1 測(cè)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(dòng)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(duì)于測(cè)試系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，前者測(cè)試以矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀為主，進(jìn)行頻率或功率掃描測(cè)量；后者需要配置變頻測(cè)量的功能，包括矢網(wǎng)內(nèi)置的變頻幅相測(cè)試的軟件、參考混頻器附件以及特有的混頻器測(cè)試校準(zhǔn)流程。
TRM 測(cè)試包括的主要參數(shù)如下：
1）信息讀入
? IDN 串號(hào)讀入
? EEPROM 編程
? 傳感器溫度
2） 接收路主要測(cè)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(cè)試參數(shù)
? 脈沖 S 參數(shù)
? 飽和功率輸出
? 脈沖時(shí)域參數(shù)
? 全衰減狀態(tài)值
? 全相位狀態(tài)值
? 壓縮點(diǎn)測(cè)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(guò)程中，需要進(jìn)行兩個(gè)層次的測(cè)試：研發(fā)階段的特性測(cè)試和生產(chǎn)階段的驗(yàn)證測(cè)試。特性測(cè)試側(cè)重 TRM的全狀態(tài)測(cè)試，用于優(yōu)化和驗(yàn)證 TRM的原型設(shè)計(jì)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(cè)試在內(nèi)的，總共約25000個(gè)測(cè)試值（以 6 位移相/衰減單元為例）；驗(yàn)證測(cè)試側(cè)重成熟產(chǎn)品在產(chǎn)線上的測(cè)試，為部分狀態(tài)測(cè)試，總共約 2500 個(gè)測(cè)試值。如果依靠分離測(cè)試儀表，集成度低，測(cè)試速度較慢，難以滿足研發(fā)、調(diào)試和生產(chǎn)階段的測(cè)試任務(wù)。
為滿足上述測(cè)試要求，同時(shí)考慮到 TRM 測(cè)試的特定要求（單次連接全參數(shù)測(cè)試、多狀態(tài)位射頻測(cè)試、多線制控制接口、多通道并行測(cè)試），測(cè)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(hào)并可調(diào)整測(cè)試時(shí)序的邏輯單元，以及控制計(jì)算機(jī)和測(cè)試軟件。
2 R&S TS6710 主要構(gòu)成
根據(jù)以上測(cè)試任務(wù)的要求，測(cè)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(hào)單元 TVSP 和相關(guān)測(cè)控軟件，可完成TRM 的測(cè)試。此外系統(tǒng)預(yù)留了監(jiān)測(cè)端口，便于借助寬帶信號(hào)分析儀 FSW 來(lái)監(jiān)測(cè)被測(cè)件寬帶的頻譜特性。系統(tǒng)原理框圖見(jiàn)下圖 2 所示。
圖 2 TRM 綜合測(cè)試系統(tǒng)原理框圖
如圖 2 所示，TS6710 的射頻測(cè)試部分以矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 ZVA24 為一體化測(cè)試儀表，完成包括噪聲系數(shù)和 S參數(shù)測(cè)量等在內(nèi)的全部測(cè)試功能；程控射頻箱 OSP-TRM完成收發(fā)鏈路的自動(dòng)切換、信號(hào)調(diào)制與合成，以及功率控制等功能，保證小信號(hào)和大功率信號(hào)測(cè)試時(shí)系統(tǒng)的精確測(cè)試和安全；基于 PXI 的 TSVP 提供視頻控制的信號(hào)，包括系統(tǒng)觸發(fā)、電源控制和參數(shù)測(cè)量、高速雙向數(shù)字控制信號(hào)等功能單元。系統(tǒng)還預(yù)留了監(jiān)測(cè)端口，便于其它設(shè)備對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的信號(hào)監(jiān)測(cè)。
測(cè)試系統(tǒng)外形見(jiàn)下圖 3 所示。
圖 3 典型測(cè)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(cè)量
1 ） 接收支路 S 參數(shù)測(cè)試
傳輸和反射 S 參數(shù)測(cè)量。
2 ） 噪聲系數(shù)測(cè)試
與傳統(tǒng)的 Y 因子法不同，ZVA 的噪聲系數(shù)測(cè)量利用其測(cè)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(cè)量原理
? 均方根值（RMS）檢波算法如下式：
由 N 個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算線性平均值電壓，如果采樣點(diǎn)足夠多，AVG 檢波器僅得到信
號(hào)電壓，噪聲部分在計(jì)算中被抑制了。
ZVA 的噪聲系數(shù)測(cè)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(cè)件作為負(fù)載時(shí)的 ENR 參數(shù)偏離誤差。
下圖 5 為低噪放的噪聲系數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果。
圖 5 ZVA 噪聲系數(shù)的測(cè)試結(jié)果
3 ） 互調(diào)測(cè)試
四端口 ZVA 具有獨(dú)立的雙信號(hào)源，可產(chǎn)生雙音信號(hào)，與 OSP-TRM 射頻箱中的
合路器配合，可完成互調(diào)測(cè)試。ZVA 的中頻濾波器有兩個(gè)模式，普通模式和高選擇性模式。此項(xiàng)測(cè)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(cè)試
ZVA 進(jìn)行脈沖 S 參數(shù)測(cè)量時(shí)，采用脈內(nèi)取點(diǎn)測(cè)量法。使用調(diào)制脈沖的上升沿作
觸發(fā)，分別控制信號(hào)源掃描和接收機(jī)采樣。這樣 ZVA 每收到一個(gè)觸發(fā)沿，即觸發(fā)信號(hào)源進(jìn)行頻率（或功率）掃描，而接收機(jī)在經(jīng)過(guò)觸發(fā)延遲 τ 后，開(kāi)始對(duì)射頻脈沖采樣，并進(jìn)行幅度或相位的 S 參數(shù)測(cè)量。每一次觸發(fā)都會(huì)輸出一個(gè)測(cè)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(diǎn)法測(cè)試脈沖 S 參數(shù)
5 ） 飽和功率測(cè)試
在功率掃描條件下，測(cè)量 DUT 輸出信號(hào)的絕對(duì)功率值。需要測(cè)前功率校準(zhǔn)。
6 ） 壓縮點(diǎn)測(cè)試（功率掃描）
在功率掃描條件下，對(duì)選定的信號(hào)壓縮量值處，測(cè)量 DUT 輸出信號(hào)的絕對(duì)功率
值。需要測(cè)前功率校準(zhǔn)。
7 ） AM-PM
在頻率掃描條件下，對(duì)衰減器不同衰減量條件下對(duì)相位狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量；或當(dāng)移
相器在不同相位條件下的衰減狀態(tài)測(cè)量。
8 ） 脈沖時(shí)域參數(shù)測(cè)試
ZVA 的脈沖波形測(cè)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(chǔ)單元（Ram），見(jiàn)圖 8，將來(lái)不及處理的采樣數(shù)據(jù)存下來(lái)，存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)3ms（可擴(kuò)展至 25ms）。在觸發(fā)信號(hào)作用下進(jìn)行后端信號(hào)處理并顯示。這樣不會(huì)因脈沖占空比影響而損失系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，并且不會(huì)損失信號(hào)的時(shí)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(cè)試結(jié)構(gòu)顯示了脈沖的真實(shí)信息。在采樣時(shí)鐘 80MHz 時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間分辨率達(dá)到為 12.5ns。
圖 9 ZVA 脈沖時(shí)域參數(shù)測(cè)試的時(shí)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(cè)量功率時(shí)最大的問(wèn)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(lái)進(jìn)行頻譜測(cè)試。如下圖為網(wǎng)絡(luò)分析儀中實(shí)際產(chǎn)生的頻譜分量，包括了輸入信號(hào)的頻譜和產(chǎn)生的鏡像分量。
當(dāng)選擇不同的LO頻率時(shí)所顯示的雜散位置會(huì)不同。但實(shí)際測(cè)量的信號(hào)位置不會(huì)
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(hào)，通過(guò)選擇不同的 LO頻率，測(cè)量接收機(jī) b1 測(cè)量結(jié)果。建立兩個(gè)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(hào)。
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(yùn)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(cè)信號(hào)的頻譜，如圖 12 所示。
圖 12 ZVA 的頻譜分析結(jié)果
為保證測(cè)試絕對(duì)功率的精度，需在測(cè)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(shí)，掃描 4GHz頻率范圍時(shí)掃描時(shí)間和小信號(hào)測(cè)量結(jié)果。
圖 13 ZVA 對(duì)小信號(hào)的頻譜分析結(jié)果和測(cè)試時(shí)間
3.2 測(cè)試射頻箱 OSP-TRM
圖 14 OSP-TRM 外形圖
OSP-TRM 是為 TRM 測(cè)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(kāi)關(guān)等模塊，完成測(cè)試鏈路切換、通道功率控制和并行測(cè)量等功能。OSP-TRM原理框圖見(jiàn)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(hào)合成模塊
? 脈沖調(diào)制模塊
? 監(jiān)視通道，頻譜儀、功率計(jì)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(cè)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(shí)序緩存
? 實(shí)時(shí)評(píng)估 DUT 響應(yīng)
? 系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)及時(shí)序控制
? 提供多通道電源±50V/50W，電流測(cè)量功能
? 系統(tǒng)自檢
? 數(shù)字萬(wàn)用表
? 射頻鏈路控制信號(hào)產(chǎn)生
3.4 測(cè)控軟件 R&S RUN
圖 17 測(cè)控軟件 R&S RUN
R&S RUN 提供用戶可配置的測(cè)試時(shí)序、自動(dòng)規(guī)劃校準(zhǔn)向?qū)Ш蜏y(cè)試報(bào)告等，具體
功能如下：
? 測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置菜單
? 儀表驅(qū)動(dòng)控制
? 數(shù)據(jù)獲取
? 測(cè)試報(bào)告生成
? 測(cè)試時(shí)序控制
? 其它功能
圖 18 在線 生成測(cè)試報(bào)告
3.5 測(cè)試系統(tǒng)的時(shí)序控制
為保證系統(tǒng)高效、精確地完成指定的測(cè)試任務(wù)，在滿足自動(dòng)化測(cè)量的基礎(chǔ)上，
合理安排系統(tǒng)的工作時(shí)序是首要條件。通過(guò)綜合考慮 DUT 接收支路和發(fā)射支路的轉(zhuǎn)換時(shí)間、控制指令傳輸/響應(yīng)時(shí)間、測(cè)試儀表設(shè)置和測(cè)量時(shí)間、DUT 的響應(yīng)時(shí)間以及脈沖狀態(tài)下儀表的觸發(fā)時(shí)序等關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)來(lái)安排與測(cè)試任務(wù)匹配的工作時(shí)序。下圖19 是典型的 TRM 自動(dòng)測(cè)試的工作時(shí)序圖。
圖 19 典型 TRM 測(cè)試的時(shí)序圖
如前所術(shù)，系統(tǒng) TS6710 將 TRM 測(cè)試分為兩個(gè)層次：驗(yàn)證測(cè)試和特性測(cè)試。前
者應(yīng)用于產(chǎn)線，僅測(cè)試的主要或典型參數(shù)，并生成測(cè)試報(bào)告，典型結(jié)構(gòu)的 TRM 需要約 2500 個(gè)測(cè)試值，測(cè)試時(shí)間為 15 秒左右；后者應(yīng)用于研發(fā)階段，全狀態(tài)測(cè)試，約25000 個(gè)測(cè)試值，測(cè)試時(shí)間為 4 分鐘左右。
3.5.1 接收支路驗(yàn)證測(cè)試
3.5.2 發(fā)射支路驗(yàn)證測(cè)試
3.5.3 接收支路特性測(cè)試
3.5.4 發(fā)射支路特性測(cè)試
4 系統(tǒng)擴(kuò)展
標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試系統(tǒng) TS6710 提供了 2 個(gè) TRM 的并行測(cè)量功能?？筛鶕?jù)測(cè)試需求增加系統(tǒng)端口的數(shù)量，達(dá)到 8 個(gè) TRM 并行測(cè)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(cè)試系統(tǒng) TS6710 主要系統(tǒng)指標(biāo)：
