高覆盖射频指标自动测试装置的制作方法

本发明涉及一种能够实现对多类型射频模块及多性能指标自动测试的全自动高覆盖率的自动测试装置，可直接应用于各类射频模块全指标自动化高精度快速测试。

背景技术：

随着测试技术及人工智能的发展，自动测试技术在逐步摆脱专业定制向模块化、通用化发展。无线通讯设备研发阶段射频指标测试，当前主要采用测试人员全程值守的半自动化测试方案，然后由测试专家人工完成后期的数据分析化及测试问题定位。上述工作的效率并不能完全满足当前研发任务的需求。最初采用的测试技术是人工测试，测试人员需要了解测试标准、被测对象、仪器仪表、测试方法及测试中可能出现的数据，对测试人员要求很高。测试过程中反复多次插拔连接线容易造成精密仪器设备的损坏及线缆特性参数的变化。人工测试耗时长、误差大、成本高等缺陷导致其己经无法适应电子设备复杂化、集成化的发展趋势。对于长时间性能测试之类的稳定性测试项目往往需要几万次甚至几十万次的重复操作，电子设备在投入大规模生产之前都需要进行极端环境模拟测试。诸如此类的测试项，人工测试是不可能完成的。自动化测试可以将最为规范的流程应用到每一次测试活动中，从而避免人为因素对测试结果的影响，测试结果。专业型的自动测试系统针对性强，测试方便，但其使用的测试软件与仪器接口没有标准化，只是针对某个特定的测试项目研发，通用性、可移植性很差。

随着各种新技术、新工艺和新器件广泛应用于各类发射机、接收机、变频器、分合路器等射频设备,设备性能提高的同时也使其性能测试更为复杂。对于模块种类繁多的射频微波类模块研制来说，模块需要测试的主要性能指标包括了增益、功率、噪声、驻波、隔离度、非线性失真、相位特性、开关切换时间、工作电流电压以及模块的工作状态等多个内容，这些指标的测试验证通常需要利用不同的测试测量仪器通过多次测量分别实现。以宽带接收变频信道模块为例，需要调试测试的主要指标包括了链路增益及平坦度，噪声系数、p1db压缩点、开关隔离度、端口驻波、通道隔离度以及模块工作时的电压电流等。指标测试时，链路增益及平坦度、p1db压缩点等指标通常需要使用微波信号源和频谱仪等测量仪器，噪声系数指标需要使用噪声源和噪声测试仪，端口驻波，而隔离度等指标需要使用矢量网络分析仪，而开关切换时间等指标需要使用示波器。在传统的射频性能测试中,一般直接对射频仪表进行人工手动操作、数据记录等，而测试中所使用的仪器设备种类繁多、功能各异、关联性差、操作不便，不仅对测试人员素质要求高，且测试速度慢、重复性操作多、效率低、测试周期长，易于造成人为误差或错误，已不能满足批量生产的需要。目前，国内外许多厂家仍然采用人工方式进行器件测试，测试过程中对于器件的详细参数通过人工记录，对产品只是简单地进行通过/失败检测，由于高频线缆受到环境的干扰影响较大，测量过程中少人为因素对于测量的干扰，致使产品生产中对于质量无法严格控制。即使采用定制型自动测试系统，由于射频类模块种类、接口及指标的复杂性，造成自动测试系统同样复杂，测试系统研制费用高，研制及调试周期长，调试、校准及测试流程优化工作量巨大。被测模块种类的变化甚至指标和性能的局部调整，都会造成自动测试系统的重新开发，造成测试仪器和人力资源利用率低。目前射频微波电路的自动化测试系统定制性较强，通用性较差，无法实现模块种类及指标测试的全覆盖自动化测试。

另外，在射频微波硬件模块的研制中，通常要经过模块调试阶段单指标测试、常温验收全指标测试、高低温/湿热等环境应用模拟条件下关键指标测试验证等多个环节，各环节测试内容、测试方法甚至指标合格判据都不尽不同。常温性能测试及验收测试中，通常需要对所有指标进行全覆盖高精度测试，测试工作量巨大，常规的自动测试装置一般针对该环节定制，能够实现对单一模块指标快速测试记录。而在模块的指标调试阶段，常常需要针对一个指标或某一个频段的几个组合指标反复进行详细对比测试，手动控制测量仪器和被测设备，测试效率低，工作量大，有时甚至需要多人配合才能完成，常规定制的自动测试装置也不具备调试模式，无法适应临时性手动控制快速测试需求。模块研制中，如果采用手动测试，测试效率低，测试工作量大，严重影响项目开发进度。如果每种模块定制自动测试装置，检测设备的相对投入较大，测试设备利用率低，造成项目研制成本的上升。。

技术实现要素：

本发明针对射频类设备测试项目多、测试时间长、操作过程繁琐和目前射频微波电路的自动化测试系统定制性较强，通用性较差，很难实现模块种类及指标测试的全覆盖自动化测试问题，提供一种能够实现对多类型射频模块、多种性能指标的全覆盖自动化测试，同时适用于射频模块研制的全流程应用，能减少测试测量设备成本投入，提高射频模块测试精度和测试效率的基于模块化设计的高覆盖射频指标自动测试装置。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种高覆盖射频指标自动测试装置，包括：与工控机进行双向通信的加电控制模块、射频转接矩阵模块和多通道本振源模块，其特征在于：采用两块射频转接矩阵模块，输入射频转接矩阵模块和输出射频转接矩阵模块，加电控制模块和多通道本振源模块对称连接被测设备，输入射频转接矩阵模块接收多个信号源、噪声源和矢网输出信号，向被测设备传输信号源、噪声源和矢网输出信号，多通道本振源模块将低相噪本振信号和参考时钟信号提供给被测设备，加电控制模块通过电源接口、总线及离线控制接口为被测设备提供电源和外部协同控制，并对各路电源的瞬时电压电流以及模块的工作状态遥测量进行检测监控，被测设备通过输出射频转接矩阵模块的多通道自动切换，将被测信号传送给频谱仪、噪声测试仪、矢量网络分析仪等通用测量仪器，实现被测设备与通用测量仪器之间动态可控，结合加电控制模块和通用测量仪器构建开放式自动测试通道；工控计算机运行自动测试软件，记录测试数据，根据被测设备类型和所需测试指标，配置各类型模块的测试项和测试流程，协同控制和调用通用测量仪器和被测设备，自动记录测试结果形成标准化测试报告，可一次性完成被测设备的单通道多指标和多通道指标的对比测试，利用可视化手动控制界面，实现被测设备的主要指标手动配置选择和自动化测试。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明采用与工控机进行双向通信的加电控制模块、射频转接矩阵模块和多通道本振源模块对多类型射频模块、多种性能指标的全覆盖自动化测试，实现了射频模块多种类型指标高覆盖率的快速自动测试。能够实现同时适用于射频模块研制的全流程应用。在减少测试测量设备成本投入，提高射频模块测试精度和测试效率，从而减少模块电路研制周期，降低项目研发成本，确保核心技术的快速验证。

本发明采用两块射频转接矩阵模块，输入射频转接矩阵模块和输出射频转接矩阵模块，加电控制模块和多通道本振源模块对称连接被测设备，利用射频转接矩阵将通用测试仪器与被测设备互联，利用通用加电控制设备对被测电路进行加电控制及状态检测，利用标准接口对通用测试仪器和被测设备进行协同控制，在测试软件的控制下，实现被测设备指标的快速自动化测试，全自动测量并记录测试数据，对测试数据进行快速、准确的处理；测试过程中如果有指标超标，具备报警提示功能，测试结果中对超标项可以进行突出显示。实现了对射频模块的多通道多指标的高精度高覆盖率快速测试。

本发明采用在被测设备输入输出端均配置有6入6出的宽带射频转接矩阵，可以将不同的测试测量仪器通过自动测试软件控制切换到被测件的端口，可以对最多6个通道进行所有指标的对比性测试。同时测试系统中加电控制模块具备模块电压电流检测功能，在被测设备工作时，其工作电压电流状态一直处于监控之下并定时记录，如果有异常状态可以实时报警，与常规测试中一次性测量相比其测试可信度提升明显。因此在一个指标测试完成后，无需手动更换仪器设备链接，即可实现所有指标的全部自动化测试，并具备多通道隔离度测试能力。

本发明采用模块化设计和通用构架，可以满足宽频带内变频信道类模块、频率源类模块、接收前端/内置本振接收机类模块等多种射频模块的自动化测试需求。不同射频模块只需采用通用的加电控制模块、转接矩阵等标准硬件测试设备，连接对应的通用测量仪器，在自动测试软件控制下即可完成对相应模块指标的测试，省去了自动测试装置的定制过程，在不增加硬件成本投入的情况下，提高定制性射频模块的测试效率，缩短模块研制周期。由于被测设备和测试仪器由软件控制协同工作，并自动记录测试数据，形成标准测试报告，被测设备的所有指标可以逐项一次性高精度测试完成，并且可以实现接收前端、变频信道、频率源等多种类型射频模块的通用化自动测试，极大地提高测试效率和测试覆盖率。

本发明由于采用模块化设计和开放式体系，在射频模块全指标自动测试模式的基础上，开发了自动测试的调试模式，能够对被测设备和通用仪器进行协同管理，利用集成式自动测试软件控制界面，可以简介快速的对每项测试指标单独进行设置及控制并观察测试结果，而无需手动控制仪器，极大地提高模块调试工作效率。另外，在自动测试装置中定制开发了宽带通用型频率源模块，可以为被测设备提供跳频本振和时钟源信号，减少了通用测量仪器的使用量，测试系统更容易组建，更适合温度试验测试及振动环境测试等应用。因此，这种采用开放式构架，能够实现对应射频模块研制流程中从指标调试、常温指标测试、环境试验到验收交付试验等全流程的自动化测试测量需要。

自动测试装置具备较强的扩展能力，只要被测设备控制和加电接口适应，更换测试系统中的射频转接矩阵为电源转接矩阵后，结合电子负载等测试仪器，测试系统能够对电源类模块进行全自动测试，可实现各种自动校准、多次测量平均等要求，从而提高了测量精度；便于将多台带有gpib接口的仪器组合起来，形成较大的自动测试系统，高效灵活地实现各种不同的测试任务，而且组建和拆散灵活，使用方便；由于通用测量仪器、本装置和工控机相连，因此可利用计算机对测试数据进行更加灵活、方便的传输、处理、综合、利用和显示，使原来通用测量仪器采用硬件逻辑很难解决或无法解决的问题迎刃而解；便于扩展传统仪器的功能。

测试方法简便直观，人机界面更加友好。通过采用射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。非专业人员也可以运用本发明进行自动测试。使用自动化测试系统后,测试数据全部由计算机处理,将测试人员与测试指标完全隔离,保证了待测指标的可信度,同时大大降低了测试人员的劳动强度.相同一套设备,应用本发明时需1个人6分钟,相对于人工测试需要2个人30余分钟,测试效率提高了10倍以上。

本发明可操作性强，可以应用到实际生产中。

附图说明

图1是本发明高覆盖射频指标自动测试装置的工作原理示意图。

图2是本发明第一个实施例关于被测设备的频率源类模块自动测试装置组成示意图。

图3是本发明第二个实施例关于被测设备的接收前端/接收机模块的电路组成示意图。

图4是本发明第三个实施例关于被测设备的电源类模块的电路组成示意图。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，一种高覆盖射频指标自动测试装置，包括：与工控机进行双向通信的加电控制模块、射频转接矩阵模块和多通道本振源模块，其特征在于：采用两块射频转接矩阵模块，输入射频转接矩阵模块和输出射频转接矩阵模块，加电控制模块和多通道本振源模块对称连接被测设备，输入射频转接矩阵模块接收多个信号源、噪声源和矢网输出信号，向被测设备传输信号源、噪声源和矢网输出信号，多通道本振源模块将低相噪本振信号和参考时钟信号提供给被测设备，加电控制模块通过电源接口、总线及离线控制接口为被测设备提供电源和外部协同控制，并对各路电源的瞬时电压电流以及模块的工作状态遥测量进行检测监控，被测设备通过输出射频转接矩阵模块的多通道自动切换，将被测信号传送给频谱仪、噪声测试仪、矢量网络分析仪等通用测量仪器，实现被测设备与通用测量仪器之间动态可控，结合加电控制模块和通用测量仪器构建开放式自动测试通道；工控计算机运行自动测试软件，记录测试数据，根据被测设备类型和所需测试指标，配置各类型模块的测试项和测试流程，协同控制和调用通用测量仪器和被测设备，自动记录测试结果形成标准化测试报告，可一次性完成被测设备的单通道多指标和多通道指标的对比测试，利用可视化手动控制界面，实现被测设备的主要指标手动配置选择和自动化测试。

系统测试中，某个单项指标测试完成后，被测设备利用射频转接矩阵切换测量仪器或被测通道，再利用通用自动测试装置相连的工控机软件平台，自动测试软件根据被测设备及其射频模块类型和所需测试指标，配置被测设备及其射频模块的测试项和测试流程，调用通用测量仪器和控制被测件的驱动程序，形成适快速进行下一项指标测试，用于各类型被测设备及射频模块的全指标自动测试软件。测试完成后自动化测试软件利用被测设备传输的数据，结合通用加电控制模块和通用测量仪器测量数据，将自动测试结果与常规通用仪器测试方法测试结果进行比对，自动形成被测设备标准格式的测试数据及测试报告。

构建开放式自动测试构架，根据被测设备和测试指标要求，更换测试系统中的射频转接矩阵、电源转接矩阵，结合电子负载等不同测试仪器，测试系统实现对不同类型射频模拟设备的全自动测试。

具体实现过程中，首先对多种被测射频模块的加电控制接口进行统型考虑，定制开发具有多种电源、总线及离线控制接口的通用加电控制模块，实现被测模块的通用化供电、控制、状态监控，为被测设备及射频模块和测量仪器的协同控制奠定基础；其次，定制开发宽带通用多通道跳频本振模块，为被测变频信道模块提供低相噪本振信号和参考时钟信号，减少测试及调试中通用测量仪器的数目，简化自动测试装置组成，使其具备较高的便携性，可用于多种开发测试环境；再其次是选用高性能多入多出开关矩阵实现被测模块与通用测量仪器之间动态可控的射频互联，结合通用加电控制模块和通用测量仪器，构建开放式自动测试构架，为被测射频模块的单通道多指标一次性测试、多通道指标一次性对比测量奠定基础；并结合开放式自动测试构架，对射频模块的链路增益、输出功率、噪声系数、端口驻波、通道隔离度、非线性失真等主要指标的测试方法进行梳理，优化测试方法流程，确保所有指标能够达到测试精度及测试速度要求；再利用通用自动测试装置相连的工控机软件平台，根据被测设备及射频模块类型和所需测试指标，配置对应的测试项和测试流程，调用通用测量仪器和测件控制驱动，形成适用于各类型被测设备及射频模块的全指标自动测试软件；在全指标自动测试软件实现基础上，根据射频模块调试及环境试验指标测试需求，开发自动测试装置的调试模式，形成可视化手动控制界面，实现被测射频模块的主要指标手动配置自动化测试；自动化测试软件利用被测样机，将自动测试结果与常规通用仪器测试方法测试结果进行比对，优化测试系统校准方式及标校数据，保证测试结果和测试精度达到使用要求。

相对于常规定制型自动测试装置的封闭式构架，采用模块化设计构建如图所示开放式自动测试构架。其中，加电控制模块、射频转接矩阵和多通道本振源模块为定制开发的通用测试模块，工控计算机可以是通用型计算机，用于测试软件运行和测试数据记录。其余的噪声源、信号源、矢量网络分析仪、频谱仪、噪声测试仪、示波器等为通用测量仪器。

测试系统中的所有定制测试模块和通用测试仪器等硬件设备，均通过网口或通用接口总线gpib与控制计算机互联，在自动测试软件的控制下协同工作，从而实现指标的快速自动化测试。宽频带多通道变频信道测试，由于测试频点多，同时需要对比不同通道间指标，测试时需要外部跳频本振同步工作，是测试系统最为复杂，测试工作量最大的被测模块类型，测试时需要采用图1所示的全系统工作构架。以4通道宽带接收信道测试为例，使用两块射频转接矩阵实现被测设备及其射频模块输入和输出与测量仪器的自动测试软件可控动态互联，在自动测试软件控制下，就能够对被测设备及其射频模块的噪声系数、输出幅度、增益平坦度、1db压缩点输出功率、双音动态、中镜频抑制、端口驻波、通道间幅度相位一致性、工作电压电流、工作状态等全功能性能指标项目实现一键式快速自动测试，测试效率可以由常规手动测试的每套2人1天压缩至每套1人2小时，在高低温及振动环境试验中，由于测试时间有限，采用自动测试装置能够实现对更多指标项的覆盖测试和验证。

测试系统中的加电控制模块控制设备，是具备42v、28v、15v、±7v、大功率5v等多种直流供电能力和各路电源的动态加断电控制能力，能够对各路电源的瞬时电压电流进行检测和记录，可以满足多种射频模块的供电使用要求的加电控制模块。加电控制模块具备差分信号传输can总线、串行外围设备接口spi总线、rs422/rs485串口、24路ttl电平离散控制线、接收12路oc指令等多种控制接口。在被测设备工作时，测试系统中采用具备电压电流检测功能的加电控制模块，协同控制被测设备及射频模块和测量仪器的工作电压电流状态，设备工作状态一直处于监控之下并定时记录，具备异常状态实时报警功能。

被测设备输入输出端配置有6入6出的宽带射频转接矩阵，可以将不同的测试测量仪器通过自动测试软件控制切换到被测件的端口，可以对最多6个通道进行所有指标的对比性测试。射频转接矩阵为采用高性能同轴开关实现的具备多种测量仪器和多通道被测设备多通道自动切换功能，频率覆盖直流至ku频段的6入6出开关矩阵。

多通道本振源模块是可以为被测设备提供跳频本振、参考时钟、采样时钟等通用频率源信号，为短波至ku频段多通道宽带跳频源模块。

实施例1

在图2所示实施例中，当被测设备是频率源类射频模块时，自动测试装置包括与工控机进行双向通信的一块射频转接矩阵、加电及控制模块和通用测量仪器，以及向被测设备的频率源类射频模块提供10mhz参考信号的参考源，其中，射频转接矩阵输出端口连接通用测量仪器，通用测量仪器采用通过lan/gpib相连工控机的相噪频谱仪和矢量网络分析仪；加电及控制模块通过网口连接工控机，通过电源、控制总线及离线控制线接口向频率源类射频模块供电，实现加断电状态控制、电源及工作状态监控。被测的频率源类射频模块，射频转接矩阵、加电及控制模块和通用测量仪器在自动测试软件协同控制下，可以实现对频率源类射频模块信号频率、输出幅度、跳频时间、相位噪声、谐杂波抑制、端口驻波、工作电压电流、工作状态等功能性能指标的自动高速测试。

实施例2

在图3所示的另一个实施例中，当被测设备是接收前端/接收机模块时，内置本振接收机、接收前端和开关网络等不需要外置本振源配合的射频模块测试，自动测试装置系统构成与图1类似，只是不需要多通道本振源模块。自动测试装置包括：通过网口与工控机进行双向通信的加电及控制模块、输入射频转接矩阵模块、输出射频转接矩阵模块、射频转接矩阵模块，以及通过lan/gpib相连工控机的信号源1、信号源2、噪声源、矢网输出信号和噪声测试仪、频谱仪、矢量网络分析仪示波器等通用测量仪器，其中：加电及控制模块通过网口连接工控机，通过电源、控制总线及离线控制线接口向接收前端模块/接收机模块供电，实现加断电状态控制、电源及工作状态监控；信号源1、信号源2、噪声源、矢网输出信号通过输入射频转接矩阵模块输入接收前端/接收机模块，然后通过输出射频转接矩阵模块输送到通用测量仪器，在工控机内置自动测试软件控制下，可以实现对接收前端模块/接收机模块信号频率、输出幅度、跳频时间、相位噪声、谐杂波抑制、端口驻波、工作电压电流、工作状态等功能性能指标的自动高速测试。

实施例3

在图4所示的另一个实施例中，当被测设备是电源类模块时，将自动测试装置测试系统标准构架中的射频转接矩阵替换为电源通道切换开关，电源类模块输入端连接加电及控制模块，通过电源通道切换开关输出口互联多通道电子负载、示波器等通用仪器，在工控机内置自动测试软件控制下，对被测电源类模块输出电压、输出电流、电源纹波，浪涌电流以及电源效率等指标的自动化测试。

自动测试装置中的硬件模块从上到下依次为6入6出2组的射频转接矩阵、通用加电控制模块、多通道本振源模块。在自动测试软件调试模式中，在测试软件调试界面的可视化软件界面上，可以对被测设备及其射频模块种类，测试频点或频段，所需测试指标、所需控制的测量仪器等均可手动设计，并可集成显示测试结果，减少了人员调试时仪器操作和数据记录工作量，能够极大地提高调试工作效率。

以上结合附图对本发明进行了详细描述，但需要指出的是，上述实例所描述的是仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。