs232串口传输至环境监控软件。
67.s7，若以上一切正常，则开始测试项目配置界面2)所选择项目的测试。
68.如图5所示的3项测试项目(模拟阵中场喇叭接收修调、数字阵中场喇叭接收修调、模拟阵中场喇叭发射修调)的测试方法中：
69.模拟阵中场喇叭接收修调的信号流程为：itss软件控制测试设备中的处理单元的激励端口产生一个射频信号经过外接的功率放大器放大后给信号转换中枢，信号转换中枢建立模拟接收修调的射频通路，同时将其他通路切换至负载态，然后输出一个射频信号通过射频电缆连接到中场喇叭，中场喇叭辐射到天线阵面，阵面接收到信号后从和口输出一个射频信号到低噪声放大器后进入信号转换中枢，再从信号转换中枢输出一个射频信号到处理单元的和口形成整个模拟阵修调射频信号的回路。itss软件采集接收回来的射频信号
后，对该信号的幅度和相位进行判别，如果该信号的幅度超出设定的范围值，则通过中枢内的电调衰减器实现射频信号的agc控制，使得该信号符合设定的范围。当采集到的射频信号符合要求后，就开始正式修调。同样的，将信号中枢的中场喇叭接口切换至耦合/探头，即可实现模拟阵的原位修调和近场测试。
70.数字阵中场喇叭接收修调的信号流程为：itts软件控制测试设备中的处理单元的激励端口产生一个射频信号经过外接的功率放大器放大后给信号转换中枢，信号转换中枢建立数字接收信号的射频通路，同时将其他通路切换至负载态，然后输出一个射频信号通过射频电缆连接到中场喇叭，中场喇叭辐射到天线阵面，阵面通过光纤将信号回传至处理单元。itts软件根据光纤回传的数据进行幅相判别并对信号进行agc控制，当信号符合要求后开始正式修调。同样的，将信号中枢的中场喇叭接口切换至耦合/探头，即可实现数字阵接收的原位修调和近场测试。
71.模拟阵中场喇叭发射修调的信号流程为：itts软件控制测试设备中的处理单元的激励端口产生一个射频信号经过外接的功率放大器放大后给信号转换中枢，信号转换中枢建立模拟阵发射信号的射频通路，同时将其他通路切换至负载态，然后输出一个射频信号通过射频电缆连接到天线阵面，阵面辐射信号至中场喇叭，中场喇叭将接收到的信号通过射频电缆传至信号转换中枢，信号转换中枢再输出一个射频信号至处理单元的和口。itss软件采集接收回来的射频信号后，对该信号的幅度和相位进行判别，如果该信号的幅度超出设定的范围值，则通过中枢内的电调衰减器实现射频信号的agc控制，使得该信号符合设定的范围。当采集到的射频信号符合要求后，就开始正式修调。同样的，将信号中枢的中场喇叭接口切换至耦合/探头，即可实现模拟阵发射的原位修调和近场测试。
72.当itss完成测试项目配置界面2)所选择项目的测试后，即可结合天线阵面和中场喇叭的三坐标标校值，生成天线阵面的装机数据，并自动加载测试程序进行烧写，从根源上杜绝了数据错烧漏烧的情况发生，同时，在完成近场测试后，itss软件可自动转换数据格式，调用matlab程序形成覆盖所有指标的测试报告，简洁明了的显示测试结果，节省了大量的数据处理工作，保证了数据的准确性。
73.天线在中场修调和近场测试过程中，从模拟阵切换到数字阵，从接收切换到发射之间存在大量的更换电缆接口的工作，同时需要通过增加或去掉固定同轴衰减器来手动调节信号的功率大小，过程繁琐，效率低下。鉴于此，测试人员的专业技术无法满足近场自动测试的高要求。信号转换中枢是实现近场工位自动测试的关键设备，可集成电调衰减器、收发腔体隔断等微波模块，通过控制可调衰减器及测试通道，无需再安装外部固定同轴衰减器，并且内部集成腔体隔断，可提高通道间隔离度，减小信号间串扰。
74.如表1所示，本实施例中的信号转换中枢，主要包括微波开关、可调衰减器、收发腔体隔断、控制板、以太网适配板、直流电源、电缆及接头。
75.表1信号转换中枢组成表
76.序号名称说明1微波开关实现通路切换2可调衰减器对信号进行功率分配3控制板提供开关控制信号4以太网适配板实现与主控计算机的通讯
5直流电源提供控制板及开关工作电压6电缆及接头完成中枢内部连接7收发腔体隔断增加通道间的隔离度
77.itss软件是设置在主控计算机中的，控制板接收来自计算机的控制命令，并根据控制指令转换成相应的ttl电平开关控制信号；微波开关建立相应的射频通道和测试通道，实现通路切换；可调衰减器对信号进行功率分配，满足衰减0～70db动态范围的测试需求；收发腔体隔断设置在通道之间，增加通道间的隔离度；以太网适配板实现与自动测试系统软件的通讯；直流电源提供控制板及开关的工作电压；电缆及接头完成信号转换中枢内部各组件的连接。本实施例中，控制板采用微程序控制器(mcu)作主控芯片，并采用复杂可编程逻辑电路(cpld)扩展控制端口数，装置采用以太网方式实现与主控计算机的通讯。
78.如图7所示，信号转换中枢的前面板左下角为中枢开关按钮，左上角为设备名称。如图8所示，信号转换中枢的后面板为各接口布置方式，信号转换中枢提供与整机测试系统、各测试仪表连接的射频端口、与计算机连接的控制端口、电源端口及接地端口。其中，与整机测试系统连接的射频端口为ch1-ch6，与各测试仪表连接的射频端口包括j1-j11，射频端口接口形式为不锈钢sma-kfk转接头，控制端口接口形式为lan口。
79.信号转换中枢内部提供多个通道，并通过微波开关建立相应的射频通道和测试通道，微波开关的性能指标参数如表2所示。
80.表2机械开关性能指标
[0081][0082]
微波开关为与整机信号转接器相同的机械开关。开关次数达到百万级、重复性也较好、频率范围宽、功率耐受能力强、驻波小、插损小，开关速度可达ms级，微波开关的性能指标参数直接影响通道性能从而提升了系统测试性能。
[0083]
如图6所示，信号转换中枢的内部通道如下：射频端口ch1(保护口)连接可调衰减器att2、att1后连接到功分器，射频端口ch2(激励)连接功分器，功分器连接开关sa1，开关sa1输出端一端连接射频端口j1(激励)、另一端通过可调衰减器att3、功放补偿连接到开关sa2，射频端口ch3(和)通过可调衰减器att4、运放连接到开关sa2，开关sa2连接开关sa3，开关sa3分别连接射频端口j4-j7(依次为中场、近场、耦合、和)，射频端口ch4(数字bit)通过可调衰减器att5、开关sa4连接到射频端口j8(数字bit)，射频端口ch5(方位差)通过可调衰减器att6连接到开关sa5，再分别连接到射频端口j9(方位差)、j10(保护)，射频端口ch6(俯仰差)通过可调衰减器att7、开关sa6连接到射频端口j11(俯仰差)。
[0084]
本实施例的高隔离的有源天线阵面的自动测试系统，使天线在每个调试工序能够实现各测试通道的自动切换，通过自动增益控制实现各路信号功率的自闭环调节，使用带负载的多级开关以及收发腔体隔断，实现各通道链路之间的高隔离，通过软件实现配置项文件的自动烧写与比对纠错，测试数据的自动采集、分析与处理，实现智能自动化测试，降低对调试人员的技术要求，通过在原有测试设备上增加传感器，具备关键设备安全性实时
检查功能，杜绝不可控的风险隐患，综合提高天线的调试效率。
[0085]
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。