基于虚拟仪器的微波射频器件自动测试平台的设计与实现

基于虚拟仪器的微波射频器件自动测试平台的设计与实现

李俊 熊金旺 赵妍

中国电子科技集团公司第二十九研究所 ， 610036

摘要：随着科技的发展，微波射频器件种类不断增多，相应的测试需求也不断增大。传统的人工测试已经不能满足实际生产需求，而使用自动测试平台来解决上述问题显得尤为重要。虚拟仪器是一种基于计算机的仪器系统，它是在传统仪器基础上，综合计算机、通信和控制等技术的最新成果。虚拟仪器技术能够使用户在虚拟环境下进行仪器功能的扩展，具有灵活、开放、高效等特点，很好地解决了传统仪器所不能解决的问题。本文主要介绍了基于虚拟仪器的微波射频器件自动测试平台的设计和实现方法，对该平台进行了分析和介绍，并对其在微波射频器件自动测试中的应用进行了探讨。

关键词：微波射频器件；自动测试；虚拟仪器

一、微波射频器件自动测试现状及应用

微波射频器件是电子设备中必不可少的组成部分，它包括各种微波功率放大器、定向耦合器、衰减器、滤波器和定向耦合器等。随着科技的发展，微波射频器件种类不断增多，相应的测试需求也不断增大。随着微波射频器件在各个领域中的广泛应用，对微波射频器件的性能指标要求越来越高，为了能够准确地测量和评估微波射频器件的性能指标，对其进行自动测试已经成为必然。传统的人工测试已经不能满足实际需求，所以需要使用自动测试平台来实现微波射频器件的自动测试。虚拟仪器技术具有灵活、开放、高效等特点，能够很好地解决传统仪器所不能解决的问题。本论文采用了虚拟仪器技术，并使用 LabVIEW设计了一套微波射频器件自动测试平台。该平台具有操作简单、功能齐全、可扩展性强等特点，能够满足各种微波射频器件的自动测试要求。本文详细介绍了微波射频器件自动测试平台的设计和实现方法，包括硬件模块和软件模块的设计，其中硬件模块包括数据采集卡、示波器、信号源；软件模块包括仪器驱动程序、图形化用户界面程序以及 LabVIEW控制程序等。

二、微波射频器件的测试原理

微波射频器件是一种把电能转换成其他形式的能量，并在一定的频段内传输的装置，具有体积小、重量轻、成本低等优点，在通信、导航和雷达等领域中都有广泛应用。随着科技的发展，微波射频器件的种类和数量也在不断增加。微波射频器件主要分为射频滤波器和微波功率放大器，其测试原理主要是通过测量微波射频器件的输出功率和信号电平来完成。为了测量出准确的参数，需要用到相应的测试系统。首先需要确定测试系统的总体方案，确定测试系统的基本组成，以及各部分功能和作用。然后根据所确定的测试方案，确定各个组成部分，最后根据测试需求，确定各组成部分之间的连接方式。根据微波射频器件的工作原理，对其进行分析之后，可将微波射频器件分为无源器件和有源器件两类。无源器件主要是指放大器、滤波器等，而有源器件主要指各种滤波器、耦合器、混频器等。由于射频电路的复杂性和多样性，可将微波射频器件分为通用型和专用型两种。

三、测试平台的设计方案

传统的微波射频器件测试中，被测件需要手动调节其输出功率来实现其测试功能，而手动调节功率会对被测件产生不利的影响。在实际生产中，被测件的测试参数是不断变化的，手动调节功率不仅增加了人力成本，而且在某些情况下还会导致测量结果的不准确。本测试平台以 GPIB接口为核心，以程控放大器、数字万用表以及示波器为硬件支撑，以 LabVIEW为软件支持，通过虚拟仪器技术和数据采集技术实现了对微波射频器件的自动测试。本文所设计的微波射频器件自动测试平台包括硬件和软件两部分。测试平台的主要功能包括：输入信号的产生，信号的滤波与调理，信号的激励与发射，数据采集与处理，以及被测件的测量等。本系统选用 LabVIEW作为开发工具，采用C#语言来编写程序。测试平台的硬件结构主要包括：数据采集卡、程控放大器、功分器、示波器以及数字万用表。其中，数据采集卡采用 GPIB接口；程控放大器采用两个 NI公司生产的功率放大器（PAM4），通过改变其输出信号功率来调节输入信号功率；功分器采用两个PAM4输出端口并联；示波器选用 Vivaldi公司生产的型号为V4222A的单通道示波器；数字万用表采用 NI公司生产的型号为N408A的数字万用表。

四、信号发生装置的设计与实现

信号发生装置是微波射频器件自动测试平台的关键组成部分，其主要作用是产生所需的各种信号，以满足对被测对象的测试要求。本系统所采用的信号发生装置为模拟信号发生器，它能够产生幅度、频率、相位可调的正弦波，从而实现对被测对象的自动测试。信号发生装置采用通用的模拟信号发生器，该信号发生装置可以产生幅度、频率、相位可调的正弦波，可与上位机进行数据交互，也可以通过RS232串口与计算机相连，实现对被测对象的自动测试。为了实现对被测对象的自动测试，该信号发生装置需要同时产生幅度、频率、相位可调的正弦波。从图中可以看出，信号发生装置的输出波形与被测对象是一致的。这样不仅可以提高测试效率，还能够降低测试成本。本系统采用通用的模拟信号发生器来产生幅度、频率、相位可调的正弦波，实现对被测对象的自动测试。根据被测对象类型的不同，选择相应类型的信号发生器来产生所需信号。

五、频率选择开关的设计

频率选择开关的性能优劣决定着系统的测试精度，所以，要保证其性能优良，除了在设计过程中选用优良的器件外，还必须对其进行优化设计。频率选择开关主要由工作频率、输入输出端口和控制开关三个部分组成。本设计中选用了一款性能良好的频率选择开关，其结构如图3所示。该频率选择开关工作时，会产生一个信号输入端口，通过对其进行电平调整，从而实现控制开关的通断。频率选择开关的控制端口采用了光电隔离技术，因此该控制端口可与外部系统进行隔离，保证了数据的传输安全。控制端口采用光电隔离技术可以有效避免电磁干扰，对通信系统产生不良影响。该频率选择开关通过 LabVIEW图形化编程软件可以实现其工作过程的动态监测。

六、测试仪控制程序的设计

在微波射频器件自动测试平台的设计中，最重要的环节就是控制程序的设计，因为只有在软件控制下才能实现对测试系统的控制，进而保证整个系统的正常运行主要对基于虚拟仪器技术的微波射频器件自动测试平台中测试仪控制程序进行设计。对于微波射频器件自动测试系统的控制，采用 LabVIEW平台中的 VISA控件来实现。该程序具有很强的通用性，可以根据需要对仪器进行编程，从而实现对系统的控制。本文设计中采用 LabVIEW提供的 VISA控件对测试系统进行编程。测试系统控制程序主要分为两个部分，即上位机软件和下位机软件。上位机软件主要实现数据采集、分析处理、报表生成等功能，而下位机软件主要实现信号调理、测试数据采集、系统控制等功能。上位机程序是在 LabVIEW平台中编写的，主要通过 VISA控件与下位机程序进行通信，然后在上位机中设置仪器的工作参数，从而实现对测试系统的控制。下位机程序是在 LabVIEW平台中编写的，主要是将测试结果显示到界面上。两个部分通过 LabVIEW软件进行通信，实现对系统的控制。

七、结语

随着社会的发展，微波射频器件种类不断增多，微波射频器件的生产过程也越来越复杂，对微波射频器件的自动测试也越来越重要。传统的人工测试已经无法满足当前生产的需要，使用自动测试平台可以有效提高生产效率和质量。本文介绍了一种基于虚拟仪器的微波射频器件自动测试平台的设计与实现方法，该平台利用 LabVIEW软件实现了微波射频器件的自动测试，具有较高的自动化程度和测试精度。该平台结构简单，可扩展性好，开发成本低，易于维护和升级，可以满足当前微波射频器件自动测试的需要。该平台作为一种通用型仪器，可以满足微波射频器件生产过程中对多种微波射频器件的测试需求，具有一定的应用前景。

参考文献：

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