1 測試系統(tǒng)建立的必要性
TRM（收發(fā)組件）是構(gòu)成有源相位控制陣列天線的基本單元。TRM 的原理框圖如
下圖 1 所示。
圖 1 TRM 原理框圖
如上圖 1 所示，TRM 中包括了接收和發(fā)射兩條射頻鏈路，以及驅(qū)動單元和控制接口部分。
依據(jù) TRM 的輸入、輸出頻率關(guān)系，可分為非變頻和變頻兩類。對于測試系統(tǒng)來說，前者測試以矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀為主，進(jìn)行頻率或功率掃描測量；后者需要配置變頻測量的功能，包括矢網(wǎng)內(nèi)置的變頻幅相測試的軟件、參考混頻器附件以及特有的混頻器測試校準(zhǔn)流程。
TRM 測試包括的主要參數(shù)如下：
1）信息讀入
? IDN 串號讀入
? EEPROM 編程
? 傳感器溫度
2） 接收路主要測試參數(shù)
? 傳輸與反射（S 參數(shù)）
? 全衰減狀態(tài)值
? 全相位狀態(tài)值
? 噪聲系數(shù)
? 互調(diào)失真
? 本振-中頻隔離度（變頻體制）
? 通道間隔離度
3） 發(fā)射路主要測試參數(shù)
? 脈沖 S 參數(shù)
? 飽和功率輸出
? 脈沖時域參數(shù)
? 全衰減狀態(tài)值
? 全相位狀態(tài)值
? 壓縮點測試
? AM/PM
? 雜散
? 本振-射頻隔離度（變頻體制）
? 通道間隔離度
在 TRM 的研制過程中，需要進(jìn)行兩個層次的測試：研發(fā)階段的特性測試和生產(chǎn)階段的驗證測試。特性測試側(cè)重 TRM的全狀態(tài)測試，用于優(yōu)化和驗證 TRM的原型設(shè)計以及各參數(shù)之間調(diào)整后的影響，包括衰減、移相的全狀態(tài)測試在內(nèi)的，總共約25000個測試值（以 6 位移相/衰減單元為例）；驗證測試側(cè)重成熟產(chǎn)品在產(chǎn)線上的測試，為部分狀態(tài)測試，總共約 2500 個測試值。如果依靠分離測試儀表，集成度低，測試速度較慢，難以滿足研發(fā)、調(diào)試和生產(chǎn)階段的測試任務(wù)。
為滿足上述測試要求，同時考慮到 TRM 測試的特定要求（單次連接全參數(shù)測試、多狀態(tài)位射頻測試、多線制控制接口、多通道并行測試），測試系統(tǒng)應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)儀表為基礎(chǔ)，外置滿足功率要求以及收發(fā)鏈路可程控切換的射頻箱，提供產(chǎn)生視頻控制信號并可調(diào)整測試時序的邏輯單元，以及控制計算機(jī)和測試軟件。
2 R&S TS6710 主要構(gòu)成
根據(jù)以上測試任務(wù)的要求，測試系統(tǒng)R&S TS6710主要包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀ZVA、程控射頻箱 OSP-TRM、標(biāo)準(zhǔn) PXI 視頻控制信號單元 TVSP 和相關(guān)測控軟件，可完成TRM 的測試。此外系統(tǒng)預(yù)留了監(jiān)測端口，便于借助寬帶信號分析儀 FSW 來監(jiān)測被測件寬帶的頻譜特性。系統(tǒng)原理框圖見下圖 2 所示。
圖 2 TRM 綜合測試系統(tǒng)原理框圖
如圖 2 所示，TS6710 的射頻測試部分以矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 ZVA24 為一體化測試儀表，完成包括噪聲系數(shù)和 S參數(shù)測量等在內(nèi)的全部測試功能；程控射頻箱 OSP-TRM完成收發(fā)鏈路的自動切換、信號調(diào)制與合成，以及功率控制等功能，保證小信號和大功率信號測試時系統(tǒng)的精確測試和安全；基于 PXI 的 TSVP 提供視頻控制的信號，包括系統(tǒng)觸發(fā)、電源控制和參數(shù)測量、高速雙向數(shù)字控制信號等功能單元。系統(tǒng)還預(yù)留了監(jiān)測端口，便于其它設(shè)備對測試系統(tǒng)的信號監(jiān)測。
測試系統(tǒng)外形見下圖 3 所示。
圖 3 典型測試系統(tǒng)外形圖
3 系統(tǒng)各部分的功能和原理
3.1 ZVA 射頻參數(shù)測量
1 ） 接收支路 S 參數(shù)測試
傳輸和反射 S 參數(shù)測量。
2 ） 噪聲系數(shù)測試
與傳統(tǒng)的 Y 因子法不同，ZVA 的噪聲系數(shù)測量利用其測量接收機(jī)數(shù)字部分的雙
通道結(jié)構(gòu)，并行使用兩種檢波算法：均方根值（RMS）和平均值（AVG）檢波。如圖 4 所示。
圖 4 ZVA-K30 噪聲系數(shù)測量原理
? 均方根值（RMS）檢波算法如下式：
由 N 個采樣點計算線性平均值電壓，如果采樣點足夠多，AVG 檢波器僅得到信
號電壓，噪聲部分在計算中被抑制了。
ZVA 的噪聲系數(shù)測量法可結(jié)合 S 參數(shù)矢量誤差校準(zhǔn)使用，改善因端口失配誤差。并且不需要使用噪聲源，避免了噪聲源在被測件作為負(fù)載時的 ENR 參數(shù)偏離誤差。
下圖 5 為低噪放的噪聲系數(shù)實測結(jié)果。
圖 5 ZVA 噪聲系數(shù)的測試結(jié)果
3 ） 互調(diào)測試
四端口 ZVA 具有獨立的雙信號源，可產(chǎn)生雙音信號，與 OSP-TRM 射頻箱中的
合路器配合，可完成互調(diào)測試。ZVA 的中頻濾波器有兩個模式，普通模式和高選擇性模式。此項測試選擇高選擇性模式，可得到近70dB的抑制度，減小跡線噪聲和臨近頻譜的干擾。
4 ） Tx 脈沖 S 參數(shù)測試
ZVA 進(jìn)行脈沖 S 參數(shù)測量時，采用脈內(nèi)取點測量法。使用調(diào)制脈沖的上升沿作
觸發(fā)，分別控制信號源掃描和接收機(jī)采樣。這樣 ZVA 每收到一個觸發(fā)沿，即觸發(fā)信號源進(jìn)行頻率（或功率）掃描，而接收機(jī)在經(jīng)過觸發(fā)延遲 τ 后，開始對射頻脈沖采樣，并進(jìn)行幅度或相位的 S 參數(shù)測量。每一次觸發(fā)都會輸出一個測量數(shù)據(jù)，直到掃描到設(shè)置的最大頻率（功率）值。
圖 7 ZVA 采用脈內(nèi)取點法測試脈沖 S 參數(shù)
5 ） 飽和功率測試
在功率掃描條件下，測量 DUT 輸出信號的絕對功率值。需要測前功率校準(zhǔn)。
6 ） 壓縮點測試（功率掃描）
在功率掃描條件下，對選定的信號壓縮量值處，測量 DUT 輸出信號的絕對功率
值。需要測前功率校準(zhǔn)。
7 ） AM-PM
在頻率掃描條件下，對衰減器不同衰減量條件下對相位狀態(tài)進(jìn)行測量；或當(dāng)移
相器在不同相位條件下的衰減狀態(tài)測量。
8 ） 脈沖時域參數(shù)測試
ZVA 的脈沖波形測試方法不同于傳統(tǒng)的脈沖“切片”法。ZVA 的接收內(nèi)設(shè)置了額外的快速存儲單元（Ram），見圖 8，將來不及處理的采樣數(shù)據(jù)存下來，存儲時長3ms（可擴(kuò)展至 25ms）。在觸發(fā)信號作用下進(jìn)行后端信號處理并顯示。這樣不會因脈沖占空比影響而損失系統(tǒng)的動態(tài)范圍，并且不會損失信號的時間分辨率，而是完整地把所有采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示，測試結(jié)構(gòu)顯示了脈沖的真實信息。在采樣時鐘 80MHz 時，數(shù)據(jù)點的時間分辨率達(dá)到為 12.5ns。
圖 9 ZVA 脈沖時域參數(shù)測試的時域包絡(luò)數(shù)據(jù)
9 ） 頻譜分析
與頻譜儀相比，網(wǎng)絡(luò)分析儀在測量功率時最大的問題在于它不能完全去除鏡像
噪聲的影響。原因是頻譜儀在混頻之前加入了預(yù)選濾波器，可以抑制鏡像噪聲的影響。R&S 的網(wǎng)絡(luò)分析儀可以選擇不同的本振頻率，可以分別使用高本振RF>LO 或低本振 RF<LO來進(jìn)行頻譜測試。如下圖為網(wǎng)絡(luò)分析儀中實際產(chǎn)生的頻譜分量，包括了輸入信號的頻譜和產(chǎn)生的鏡像分量。
當(dāng)選擇不同的LO頻率時所顯示的雜散位置會不同。但實際測量的信號位置不會
變化。向網(wǎng)絡(luò)分析儀端口 1 輸入固定頻率為 3GHz 的單音信號，通過選擇不同的 LO頻率，測量接收機(jī) b1 測量結(jié)果。建立兩個不同的通道，并用不同的跡線進(jìn)行顯示Trc1 和 Trc2。其中 Trc1 設(shè)置為 RF>LO，而將 Trc2 設(shè)置為 RF<LO。顯然下圖中的頻率除 3GHz 的頻譜成分外，其它都是雜散信號。
圖 11 分別在高本振和低本振模式下，進(jìn)行兩次掃描的頻譜數(shù)據(jù)
利用網(wǎng)絡(luò)分析儀中的數(shù)學(xué)運算功能，取兩條跡線中的最小值 Min（Trc1，Trc2），便可將鏡像部分去掉，保留被測信號的頻譜，如圖 12 所示。
圖 12 ZVA 的頻譜分析結(jié)果
為保證測試絕對功率的精度，需在測前進(jìn)行接收機(jī)的功率校準(zhǔn)。以下圖 13 為 ZVA 的 IFBW為 100kHz 時，掃描 4GHz頻率范圍時掃描時間和小信號測量結(jié)果。
圖 13 ZVA 對小信號的頻譜分析結(jié)果和測試時間
3.2 測試射頻箱 OSP-TRM
圖 14 OSP-TRM 外形圖
OSP-TRM 是為 TRM 測試定做的射頻箱，包括脈沖調(diào)制器、合路器、低噪放和
射頻開關(guān)等模塊，完成測試鏈路切換、通道功率控制和并行測量等功能。OSP-TRM原理框圖見下圖所示。
圖 15 OSP-TRM 結(jié)構(gòu)圖
OSP-TRM 射頻箱主要功能：
? 鏈路功率電平控制模塊
? 收發(fā)轉(zhuǎn)換控制模塊
? 信號合成模塊
? 脈沖調(diào)制模塊
? 監(jiān)視通道，頻譜儀、功率計等其它儀表接入控制模塊
3.3 控制終端 TSVP
圖 16 TSVP 外形圖
TSVP 是基于 PCI 總線技術(shù)，可集成多功能測試板卡的機(jī)箱。具體功能如下：
? 工控機(jī)，Windows XP 系統(tǒng)
? 高速數(shù)字模塊（40MHz 碼速率）
? 可編程控制電平
? 衰減/移相高速設(shè)置
? DUT 控制時序緩存
? 實時評估 DUT 響應(yīng)
? 系統(tǒng)觸發(fā)信號及時序控制
? 提供多通道電源±50V/50W，電流測量功能
? 系統(tǒng)自檢
? 數(shù)字萬用表
? 射頻鏈路控制信號產(chǎn)生
3.4 測控軟件 R&S RUN
圖 17 測控軟件 R&S RUN
R&S RUN 提供用戶可配置的測試時序、自動規(guī)劃校準(zhǔn)向?qū)Ш蜏y試報告等，具體
功能如下：
? 測試界面及參數(shù)設(shè)置菜單
? 儀表驅(qū)動控制
? 數(shù)據(jù)獲取
? 測試報告生成
? 測試時序控制
? 其它功能
圖 18 在線 生成測試報告
3.5 測試系統(tǒng)的時序控制
為保證系統(tǒng)高效、精確地完成指定的測試任務(wù)，在滿足自動化測量的基礎(chǔ)上，
合理安排系統(tǒng)的工作時序是首要條件。通過綜合考慮 DUT 接收支路和發(fā)射支路的轉(zhuǎn)換時間、控制指令傳輸/響應(yīng)時間、測試儀表設(shè)置和測量時間、DUT 的響應(yīng)時間以及脈沖狀態(tài)下儀表的觸發(fā)時序等關(guān)鍵時間點來安排與測試任務(wù)匹配的工作時序。下圖19 是典型的 TRM 自動測試的工作時序圖。
圖 19 典型 TRM 測試的時序圖
如前所術(shù)，系統(tǒng) TS6710 將 TRM 測試分為兩個層次：驗證測試和特性測試。前
者應(yīng)用于產(chǎn)線，僅測試的主要或典型參數(shù)，并生成測試報告，典型結(jié)構(gòu)的 TRM 需要約 2500 個測試值，測試時間為 15 秒左右；后者應(yīng)用于研發(fā)階段，全狀態(tài)測試，約25000 個測試值，測試時間為 4 分鐘左右。
3.5.1 接收支路驗證測試
3.5.2 發(fā)射支路驗證測試
3.5.3 接收支路特性測試
3.5.4 發(fā)射支路特性測試
4 系統(tǒng)擴(kuò)展
標(biāo)準(zhǔn)的測試系統(tǒng) TS6710 提供了 2 個 TRM 的并行測量功能。可根據(jù)測試需求增加系統(tǒng)端口的數(shù)量，達(dá)到 8 個 TRM 并行測量的能力。
圖 19 系統(tǒng)擴(kuò)展框圖
5 主要系統(tǒng)指標(biāo)
TRM 測試系統(tǒng) TS6710 主要系統(tǒng)指標(biāo)：
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