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构建高精度脉冲器件自动测试系统
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前言
雷达的微波射频系统主要包括混频器、滤波器、放大器、天线等部分。其中放大器、混频器、T/R组件为脉冲器件测试的主要对象。这些关键部件会对雷达的脉冲调制信号造成影响，典型的信号恶化包含：信号过冲、定降、振铃及脉冲的寄生调制（UMOP）等。这些现象都会对整个雷达系统的性能带来很大影响。如使脉冲多普勒雷达的对消处理能力下降、目标运动速度检测的分辨率下降、相控振雷达合成波束变形等。对雷达系统中关键的射频微波器件，需要完整精确地测试其脉冲状态下的传输/反射及其他性能指标。
本文介绍的脉冲器件自动测试系统，可以满足上述测试要求，该系统基于Agilent PNA系列网络分析仪实现，可满足雷达系统和关键部件研发和生产测试的技术要求。该系统于2006年1月在Agilent Open Lab开发并建立。
脉冲器件S参数测试
PNA脉冲网络仪测试系统基于Agilent PNA高性能网络分析仪实现。脉冲测试系统由网络分析仪、脉冲调制器、脉冲发生器、测试软件等组成。网络分析仪完成扫频激励信号合成和被测件响应信号的分析。脉冲调制器完成对扫频连续波信号的脉冲调制及放大处理。而脉冲发生器负责输出脉冲调制信号、网络分析仪触发控制信号、被测件同步控制等信号。
图1 Agilent脉冲S参数测试系统
PNA脉冲网络仪系统采用灵活的组合配置方式。针对不同类型的器件测试要求，可以在测试激励功率，被测件控制信号等方面进行扩展。
根据测试状态和被测件性能要求，PNA脉冲网络仪可以采用两种不同的方法来完成对脉冲器件的测试。这两种方法分别是宽带模式和窄带模式（见表1所示）。宽带模式是指网络分析仪接收机带宽大于脉冲调制信号的带宽，能够对测试的脉冲调制信号充分响应，接收机在触发控制条件下完成测试。宽带测试模式主要适合于较宽脉冲宽度的测试要求，测试的动态范围与脉冲调制信号的占空比无关。窄带模式是指接收机带宽小于脉冲调制信号的脉冲重复频率，通过接收机的滤波，脉冲调制信号被转换为连续波信号，测试时不需要触发的控制。窄带模式适合于窄脉冲宽度状态的测试，测试动态范围不受脉冲宽带的限制。Agilent PNA网络仪采用专有的数字滤波处理技术，能完成针对不同脉冲重复频率信号的滤波处理。Agilent PNA网络仪的高灵敏度接收机也确保了窄带测试模式下系统的动态范围和测试精度。
图2 脉冲网络仪的宽带测试模式
图3 脉冲网络仪的窄带测试模式
PNA脉冲网络仪的主要技术特点是测试精度高。图4为PNA脉冲网络仪分别采用窄带方法完成20ns脉宽和宽带法测试10μs脉宽的精度说明。
图4 Agilent PNA脉冲网络仪的测试精度
脉冲器件雷达系统参数测试
电路的系统级性能指标测试是指将被测件置于真实工作状态下时评估其性能。对T/R组件进行雷达系统级性能测试，根据雷达的工作体制输入脉冲压缩雷达信号，如线性调频信号。然后对T/R组件输出信号的功率、频率、信噪比、调频频偏、调频失真、脉冲参数进行全面测试。这是对T/R组件工作性能最系统和最全面的分析测试。
图5 T/R组件相位控制过程分析
图6 微波器件的雷达系统级参数测试解决方案
集成的自动测试系统
器件的测试流程在测试程序的控制下自动完成。自动测试程序直接运行于PNA网络仪上，不需要专门的测试计算机。这样可大大提高测试效率，并方便测试人员操作。基于这套自动测试系统，被测件的典型测试流程如图7所示。
图7 脉冲器件自动测试系统测试流程
图8为自动测试软件运行于PNA网络仪内部的显示界面。
Agilent脉冲网络仪自动测试系统特点
Agilent脉冲网络仪测试系统具有以下技术特点。
测试器件的种类完整
Agilent脉冲网络仪测试系统提供对微波射频前端关键部件的完整测试能力。典型测试的对象包含：天线、放大器、T/R组件、混频器、接收机发射机的测试。测试的参数主要包含传输反射特性的幅度和相位指标。
支持不同脉冲宽度测试要求
基于Agilent PNA网络仪的脉冲系统可采用宽带和窄带两种方法完成被测件参数测试。宽带法适合于脉冲宽度为微秒级的测试要求。PNA网络仪还可利用专利的数字滤波处理技术，满足脉冲宽度为20ns的测试要求。
图8 Agilent脉冲器件自动测试系统界面
测试精度高
PNA网络仪采用基于基波混频处理的接收机，接收机灵敏度可达到 -130dBm。这是网络分析仪测试精度的基本保证。PNA脉冲网络仪在脉冲宽度为20ns的脉冲测试条件下，相位参数测试的轨迹噪声可小于0.015°。这对于T/R组件等被测件的的精确测试是非常重要的。另外在窄脉冲宽度的测试要求下，PNA网络仪采用窄带接收机处理方法，可消除宽带处理接收机带宽引起测试精度恶化问题。
测试速度快
PNA网络仪的高性能接收机可保证在精度要求前提下仪表的测试速度，PNA网络仪支持COM的程控方式。这可大大降低自动测试系统指令执行的时间，提高自动测试系统的测试效率。另外PNA网络仪本身采用Windows操作系统，测试软件可直接运行在仪表内部，可节省测试数据传输所花费的时间。
集成的自动测试系统，使用方便
针对脉冲器件的测试，Agilent提供脉冲器件自动测试系统，完成测试参数的设定和测试结果统计。该自动测试系统采用开放的系统配置，系统的激励功率等指标可根据被测件要求通过外置设备进行扩展。Agilent还可为用户提供测试系统的低层驱动函数，便于用户开发自己的测试系统。
测试能力扩展性强
Agilent可提供微波矢量信号源，宽带矢量信号分析仪，宽带峰值功率计等测试仪表。利用这些仪表可以使用复杂的雷达调制信号来测试被测件对信号的处理过程。例如：T/R组件的相位控制稳定过程，调制质量恶化，脉冲参数变化等。利用这些参数可以更全面地评估器件对整个雷达系统性能的影响。
结论
该脉冲网络仪测试系统可满足雷达关键部件的测试要求。系统具备测试精度高、测试速度快、使用方便等特点。
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