基于Agilent PNA系列網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)脈沖器件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

前言

雷達(dá)的微波射頻系統(tǒng)主要包括混頻器、濾波器、放大器、天線等部分。其中放大器、混頻器、T/R組件為脈沖器件測(cè)試的主要對(duì)象。這些關(guān)鍵部件會(huì)對(duì)雷達(dá)的脈沖調(diào)制信號(hào)造成影響，典型的信號(hào)惡化包含：信號(hào)過(guò)沖、定降、振鈴及脈沖的寄生調(diào)制（UMOP）等。這些現(xiàn)象都會(huì)對(duì)整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的性能帶來(lái)很大影響。如使脈沖多普勒雷達(dá)的對(duì)消處理能力下降、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的分辨率下降、相控振雷達(dá)合成波束變形等。對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)中關(guān)鍵的射頻微波器件，需要完整精確地測(cè)試其脈沖狀態(tài)下的傳輸/反射及其他性能指標(biāo)。

本文介紹的脈沖器件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，可以滿足上述測(cè)試要求，該系統(tǒng)基于Agilent PNA系列網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)，可滿足雷達(dá)系統(tǒng)和關(guān)鍵部件研發(fā)和生產(chǎn)測(cè)試的技術(shù)要求。該系統(tǒng)于2006年1月在Agilent Open Lab開發(fā)并建立。

脈沖器件S參數(shù)測(cè)試

PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀測(cè)試系統(tǒng)基于Agilent PNA高性能網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)。脈沖測(cè)試系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)分析儀、脈沖調(diào)制器、脈沖發(fā)生器、測(cè)試軟件等組成。網(wǎng)絡(luò)分析儀完成掃頻激勵(lì)信號(hào)合成和被測(cè)件響應(yīng)信號(hào)的分析。脈沖調(diào)制器完成對(duì)掃頻連續(xù)波信號(hào)的脈沖調(diào)制及放大處理。而脈沖發(fā)生器負(fù)責(zé)輸出脈沖調(diào)制信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)分析儀觸發(fā)控制信號(hào)、被測(cè)件同步控制等信號(hào)。

圖1 Agilent脈沖S參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)

PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀系統(tǒng)采用靈活的組合配置方式。針對(duì)不同類型的器件測(cè)試要求，可以在測(cè)試激勵(lì)功率，被測(cè)件控制信號(hào)等方面進(jìn)行擴(kuò)展。

根據(jù)測(cè)試狀態(tài)和被測(cè)件性能要求，PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀可以采用兩種不同的方法來(lái)完成對(duì)脈沖器件的測(cè)試。這兩種方法分別是寬帶模式和窄帶模式（見表1所示）。寬帶模式是指網(wǎng)絡(luò)分析儀接收機(jī)帶寬大于脈沖調(diào)制信號(hào)的帶寬，能夠?qū)y(cè)試的脈沖調(diào)制信號(hào)充分響應(yīng)，接收機(jī)在觸發(fā)控制條件下完成測(cè)試。寬帶測(cè)試模式主要適合于較寬脈沖寬度的測(cè)試要求，測(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍與脈沖調(diào)制信號(hào)的占空比無(wú)關(guān)。窄帶模式是指接收機(jī)帶寬小于脈沖調(diào)制信號(hào)的脈沖重復(fù)頻率，通過(guò)接收機(jī)的濾波，脈沖調(diào)制信號(hào)被轉(zhuǎn)換為連續(xù)波信號(hào)，測(cè)試時(shí)不需要觸發(fā)的控制。窄帶模式適合于窄脈沖寬度狀態(tài)的測(cè)試，測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍不受脈沖寬帶的限制。Agilent PNA網(wǎng)絡(luò)儀采用專有的數(shù)字濾波處理技術(shù)，能完成針對(duì)不同脈沖重復(fù)頻率信號(hào)的濾波處理。Agilent PNA網(wǎng)絡(luò)儀的高靈敏度接收機(jī)也確保了窄帶測(cè)試模式下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)試精度。

圖2 脈沖網(wǎng)絡(luò)儀的寬帶測(cè)試模式

圖3 脈沖網(wǎng)絡(luò)儀的窄帶測(cè)試模式

PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀的主要技術(shù)特點(diǎn)是測(cè)試精度高。圖4為PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀分別采用窄帶方法完成20ns脈寬和寬帶法測(cè)試10μs脈寬的精度說(shuō)明。

圖4 Agilent PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀的測(cè)試精度

脈沖器件雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)測(cè)試

電路的系統(tǒng)級(jí)性能指標(biāo)測(cè)試是指將被測(cè)件置于真實(shí)工作狀態(tài)下時(shí)評(píng)估其性能。對(duì)T/R組件進(jìn)行雷達(dá)系統(tǒng)級(jí)性能測(cè)試，根據(jù)雷達(dá)的工作體制輸入脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)，如線性調(diào)頻信號(hào)。然后對(duì)T/R組件輸出信號(hào)的功率、頻率、信噪比、調(diào)頻頻偏、調(diào)頻失真、脈沖參數(shù)進(jìn)行全面測(cè)試。這是對(duì)T/R組件工作性能最系統(tǒng)和最全面的分析測(cè)試。

圖5 T/R組件相位控制過(guò)程分析

圖6 微波器件的雷達(dá)系統(tǒng)級(jí)參數(shù)測(cè)試解決方案

集成的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

器件的測(cè)試流程在測(cè)試程序的控制下自動(dòng)完成。自動(dòng)測(cè)試程序直接運(yùn)行于PNA網(wǎng)絡(luò)儀上，不需要專門的測(cè)試計(jì)算機(jī)。這樣可大大提高測(cè)試效率，并方便測(cè)試人員操作。基于這套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，被測(cè)件的典型測(cè)試流程如圖7所示。

圖7 脈沖器件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試流程

圖8為自動(dòng)測(cè)試軟件運(yùn)行于PNA網(wǎng)絡(luò)儀內(nèi)部的顯示界面。

Agilent脈沖網(wǎng)絡(luò)儀自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)特點(diǎn)

Agilent脈沖網(wǎng)絡(luò)儀測(cè)試系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點(diǎn)。

● 測(cè)試器件的種類完整

Agilent脈沖網(wǎng)絡(luò)儀測(cè)試系統(tǒng)提供對(duì)微波射頻前端關(guān)鍵部件的完整測(cè)試能力。典型測(cè)試的對(duì)象包含：天線、放大器、T/R組件、混頻器、接收機(jī)發(fā)射機(jī)的測(cè)試。測(cè)試的參數(shù)主要包含傳輸反射特性的幅度和相位指標(biāo)。

● 支持不同脈沖寬度測(cè)試要求

基于Agilent PNA網(wǎng)絡(luò)儀的脈沖系統(tǒng)可采用寬帶和窄帶兩種方法完成被測(cè)件參數(shù)測(cè)試。寬帶法適合于脈沖寬度為微秒級(jí)的測(cè)試要求。PNA網(wǎng)絡(luò)儀還可利用專利的數(shù)字濾波處理技術(shù)，滿足脈沖寬度為20ns的測(cè)試要求。

圖8 Agilent脈沖器件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)界面

● 測(cè)試精度高

PNA網(wǎng)絡(luò)儀采用基于基波混頻處理的接收機(jī)，接收機(jī)靈敏度可達(dá)到 -130dBm。這是網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試精度的基本保證。PNA脈沖網(wǎng)絡(luò)儀在脈沖寬度為20ns的脈沖測(cè)試條件下，相位參數(shù)測(cè)試的軌跡噪聲可小于0.015°。這對(duì)于T/R組件等被測(cè)件的的精確測(cè)試是非常重要的。另外在窄脈沖寬度的測(cè)試要求下，PNA網(wǎng)絡(luò)儀采用窄帶接收機(jī)處理方法，可消除寬帶處理接收機(jī)帶寬引起測(cè)試精度惡化問(wèn)題。

● 測(cè)試速度快

PNA網(wǎng)絡(luò)儀的高性能接收機(jī)可保證在精度要求前提下儀表的測(cè)試速度，PNA網(wǎng)絡(luò)儀支持COM的程控方式。這可大大降低自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)指令執(zhí)行的時(shí)間，提高自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試效率。另外PNA網(wǎng)絡(luò)儀本身采用Windows操作系統(tǒng)，測(cè)試軟件可直接運(yùn)行在儀表內(nèi)部，可節(jié)省測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸所花費(fèi)的時(shí)間。

● 集成的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，使用方便

針對(duì)脈沖器件的測(cè)試，Agilent提供脈沖器件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，完成測(cè)試參數(shù)的設(shè)定和測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)。該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用開放的系統(tǒng)配置，系統(tǒng)的激勵(lì)功率等指標(biāo)可根據(jù)被測(cè)件要求通過(guò)外置設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展。Agilent還可為用戶提供測(cè)試系統(tǒng)的低層驅(qū)動(dòng)函數(shù)，便于用戶開發(fā)自己的測(cè)試系統(tǒng)。

● 測(cè)試能力擴(kuò)展性強(qiáng)

Agilent可提供微波矢量信號(hào)源，寬帶矢量信號(hào)分析儀，寬帶峰值功率計(jì)等測(cè)試儀表。利用這些儀表可以使用復(fù)雜的雷達(dá)調(diào)制信號(hào)來(lái)測(cè)試被測(cè)件對(duì)信號(hào)的處理過(guò)程。例如：T/R組件的相位控制穩(wěn)定過(guò)程，調(diào)制質(zhì)量惡化，脈沖參數(shù)變化等。利用這些參數(shù)可以更全面地評(píng)估器件對(duì)整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)性能的影響。

結(jié)論

該脈沖網(wǎng)絡(luò)儀測(cè)試系統(tǒng)可滿足雷達(dá)關(guān)鍵部件的測(cè)試要求。系統(tǒng)具備測(cè)試精度高、測(cè)試速度快、使用方便等特點(diǎn)。

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