（通信与信息系统专业论文）数字tr组件测试技术研究.pdf

硕士论文数字t ir组件测试技术研究 ab s t r a c t wi thth e qulc kd e v e 1 0 p m ent o f the d i gi tal p ro ce s s ing te c hoo 1 o gy andthe di gi tal h 盯 d w ar e ， th e di g ital 剐 rr a y r a d arb asbee n d eve 1 o p e d tothe s 1 a g e ofth e e x peri m ent syst e m re searc h . t h edi g i t a l 价 mod ul eis脉 co rep art ofthe di gi 翻 断a yra d ar ， 助dthe p e d 沁 n 刀 a n c ei nde xo f it诚l l hi w ead i r ec t i m p 袱 o nt h ato f th ed i g i tal a n 习 yradar . the re fo r e it 币ll beofg re a t val ueinp r 朗 t i cetos tu d y onth e te sti ngt ec 俪q u e ofthe di gi tal 价 mo d u l e. t b e p a per ism ai ul y a bou t th e di g i ta l 价m odul e te s t l n g tec俪q u e . f i rs u y ， 也 e b asic com pos i ng andwor ki n g p n n c ip l e o f the d i gi tal价mod ul e are l n t ro d u c e d . the fo n c t io n 访 d exe s ofthe di g i l a l 价m o d u l e are ana l y z e d atthe s a m e t i m e . s eco ndly ， 义 h eme oft h e te sting tec俪queofthe di gi tal 功m edu 卜isdes igned. b as ed on th edi gi 回 5 沐ct ruln 胡 a l y sis， the te sting m e th eds ofthe a 幻 a 1 o g todi gi tal co nverter， the di g ital q uad r a tu r e d e m o dul atdr ， the c o n i s t e n c y o f th e 呼 i v i n g p as s 昭e s ， the d i r e c t d i gi tals y n th e s l ze r ， 明 d the cons istenc y ofth e t r a 1 1s m i tti n g p as sa g e s are di s c u se d . alsot hecom p u le r si m ul ation h asbeen m a d e . f i d a 】 l y ， the te sti ng so n w ar e ofthe te s t i n gsy s t e misdssi gned on the found a t i on o f g p i bp r o t o c o l k e ywo r d s : d i g i ta l 价m o d u l e ， d i g i ta l sp e c t rumanal y s i s ， di g 油l q uad r a t ure d e mo d u l at o r ，化c e l v i n gp 韶s s g e ，t r a n s m l tt i n g p ass a g e 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果， 尽我所知， 在 本学位论文中， 除了 加以标注和致谢的部分外， 不包含其他人己 经发 表或公布过的研究成果， 也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的 材料。 与我一同工作的同 事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名 劫东 天 二 可年了 月 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档， 可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容， 可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、 借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。 对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名: 一 发左 五 - ，了 年2 月 日 硕士论文 数字t ir组件测试技术研究 1绪论 1 . 1研究背景 在现代雷达技术中， 相控阵雷达占 有十分重要的 地位。 随着数字处理技术的 飞速 发展， 相控阵雷达系统中原先只能用模拟电路或在模拟部分实现的功能， 可以 用数字 电 路或在数字信号处理部分实现， 如数字化接收机和d bf ( 数字波束形成) 等， 这种 技术正在推动着相控阵雷达向数字化方向发展。 数字阵 列 雷 达11 是 指 接收 和发 射都 采用数 字波束 形 成技 术的 数字化相 控阵 雷 达， 数字 t /r ( 发射/ 接收) 组件和发射数字波束形成技术是数字阵列雷达的关键技术。 随着数字阵列雷达的不断发展， 国内 外对数字t /r组件和发射数字波束形成技术的研 究取得了巨大进展。英国r okemanor 研究中心最早提出了数字t /r组件的概念，并 对基于d ds ( 直接数字频率合成) 的相控阵数字t /r组件进行了深入的研究。 为验证 数字t/r 组件用于雷达设计的可行性，该研究中心开发了一个 13单元的收发全数字 波束形成实验阵。 美国a il系统公司在空军项目 资助下， 对基于d ds的相控阵天线进 行了研究， 该天线的 接收波束和发射波束均以数字方式实现。 d ds 由 存有时间和相位 延迟信息的一个通用数字处理器进行编程， 形成所需的天线方向图。 接收时经a dc( 模 数转换器) 数字化后的信号在时间和相位延迟预处理器中进行处理， 预处理器从相应 的d d s 接收时间和相位延迟信息。 美国的应用雷达公司正在开展多项数字阵列雷达天 线的研究， 其中为导弹防御局研究的是用于导弹防御的宽带数字波束形成雷达， 其发 射也采用数字波束形成技术， 同时为美国空军研究实验室研制的是用于雷达和通信的 x波段数字t / r 组件.法国的n et lan d er 计划探地雷达是拟于 2 0 07 年发射的n et lander 火星探测系统计划中的一个研究项目，用于探测地表下水的存在以 及探测火 星昼夜之间临界频率的 变化， 该雷达的接收和发射都采用d bp技术， 其核心部件是一 个可编程逻辑器件， 它完成了 基于d ds的 数字波形产生、 雷达工作控制和选通信号相 干积累等功能。 采用全数字技术使得雷达结构极为紧凑， 可集成在两块电 路板上。 中 国华东电 子工 程研究所在概念 研究的 基础上， 对基于dds 的数字t/r 组件进行了 深入 研究， 研制出4 单元基于dds 技术的d bf发射阵， 可形成发射和波束、 差波束及低副 瓣的方向图。中国 南京电 子技术研究所对数字 t / r组件在雷达中的应用也开展了 研 究， 构建了一个基于o ds的4 单元l 波段相控阵发射阵实验台， 对相关技术进行了实 验研究。 除上述研究外， 各国 还积极开 展了 用于通信等领 域的数字t/r 组件和发 射数字波 束形成技术的 研究。 如日 本atr 实 验室的 移动通信发射零位波束形成技术研究; 日 本 通信研究实验室的d bf发射阵列天线研究; 日 本n ec公司的d bf发射设备研究: 日 本 三菱电 气公司的发射d bf天线研究;e ra技术公司的t sun a m 办h灵巧天线研究;美 l 硕士论文数字t /r组件测试 技术研究 国” 。 t o r ola 公司的卫星相控阵天 线研究和 瑞典爱 立信公司的发射数字波束形成网 络 研究等。 1 ， 2问题提出 目 前， 数字阵列雷达己 经从概念研究、 关键技术研究发展到了实验系统研究阶段， 工程化应用研究也取得了 一定 进展图 。 作为数字阵列雷达的核心部件， 在数字阵列雷 达系统中数字t /r组件的数量少则几十上百， 多则成千生万， 数字t /r组件的性能指 标直接影响着数字阵列雷达的性能指标。 同时， 在数字t /r组件内部设计频率跨度从 数字到射频， 电路形式中既有小信号低噪声电 路又有大功率电路， 既有模拟电路又有 高速数字电 路， 数字t /r组件电 路组成非常复杂。 因此， 对数字t /r组件性能指标进 行测试是检测数字t /r组件性能好坏的重要手段。 随着数字阵列雷达工程化应用研究的不断发展， 数字t /r组件将大量应用于数字 阵列雷达系统，对数字t /r组件测试技术进行研究具有非常实际和深远的意义。 1 . 3论文结构 本文在介绍了数字t /r组件基本组成与工作原理的基础上， 分析了 数字t /r组件 的性能指标， 重点是设计数字t /r组件测试系统方案， 研究数字t /r组件性能指标的 测试算法， 并对测试算法进行仿真分析， 最后设计了 测试系统的测试软件。 论文结构 安排如下: 第二章在介绍了 数字 t /r 组件基本组成与工作原理的基础上，分析了 数字 t /r 组件接收支路和发射支路的性能指标。 第三章设计了数字t /r组件测试系统方案， 同时详细介绍了数字t /r组件的测试 原理和测试过程。 第四章研究了数字t/r 组件接收支路和发射支路性能指标的测试算法， 并对测试 算法进行了仿真分析。 第五章在介绍了g p ib ( 通用接口 总线)协议的基础上，设计了数字t/r组件测 试系统的测试软件。 硕士论文数字t /r组件测试技术研究 2数字t / r 组件的工作原理与性能指标 2 . 1数字t/r 组件的工作原理 数字t / r 组件“ ， 由d d s 、 上变频器、 其基本组成如图21 1 所示。 功率放大器、 t /r开关和数字接收机等组成， 图2 . 11数字t/r 组件组成框图 数字t /r组件的工作原理: 在发射模式下， 首先利用d ds产生基带信号和上变频 所需的本振信号， 然后对基带信号进行上变频和功率放大得到射频发射信号， 最后经 过t /r开关把射频发射信号传送到天线单元; 在接收模式下， 首先把天线单元接收到 的信号进行低噪声功率放大， 然后利用d ds产生的本振信号对接收信号进行下变频得 到中频信号，最后对中频信号进行模数转换和数字正交解调得到数字1 / q 信号。 下面详细介绍数字t /r组件各个组成部分的工作原理和性能指标。 2 . 2数字接收机 数 字 接收机阅15 有三 种实 现方 案， 第 一 种是零中 频接收 方案， 第二 种是 射频数字 化方案， 第三种是宽带中频数字化方案， 目 前通常采用宽带中 频数字化方案。 宽带中 频数字化接收 机的组成如图2 . 2 . 1 所示. 宽带中频数字化接收机的工作原理:首先， 对接收信号进行滤波和低噪声放大， 其次， 对放大后的信号进行下变频得到中频信号， 再次， 对中频信号进行采样数字化， 最后，对数字信号进行正交解调得到数字 1 /q 信号。 硕士论文数字t ir 组件测试技术研究 石 一一一一一一一一一一一一一 1 _ 数字下变频 图2 . 21宽带中频数字化接收机组成框图 2 ， 2 . 1模数转换器 模数转换器tl4工作过程大致可以 分为采样、 保持、 量化、 编码和输出 等几个环节。 理想采样就是用周期性的冲激序列和给定的信号相乘， 把时域上的 连续信号转换 成离散 信号。 在实际中， 真正的冲激序列是无法实现的， 通常用窄脉冲串 代替。 这样 就可以得到顶部随给定信号变化的脉冲序列， 这种采样方法称为自 然采样。 已 采样信 号的表达式如式 (2. 2 . 1 ) 。 儿 ( ) = 儿 ( t ) m ( ， )( 2 。 2 . 1 ) 式 中 ， ， ( t) 为 矩 形 脉 冲 序 列， 儿 ( ， ) 为 输 入 信号 。 与自 然采样相对应的另一种采样方式叫平顶采样。 平顶采样得到的每个矩形脉冲 串的幅度正比于给定信号的瞬时抽样值。 己采样信号的表达式如式 (2. 2 . 2)， 平顶采 样的原理如图2 . 2 . 2 所示。 儿 ( ; ) = 儿 ( ) 乓 ( ) * h ( )( 2 2 2 ) 式中 ，城 t) 为 脉 冲 形 成电 路 的 时 域 传 输函 数 ， 儿 (t)为 输 入 信 号 。 图2 . 2 . 2平顶采样原理图 模拟信号经过采样后变成了 时域离散信号， 但其采样 值仍是连续变化的。 如果用 m个离散的电 平值来表示这些采样值，就可以 把幅度连续的 信号变成幅度离散的信 号，这就是所谓的量化。 量化电平的个数m通常是2 ” 。 这样，m个离散的电 平就可以 用一个。 位的二进 硕士论文数字t i r组件测试技术研究 制数来表示， 用n 位二进制数表示量化电平就称为编码。 2 ， 2 . 2数字正交解调器 数 字 正 交 解 调 lj 就 是 将 数 字 序 列 x ( n) 与 两 个 正 交 本 振 序 列 co s ( 仇 n) 和 sin( % n) 相乘，再通过数字低通滤波器滤波来实现， 其原理如图2 . 23 所示。 、.尹、.声 nn 了jf七 s in ( % n ) 图2 . 2 . 3数字正交解调器的原理图 数字正交解调的过程如下: 设 输 入 数 字 序 列 : x (n ) 一 ， cos 气 。 十 ， ( 刃 1)将 数 字 序 列x ( n)与 两 个 正 交 本 振 序 列 相 乘; 不 ( n ) = x ( ， ) co s ( % n ) = a co s % 。 + ， ( n ) c o s ( 鸟 n ) = 苦 。 5， 、 + ， ( )1 + co s ， ( ) ( 2 . 2 ， 3 ) 几 ( n ) = x ( n ) s in ( % n ) 一 、 co s % n + ， ( n ) s in ( 、 n ) = 普 5 ， 、 + ， ( ) 一 ， ( ) ( 22 . 4 ) 2) 将相乘后的信号通过数字低通滤波器得到数字1 /q信号。 ar ，、 ， =丁cosl俨几 n ， 1 乙一一碑 ( 2 . 2 . 5 ) a_ rt、 ， =一 丁万 1 11 1 价气 n ) 1 石-一 ( 2 . 2 . 6 ) 2 . 3直接数字频率合成器 直接 数 字 频率合成ls 阁 不同 于以 往的 频率合成 概念， 它并不 对频率 进 行加、 减、 乘、除等运算来进行频率合成， 而是从相位的概念出发进行频率合成。 d ds分为脉冲 硕士论文数字t /r组件测试技术研究 d d s 和波形存储d d s ，目 前广泛应用的是波形存储d ds。 d d s 技术是一种把数字量形式的信号通过d a c( 数模转换器) 转换成模拟量形式 的信号的合成技术。 目 前使用最广泛的一种即5 方式是利用高速存储器作查寻表， 然 后通过高速d a c 平滑产生正弦波，正弦输出 的d ds原理如图2 . 3 . 1 所示. 在图2 . 3 . 1 中系统时钟由高稳定度的晶 振提供， 它用于d ds中各器件的同步。 当 dds 工作时 ， 频率 控制 字k 在每个时 钟 周期兀 内 与 相位累 加器累 加一次， 得到的 相位 值在每个时钟周期内以 二进制码的形式去寻址正弦查寻表r 伽， 将相位信息转变成它 相应的数字化正弦幅度值， r 服输出的数字化波形序列再经过dac 得到模拟输出， d ac 输出的阶梯波再通过l pf ( 低通滤波器) 平滑后得到一个纯净的正弦信号。 相位累加器 正弦查寻表 rom 数 模 转 换 器 一别低 通 滤 波 器 卜 还 图23 . idds 的原理框图 当d d s 中的 相位累加器计数大于2 万( n是相位累加器的字长) 时，累加器自 动 溢出最高位，保留 后面的n比特数字在累加器中，即相当于做2 万 的模余运算， 相位 二、 _ 。 。 ，r 。 2 人二 _ ， . 。_、 、二 、 ， _ _ _ _ _ _ 二 ， _ _ . _ 、 ， _ . _ . 系)ju奋十到母二 丁 z r 盯钾同朋况出一伏，里个即万 系玩输出一千止弘吸。共物出止甄 入 二“二，、 。 _2 万 _*、 . 砍创同朋刀1 。 = 二 ; 1 。 ，狈平刀jo 人 关系为: k = 歹jc ，所以频率控制字与输出频率和时钟频率的 尤 _ 左2 ，0 尤 2 一 1 天 ( 2 3 1 ) 频率控制字与输出 信号频率成正比， 由 取样定理决定， 所产生的信号频率不能超 过时钟频率的一半， 在实际应用中， 为了保证信号的输出 质量， 输出 频率不要高于时 钟频率的3 器，以 避免混叠或谐波落入有用输出 频带内。 在图2 . 31 中， 相位累加器输出 位并不全部加到查寻表， 而要截断。 相位截断减 小了查寻表长度， 但并不影响频率分辨率，对最终输出仅增加一个很小的 相位噪声。 d a c 分辨率一般比 查寻表长度小2 4 位。 d ds采用改变寻址的步长来改变输出信号的频率， 步长即为对数字波形查表的相 硕士论文数字t ir组件测试技术研究 位增量，由累加器对相位增量进行累加，累加器的值作为查表地址。 dac 输出的阶梯形波形， 经低通滤波器， 成为质量符合需要的模拟波形。 通常用 .电。二血，二。二*二，八。， 。 。 。 ，且j 、 ， 、 。*， ， 、。 。 ，工 频 率 增 量 来 表 示 频率 合 成 器的 分 辨 率， d o 5 的 最 小 分 辨 率为k=l时， 即。 孺 = 今 ， . 四2 邝 最高的合成频率受奈奎斯特抽样定理的限制. 下面详细介绍d d s 的各个组成部分: 1 .相位累加器 相位累加器是由n位加法器和n位寄存器级联构成， 是d ds最基本的组成部分。 每 来 一 个时 钟 脉 冲天 ， 加法 器 将 频 率 控 制 字 与 寄 存 器 输出 的 相 位累 加 数 据 相 加， 然 后 把相加的结果送至寄存器的数据输入端。 寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生 的相位数据反馈到加法器的输入端， 以使加法器在下一个时钟作用下继续与频率控制 字进行相加. 这样相位累加器在时钟作用下进行累加， 当相位累加器累加到满量时就 会产生一次溢出，完成一个周期性动作。 2 .正弦查寻表r 训 用相位累加器输出的数据作为波形存储器的取样地址， 进行波形的相位一幅值的 转换， 即可以 在给定时间上确定输出波形的抽样幅值。 n位寻址的 地址相当于把00 36了 正弦信号离散成具有2 刃 个样值的序列， 若波形r 服有d位数据位，则2 万 个样值 的幅值以d位二进制数值固化在r 伽中， 按照地址的不同， 可以输出相应相位的正弦 信号幅值。 3 .数模转换器 d ac 的作用是把合成的正弦数字量转换成模拟量。正弦幅度量化序列s( n)经过 dac 后变为 包络为正弦波的阶梯波s( 小 需要注意的是， 频率合成器对dac 的分辨率 有一 定的 要 求， d ac 的 分辨率 越高， 合成正弦 波5 (t)台 阶数 就 越多， 输出的 波形精 确 度就越高。 4 .低通滤波器 对da c 输出 的 阶 梯 波s( o 进 行 频 谱分 析 可 知， s( t) 中 除 了 主 频儿 外， 还 存在关， 2 关 两 边公几 处的 非 谐 波 分 量 ， 幅 值 包 络为 辛 格 函 数 。 因 此为了 取出 主 频几， 必 须 在d ac的 输 出 端 加 截 止 频 率 为 关 12的 低 通 滤 波 器 。 硕士论文数字t 爪组件测试技术研究 2 . 4数字t / r 组件的性能指标 在介绍了数字t /r组件基本组成和工作原理的基础上， 下面来介绍数字t /r组件 的性能指标. 2 . 4 . 1数字t / r 组件接收支路的 性能指标 2 . 4 . 1 . ia i 犯的性能指标 a dc的主要性能指标有信噪比、总谐波失真、 信号与噪声加畸变比、 有效位、无 杂散动态范围和互调失真等。 1 .信噪比 ( s n r) 信噪比是信号幅度的均方根值与其它频谱成分的均方根值 ( 不计谐波和直流成 分)的比值。 s n 五=2 0 1 9 r ms ，州 五 几 绍 ( 2 . 4 . 1 ) 在 理 想 情 况 下， a oc的 信 噪比 s n 刀 二 6. 0 2n+l.7 6 ( db) . 但 是 ， 对 于 一 个 实 际 的a dc， 误差不仅仅来源于量化误差，因此，实际上a oc的信噪比要比理想情况下小一些。 2 .总谐波失真 ( 刀z d) 实际 的a dc还会产生谐波， 当以 人的 采样 频率 对模拟频率为人的 信号 采样时， 会 在 卜 腻士 nfa 的 频 率 上 产 生 谐 波 ， 式 中 。 是 谐 波 的 次 数 ， k 二 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， . ，.o 谐波失真的存在会影响a oc的性能， 因此定义总谐波失真来确定谐波失真对a oc 性能的影响. 总谐波失真是指信号幅度的均方根值与其谐波的均方根值( 一般只计算 前 5 次谐波)的比值。 丁 月 d= 2 0 1 9 r 人 绍(加5 功 朋 ) ( 24 . 2 ) 3 . 信号与噪声加畸变比 ( 5 刀 丫 越 d) 谐波失真的存在会影响a 优的性能，但是在信噪比里并没有体现出 谐波的影响， 因 此 又 有了 戳 v 刁 d 的 定 义。 5 刀 砚 理 d 是 信 号 幅 度 的 均 方 根 值 与 从 直 流 到儿 / 2 的 带 宽 内 所有其他频谱成分的均方根值的比 值 戈 包括谐波但不包括直流成分) . 别 火刁 d= 2 0 1 9 天 五 绍 j 州 天 井 招一 ) ( 2 . 4 . 3 ) 4 ，有效位 ( 五 刀 口 刀) 考 虑 到 实 际 的a dc泡括 各 种噪 声 和 谐 波失 真， 用月熨 汉 搜 d 代 替及 n r ， 则 有效 位为 : 吕 硕士论文数字t 瓜组件测试技术研究 n 口 召 = 卫 些 竺二卫竺 6 . 0 2 ( 2 . 44 ) 5 .无杂散动态范围 ( 舒刃左) 频 谱中 第 一 奈 奎斯 特区( 直流 到f， / 2 ) 内 除 信 号 和 直 流 成 分 外， 功 率 最 大的 频 率成分称为 最大伪峰谱。 对于接近满刻度的输入信号， 最大伪峰谱一般由 信号的最初 几级谐波之一决定;而对于低于满刻度几个db 的输入信号而言， a 沉 的微分非线性 会产生其它伪峰， 可能大于谐波产生的伪峰， 因此这种情况下的最大伪峰应考虑所有 的畸变源， 而不仅仅是输入信号。 信号幅度的均方根值与最大伪峰谱幅度的 均方根值之比即为无杂散动态范围。 6 .互调失真 ( 刀 石 d) 由于a 优实际上存在非线性， 当两种或两种以 上频率的信号输入时， 会互相产生 调制，从而产生互调失真 ( 从 石 9 ) 。 互调失真是a 戊在应用中， 尤其是窄带应用中一 个非常重要的指标，通常用双音互调无杂散动态范围来表示。 当 输 入 信 号 中 含 有 两 种 频率的 正 弦 波不 和人时， 由 于a dc的 非 线 性， 会 产 生 ( ， 。) 阶 的 畸 变 ， 即 可 能 产 生 频 率 为 ( 喊士 叭) ， 1+ 卜 卜 0 的 成 分 ， 其 中 m 、 ， 为 整 数。 为了防止两个频率的 信号在互相叠加时幅度超过a dc的满刻度， 规定测量双音互 调无杂散动态范围时，两个输入信号的幅度不能大于a dc满刻度的一半。 最主 要 的 是2 厂一 几， 2 几一 不 两 种 成 分， 特别 是 在 窄 带 应 用中。 因 为 在 窄带 应 用 中石， 几相 差 不 大， 2 厂一 几， 2 几一 不 和不， 儿的 谱 线 离 得 较 近， 其 它2 阶 和 高阶 调 制 成 分 及高 次 谐 波与关， 人离 得 较 远， 容 易 在分 析 和 处 理时 滤 掉 。 定义双音互调无杂散动态范围为输入信号幅度的均方根值与互调成分 ( 仅取 2 厂一 几， 2 几一 关两种调制成分) 幅 度的 均方根值的比 值。 劲 勇 d ( 泛 召 ) = 2 0 1 9 尺 九 绍 ( 厂+ 关) 人 皿 绍( 从石 9 ) ( 2 . 4 . 5 ) 2 . 4 . 1 . 2数字正交解调器的 性能指标 数字正交解调器的性能指标有1 / q 两路信号的幅度一致性、 相位正交性和镜像抑 制比。设数字正交解调器输出的i/q 两路信号如下: 1 ( t ) 二 叱 co s ( 叮+ 僻 ) 口 (， ) = 气 s in ( 、 ， + 汽 ) ( 2 . 4 ， 6 ) 硕士论文数字t 爪 组件测试技术研究 1 . 幅 度一 致性 误差k k 一 2 。 堪 乒 f 心 ( 2 . 4 . 7 ) 2 ， 相 位正 交 性误 差只 叭=码一 礼 ( 2 . 4 . 8 ) 3 ， 镜像 抑制比蛛 _ . 1 + 2 o co s ( 妈 一 汽 ) + 犷 ， 1 蛛 =l ulgl丁 一 二 刃 一 一 二 一 一 一 一 t 一 忿 万1 l 一 f cosl 矶 一 汽 ) + “ 一 ( 2 . 4 . 9 ) 式 中 ， 犷 = 叱 / 气。 2 . 4 . 1 . 3接收 支路一致性的 性能指标 接收支路一致性指标包括接收支路之间的幅度差和相位差， 接收数字波束形成提供系统校正参数。 2 . 4 . 2数字t / r 组件发射支路的性能指标 2 . 4 . 2 ， idds 的性能指标 d d s 的主要性能指标有相位噪声和杂散抑制。 2 ， 4 . 2 . 2基于dds 的 发射信号质量指标 基于d ds的发射信号质量指标有线性调频脉冲信号的时宽， 散和脉内 信杂比。 2 . 4 . 2 . 2发射支路一致性的性能指标 发射支路一致性指标包括发射支路之间的幅度差和相位差， 发射数字波束形成提供系统校正参数。 主要是为相控阵雷达 重复周期、 频宽、 杂 主要是为相控阵雷达 硕士论文数字丁 爪组件测试技术研究 3数字t / r 组件测试系统方案设计 数字 t /r 组件测试系统方案的主要设计思想:首先利用各种仪器采集数字 t /r 组件的输出信号，然后利用软件进行数据处理得出测试结果。 3 . 1 数字t/r 组件测试系统组成 3 . 1 . 1数字t / r 组件测试系统框图 数字t/r 组件测试系统由数字t/r 组件、 测试仪器、 测试控制器和测试软件四部 分组成， 如图3 . 1 ， 1 所示. 数字下r 组件 ( 参考组件) 数字夕】7 r 组件 ( 被测组件) 逻辑分 析仪 数字存储 示波器 信号源 测试控 制器 g p i b 总线 图3 . 1 . 1 数字t / r 组件测试系 统框图 其中， 测试仪器有逻辑分析仪、 数字存储示波器和信号源， 测试软件有测试控制 软件和数据处理软件。 信号源作为接收 支路的 输入信号， 逻辑分析仪负责 采集接收支路的输出信号， 同 时逻辑分析仪还要完成主控计算机的功能。 数字存储示波器负责采集发射支路的输出 信号. 测试控制器模拟雷达的工作状态， 控制数字t /r组件的工作。 测试系统中采用 g p 工 b 总线实现测试设备之间的通信与控制。 硕士论文数字t ir组件测试技术研究 3 . 1 . 2数字t / r 组件的 测试过程 数字t / r 组件测试系统的测试设定: 1 .测试数字正交解调器、模数转换器和接收支路一致性时，信号源输出单频率 正弦波信号。 2 .测试直接频率合成器、发射信号质量和发射支路一致性时，主控计算机控制 d ds输出 线性调频脉冲信号。 数字t /r组件测试系统的测试过程: 1 .在被测组件中选择一个组件作为参考组件，把它和其余被测组件中的一个组 件同时接入测试系统。 2 .首先，主控计算机发出组件工作状态控制信号，测试控制器接收并转发给组 件， 使组件处于接收工作状态: 然后， 主控计算机发出测试仪器程控信号， 使测试仪 器处于测试接收支路的工作状态. 3 . 信号源输出信号到接收支路，逻辑分析仪采集接收支路的输出 信号，并存储 在逻辑分析仪的主机中 ( 即主控计算机中) ;在主控计算机上运行数据处理软件， 得 出数字正交解调器指标的测试结果和接收支路一致性指标的 测试结果。 4 . 信号源输出信号到a dc，逻辑分析仪采集a oc 的输出信号，并存储在逻辑分 析仪的主机中 ( 即主控计算机中) ; 在主控计算机上运行数据处理软件，得出a oc指 标的测试结果。 5 . 改变信号源的输出 频率和功率，重复步骤3 4 ， 得出一组测试结果。 6 .首先，主控计算机发出组件工作状态控制信号，测试控制器接收并转发给组 件， 使组件处于发射工作状态: 然后， 主控计算机发出d ds的频率和幅相控制字， 测 试控制器接收并转发给组件; 最后， 主控计算机发出测试仪器程控信号， 使测试仪器 处于测试发射支路的工作状态。 7 . 数字存储示波器采集发射支路的输出 信号， 并存储在数字存储示波器的 主机 中; 再把采集到的数据传输到主控计算机上， 在主控计算机上运行数据处理软件， 得 出发射信号质量指标的测试结果和发射支路一致性指标的 测试结果。 8 .数字存储示波器采集d ds的输出 信号，并存储在数字存储示波器的主机中; 再把采集到的数据传输到主控计算机上，在主控计算机上运行数据处理软件，得出 d ds性能指标的测试结果。 9 .改变d ds的频率和幅相控制字， 重复步骤7 8 ， 得出一组测试结果. 1 0 .保存并显示测试结果。 11. 换上另外一个被测组件， 重复步骤2 10。 在本章后 面的几小节中， 将详细介绍各种测试仪器的 工作原理、 测试控制器的设 计 和g p ib标 准 接口 系 统。 l 2 硕士论文数字t 爪组件测试技术研究 3 . 2测试仪器 本测试系统是以安捷伦公司的测试仪器为基础进行设计的， 因此测试仪器的选择 只在安捷伦公司的产品中进行比较。 3 ， 2 . 1逻辑分析仪 3 . 2 . 1 . 1 逻辑分析仪的 工作原理 逻辑分析仪主要由比 较器、 采样器、 存储器、 显示电 路、 触发电路、 控制电路和 显示器组成，其基本组成如图3 . 2 . 1 所示。 图3 . 2 . 1逻辑分析仪组成框图 逻辑分析仪工作时， 被测信号经过逻辑分析仪的输入通道送至比 较器， 输入信号 在比较器中与设定的门限电平进行比较， 大于门限电平值的信号在相应的线上输出高 电 平，反之则输出低电平，并对输入波形进行整形。 经过比 较整形后的信号送至采样器， 在时钟脉冲控制下进行采样; 采样得到的数 据按顺序存放在存储器中; 当存储器得到显示命令后， 将按照先后顺序逐一读出信息， 并将其在显示器上显示出来。 3 . 2 . 1 . 2逻辑分析仪的性能指标 逻辑分析仪在本测试系统中主要负责数字信号的 采集和存储， 因此数据采集速度 和存储容量是选择的首要考虑因素。 在比较了安捷伦公司 几个系列的 逻辑分析仪后， 最终选择了功能强大且配置灵活 的1 6 9 0 0 系列 逻 辑分 析仪洲 。 1 6 9 00系 列逻辑分析 仪 是 模 块化逻辑分 析 仪侧， 本测 试 系统选择的 模块型号是1 6 9 5 o ao 下面详细介绍所选逻辑分析仪的性能指标: 1 .取样速率:最大定时取样速率半通道模式时为 1 . z ghz ，全通道模式时为 6 0 0 曰 2 : 2 .存储深度:最大存储深度为64肪; 3 .信道数量:每个模块的信道数量为 个; 6 8 个， 一个时基上的最大信道数量为340 l 3 硕士论文数字t /r组件测试技术研究 4 .最大状态时钟速率:6 00麒2 ; 5 .最大状态数据速率:8 0 0 m b /s; 6 .建立时间和保持时间:ins ; 7 .支持信号类型:单端和差分; 8 .电 压门限:一 3 v + s v( 1 0 耐递增) 。 3 . 2 . 2数字存储示波器 3 ， 2 . 2 . 1 数字存储示波器的 工作原理 数字存储示波器主要由 衰减/ 放大器、 a /d转换器 控制电路和显示器组成，其基本组成如图3 . 22 所示 、 r a m 、 d /a转换器、 触发电路、 图3 . 2 . 2数字存储示波器组成框图 数字存储示波器工作时，首先对输入的模拟信号进行衰减或放大处理，以满足 a/d 转换器的输入要求; 然后对处理过的信号进行模数转换， 并将转换得到数据存储 在存储器中; 最后再进行数模转换， 在控制信号的控制下， 将模拟信号显示在显示器 上。 3 . 2 . 2 . 2数字存储示波器的 性能指标 数字存储示波器在本测试系统中主要负责模拟信号的采集， 因此采集信号的能力 是选择的首要考虑因素。 在比 较了 安捷伦公司的d s 0 8 。 。 o 0b系列中的数 字存储示波器划 后， 最后选择了 工 作带宽最宽的ds081 3 o 4b数字存储示波器。 下面详细介绍所选数字存储示波器的性能指标: 1 .工作带宽:13ghz ; 2 ， 采样速率: 4 %s a/s ; 3 .通道数量:4 个模拟通道; 4 .最大输入电压:士s v 。 硕士论文数字t 爪组件测试技术研究 3 . 2 . 3信号源 信号 源选择安 捷伦公 司的e 8 2 6 7d 圈， 其中 许多 功能 模 块是 可选的， 下面介 绍模 块o p t i o n 5 2 0 的 性能指标。 1 . 输出 频率范围: 2 5 0 khz 2 0gh z ; 2 .输出功率范围:一 1 3 0 d b m + 2 3 d b m ; 3 .相位噪声:最高可达 1 3 0 d b c 川2 。 3 . 2 . 4usb / g p i b 接口转换器 在测试系统中，主控计算机和其它测试设备的连接选用安捷伦公司的 u sb/gp ib 接口 转换器8 2 3 5 7 a 划 ， 下面介绍其性能指 标和安装要求. 1 .最大传输速度:9 0 0 k b /s; 2 .最小系统要求:砰 i n d 叨59 8 / 2 0 0 0 / x p 。 3 . 3测试控制器 测试控制器主要功能是模拟雷达系统的工作状态给出控制信号，控制数字 t /r 组件的工作。 测试控制器可以采用微控制器作为处理器，通过g p ib总线与主控计算机进行通 信， 其原理如图3 . 3 . 1 所示。 .l 厂一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 _ _ _ _ _ 测试控制器 图331 测试控制器的 原理框图 在测试控制器的设计中，微控制器可以采用8 9 c 51单片机， g p ib总线接口 可以 采用即d 7 2 1 0 、 7 5 160 和7 5162芯片来实现， 这三片高性能芯片构成了g p ib功能全集 接口。 3 . 4印i b 标准接口 系统 gpib总线 遵循 i e e e 4 88标准， 是自 动化测试系统中 各设备之间相互通信的一种 总 线。 g p ib标 准 接口 系 统 冈 的目 的 是 用 一 种外 部 手 段 把 各 个设 备 连 接成 一 个系 统， 其基本性能如下: l 5 硕士论文数字t 瓜组件测试技术研究 1 ，采用总线连接方式 总线上最多可挂 巧 个设备 ( 包括系统中 央控制器) ， 这个数目 主要是受到廉价 丁 t l 接口 收发器最大驱动电 流的限制。当 有必要使用多于 巧个设备时，可以 再添加 一个扩展卡，就可以 再多接14个设备。测试系统使用的全部仪器设备和计算机通过 一组标准总线相互连接，总线连接方式具有十分明显的优势。 2 .最大传输电缆长度 gpib最大传输电缆长度为a 和b 中较小的值。 其中a = 20m、 b = z mx n， 式中n 为所挂设备的数目。 传输距离的限制， 主要是基于对信噪比的考虑而提出的相当保守的数值. 传输距 离较长时，由于长线效应而形成驻波， 若所挂设备刚好处于驻波节点附近， 信噪比就 比较差， 可能会造成通信错误。 通常习惯采用的连接方式如下: 中央控制器输出的总 线电 缆长度为4 m，在此处接插上系统的第一个设备，再由这个设备用2 脚长的电缆 连接下一个设备，以 此类推，每增加一个设备即增加z m长的电缆， 这就是上面b 值 计算的由 来。 这样随着总线电缆的加长， 总线上所挂设备也增多， 接口 发生器的负载 就加重， 输出电流也相应增大， 从而有利于提高信噪比。 通常在连接设备较少而距离 又较远时， 最好仍是每隔2 ， 接上一个等效的假负载来迫使驱动电流加大。 3 . 数据传输方式 标准接口系统的数据传输方式可以概括为: 字节串行、 位并行、 双向异步传输和 三线握手。 数据传输是通过8 根信号线进行的， 每一根线的电平对应一个比特， 8 根线构成 一个字节。 第一个字节发送出去， 当所有接收器都己可靠接收后， 再发送第二个字节， 即字节与字节之间是按时间顺序一个接一个地串行发送与接收的。 字节的各个位是同 时出现在数据总线上，在时间上一个字节的各个位是并行的。 系统中各设备通过标准电缆连接在一起， 控者、 讲者和听者随时间的不同而不同。 在某一时刻一个设备可能是通过总线接收消息， 而在另一时刻该设备又可能是通过同 一总线发送消息。 在总线上看消息的传递方向 是双向的，只不过双向不能同时进行。 对于接收消息的各设备来说， 可能有快有慢， 是异步进行选择的。 异步就是指系统中 不采用统一时钟来控制数据传输速度， 而是由发送数据与接收数据的设备之间相互直 接 “ 握手”来控制数据传输速度。 这种数据传输方式既不需要太多数据线， 又能兼顾数据传输速度， 而且还能使连 接在同一系统中的高速设备和低速设备协调工作。 “ 三线握手斤 是g p ib标准接口系统 为保证数据异步传输而采用的一种技术方式。 4 .地址容量 地址是设备 ( 计算机和仪 器设备) 、 的 代号， 常用数字、 符号或字母来表示。 一个 l 6 硕士论文数字t 爪组件测试技术研究 设备若收到了自 己的听 地址表示此设备已 受命为听者， 应该而且必须参与从总 线上接 收数据; 同 样若收到了讲地址则表示该设备能够通过总线向 其它设备传送数据。 按中 国g pib 标准规定， 采用5 比特编码地址， 共有32个代码， 但其中1 1 1 1 1 代码不作为 设备的地址代码， 其余31个代码可作设备的听地址和讲地址。地址容量大于设备容 量是合理的， 因为一个设备至少要占 用一个地址， 个别设备还可能占 用两个以上的地 址。 不仅如此， 若采用两个字节编码地址， 前一个字节为主地址后， 后一个字节为副 地址，一个主地址之后允许跟随31个副地址，用双字节来编码设备的地址可使讲地 址和听地址的容量扩大到9 61个。 5 .最大数据传输速率 在标准电缆上，数据传输速率一般为 2 50500 k b / 5 。 在特殊情况下，如果使用 h p-1 000l电缆， 电缆总长小于10m， 发送门用三态门时， 最高可达i mb/s。 通常发送 门采用三态门比oc门 ( 集电极开路门) 速度快， 这是因为oc门 必须要加上拉电阻， 其输出阻抗比 三态门大，因此优门输出的下降沿稍差。 数据传输速度的高低直接影响到测试时间的长短， 一般来说数据传输速度越高越 好， 但由 于受到各种因素的限制， 设备之间不可能达到太高的数据传输速度。 虽然采 用三态门发送器，数据传输速度可高达1 朋/s，但一般只能达到2 5 0kb /s或者更低。 当然自 动测试系统中实际的数据传输速度还与设备的性质密切相关， 比如打印机和绘 图仪之类的低速设备，会使数据传输速度降到很低。 6 . 控制方式 在一个自 动测试系统里可以有一个或多个控者设备， 但在运行的某个时刻内只允 许一个控者起作用， 称为负责控者， 也叫现行控者或值班控者， 其余的控者应处于空 闲状态。 当负责控者工作完成后， 在一定条件下可以 将控制权转交给其它的控者。 在 各控者中 只允许有一个系