快速RF傳輸路徑測試

“在Lowell我們生產(chǎn)超過300種電纜，”電纜工程經(jīng)理Herb Pflanz說。“我們使用裸線、Teflon、 Kapton和Nomex制造軍用和商用客機(jī)的電纜。”電纜長度從6英寸到數(shù)百英尺不等。多數(shù)在直流到18GHz頻率范圍內(nèi)工作，但也有些在26.5GHz~50GHz頻率范圍內(nèi)工作。

工程師通過測量發(fā)送功率、反射功率、VSWR和插入損耗對電纜進(jìn)行測試。用戶可能以dB/m或dB/100英尺的形式指定插入損耗值。“在電纜頻率和損耗間必須進(jìn)行折衷。電纜直徑越大，插入損耗就越小，但頻率范圍會變低，”Pflanz說。“由用戶指定電纜損耗、長度和頻率范圍，然后以此確定電纜直徑。”

有時，用戶要求有一組時延、插入損耗或相位匹配的電纜。用戶經(jīng)常要求相位匹配誤差在±10°范圍內(nèi)。為了滿足這一要求，Tyco Electronics的工程師設(shè)計了可達(dá)到最高可能傳播速度的電纜。據(jù)Pflanz稱，典型的電纜傳播速度通常在光速的76%~82%之間。

圖5具有相同物理長度但傳播速度不同的電纜會使輸出形成相位差

電纜傳播速度對電纜電氣長度有影響。“由于傳播速度的不同，12英寸電纜的電氣長度可能會跟14英寸電纜的一樣，”Pflanz說。圖5展示了兩條長度相同，但以不同速度傳輸信號的電纜。這樣就會使以同一相位進(jìn)入電纜的信號產(chǎn)生相位差。為了使輸出相位一致，兩條電纜所需的物理長度會有所不同。

Tyco Electronics有一個電纜特性數(shù)據(jù)庫，工程師可利用它來選取匹配的電纜。在一定的物理長度下，同批生產(chǎn)的電纜電氣長度會基本相同。但是，即使采用相同的材料和工藝制造，不同批生產(chǎn)的電纜傳播速度會有差異，因此電氣長度也有所不同。根據(jù)用戶對電纜的長度要求，該公司可供應(yīng)長度不同但電氣長度匹配的電纜。

用戶還可能要求提供振幅平衡電纜。通常這些電纜的插入損耗誤差為±5%，但也可能有更嚴(yán)格的要求。

連接

Tyco Electronics的工程師還設(shè)計各種標(biāo)準(zhǔn)和定制的RF連接器。這些連接器在Lowell生產(chǎn)。一些連接器的設(shè)計很復(fù)雜，包括鍵環(huán)(keying ring)和自鎖機(jī)制，以防止不當(dāng)使用連接器。還有一些則彎曲45°~ 90°。一些連接器還帶有現(xiàn)場可更換端頭。

連接器的主要電氣測量包括峰值功率處理、平均功率和插入損耗。額定平均功率因頻率而異，多數(shù)在50W~500W范圍內(nèi)。不過某些連接器可用于數(shù)千瓦功率的場合。工程師使用功率測試儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀測量這些參數(shù)。

連接器和電纜在電子設(shè)備間傳輸各種信號。Tyco Electronics還制造各種放大器、濾波器、LRU及其它信號處理設(shè)備。LRU包括模擬元件，如微處理器控制的放大器和頻率轉(zhuǎn)換器。

很多RF部件都帶有可調(diào)增益和頻率響應(yīng)等參數(shù)的模擬輸入。LRU中基于微處理器的數(shù)字控制板帶有數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生所需電壓。工程師利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量和校準(zhǔn)控制電壓。高級總工程師Ravi Hans所領(lǐng)導(dǎo)的一個有八名工程師的小組負(fù)責(zé)開發(fā)用于測試和校準(zhǔn)RF部件的數(shù)字控制板和測試系統(tǒng)。

Hans小組中的工程師用Agilent 的示波器、邏輯分析儀、電源和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試控制板。這些工程師開發(fā)了可同時進(jìn)行數(shù)字和RF測試的測試板。通過采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，工程師可以針對每個數(shù)字控制器設(shè)置一個測試板。“我們連接板卡的接口很獨特，需要有可重新配置的測試板，”Hans說。該測試板帶有RS-232和USB計算機(jī)接口，用于實現(xiàn)自動控制和配置。

為了使數(shù)字測試自動化，工程師開發(fā)了一個可重新配置的測試執(zhí)行程序，該程序使用NI公司的LabWindows/CVI編寫。“我們可以復(fù)用工程評估代碼，將其轉(zhuǎn)用于生產(chǎn)階段，”Hans接著說。

Hans小組的工程師還與天線工程師協(xié)作開發(fā)了一種用于干擾自制爆炸裝置(IED)引爆信號的設(shè)備。工程師設(shè)計好了軟件和固件，供士兵來編程設(shè)定該干擾裝置。他們還開發(fā)了RF信號功率、頻率、頻譜性能直流功耗測試系統(tǒng)。

生產(chǎn)階段

總數(shù)為數(shù)百到數(shù)千的RF元件和系統(tǒng)必須經(jīng)過生產(chǎn)測試。由測試工程經(jīng)理Bill Kane負(fù)責(zé)Lowell和San Jose的RF元件生產(chǎn)設(shè)施的生產(chǎn)測試的開發(fā)工作。

在這個組合設(shè)施中，生產(chǎn)測試團(tuán)隊維護(hù)著100多個測試系統(tǒng)。這些系統(tǒng)復(fù)雜程度不同，有些是實現(xiàn)測試臺上幾種儀表的自動化，而有些則實現(xiàn)一、二甚至三個機(jī)柜測試設(shè)備的自動化。這些測試系統(tǒng)不僅用于測試無源元件，還用于測試多功能部件(MFA)，頻率范圍為直流到50GHz。

典型情況下，自動測試系統(tǒng)可節(jié)省90%的單位循環(huán)時間。例如，某個復(fù)雜的電子戰(zhàn)系統(tǒng)手工測試需要超過40小時的時間，而現(xiàn)在可在三個溫度下在三小時內(nèi)完成測試。此外，這些測試系統(tǒng)還具有“啟動了就不用管”的能力，這樣，一個操作人員就可以同時運行幾個測試，還可以不需要操作員在夜間進(jìn)行測試。

在Tyco Electronics，測試工程師開發(fā)的系統(tǒng)既有政府資助的也有公司出資的。政府資助的系統(tǒng)專用于測試特定范圍的一些產(chǎn)品，而公司出資的系統(tǒng)則可用于測試各種產(chǎn)品。測試工程師通常會對公司出資的系統(tǒng)進(jìn)行重新配置，用最新的設(shè)備和軟件滿足新項目的需求。

四個單機(jī)柜測試臺用于測試三種大功率放大器。由釘床部件將測試儀電源接到印刷電路板。網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀和數(shù)字萬用表則測量大多數(shù)參數(shù)。

“我們開發(fā)了自動測試站，設(shè)計工程師則可進(jìn)行實驗臺測試。” Kane說。“在開發(fā)產(chǎn)品期間使用自動測試儀。在進(jìn)行設(shè)計工程階段，我們經(jīng)常編寫他們需要的自動化代碼。在隨后的生產(chǎn)中我們會重復(fù)使用此代碼。”

Kane小組的軟件工程師已使用Agilent Vee開發(fā)了一個測試功能庫，他們經(jīng)常使用該庫測試新產(chǎn)品。測試軟件將測量結(jié)果存在數(shù)據(jù)庫中，可為每個部件生成多達(dá)90頁的數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)量隨測試長度而異。非保密數(shù)據(jù)存在一個Oracle數(shù)據(jù)庫中，工程師可以對此數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出需要數(shù)天測試才能表現(xiàn)出的趨勢，以對生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)。

Tyco Electronics的工程師對軍事和航天領(lǐng)域所用的天線、元件和系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的測試。“為項目開發(fā)團(tuán)隊所提供的構(gòu)建室內(nèi)自動測試系統(tǒng)的能力使開發(fā)周期和成本得到巨大的改善。”該部門質(zhì)量經(jīng)理和運營執(zhí)行官John說。