基于虚拟仪器的微波功率计自动检定测试系统

杜爱华,张 珊,李苏文

(1.船舶重工集团公司723所,扬州225001;2.船舶重工集团公司715所,杭州310000)

0 引 言

微波功率计具有可测功率动态范围大、频率范围宽等特点,广泛应用于现代通信系统、雷达系统、电子对抗系统中。特别是在雷达调试中,微波功率计已经是必不可少的重要工具。配用不同的功率计探头组成完整的峰值功率计,可以对雷达脉冲信号真实有效地采样而进行峰值功率测量。因此对微波功率计线性度、稳定度的考核特别重要。微波功率计的测试点数多,在功率比对测试中需要较长时间,目前普遍采用的手动测试方法对此类功率计进行测试费时费力,使用先进的测试技术对传统方法进行改进已势在必行。本文以AV2433型微波功率计为例设计了对微波功率计的自动检定系统。

1 功率计检定测试原理

微波功率计由功率敏感器和功率指示器组成。AV23200系列功率敏感器为平衡双二极管检波方式,通过置入对应的被测信号频率调用校准因子完成功率测量,由一套高稳定信号源装置对被检功率计进行标准传递检定。目前普遍采用交替比较法进行检定,如图1所示,就是用高一级的微波功率计与被检功率计进行比对。整个测试过程主要是将带稳幅系统的信号源射频输出端口连接到一个精密功分器的输入端,功分器的2个等量输出端分别连接被测功率计和标准功率计。信号发生器输出频率设置成所需的测量频率,输出幅度被设置为被检功率计所能正常显示的值。保持信号发生器输出功率不变,将被测功率计和标准功率计的频率设置与信号发生器输出信号的频率对应,分别读出功率指示器读数。在每个频率点都进行标称值与校准值的比较,根据功率计探头技术手册所提供的指标,算出允许相对误差。

图1 比较法检定框图

2 基于虚拟仪器的微波功率计自动检定测试

基于功率计检定测试时,需要记录输入与输出的数值,同时需要改变信号发生器的功率,相应地,测量功率计的频率也要改变,因此存在不可避免的随机误差,仪器的频繁操作及测试过程中因为要接触仪器及连接线路,也会产生一些人为误差。而使用虚拟仪器结合高性能硬件可以解决以上不足。在参考原有手动测试的基础上,笔者提出了新的基于虚拟仪器的功率计自动检定系统。

2.1 硬件组成方案

该系统的硬件由计算机、测量仪器、接口卡和连接电缆组成,如图2所示。信号发生器射频输出端连接到精密功分器(Agilent 11667B)的输入端,功分器的2个等量输出端分别连接被测功率计(AV2433)和标准功率计(Giga8542B)。通过USBGPIB接口卡(Agilent82357A)将功率计与计算机连接起来,利用计算机对带有GPIB接口的仪器实现操作和控制。软件采用LabVIEW编程实现。测试中信号源选用VXI总线信号发生器,由硬件(主机箱、控制器和仪器模块)和软件组成,具体情况如下:(1)VXI CT-100C型C尺寸5槽主机箱;(2)零槽控制器Agilent E8491B;(3)外部控制器(便携式计算机);(4)Giga50020B、Giga52000B信号发生器仪器模块;(5)LabVIEW8.6软件。

VXI总线系统即插即用,易于升级和扩展,易于根据各种现场的需要方便快速地更换模块、重新组合系统。如采用VXI功率计模块,整个检定测试系统全部集成到VXI主机箱中,可方便地完成现场检定测试功能。根据VXI总线灵活的控制方式,在这里采用常用的VXI-1394控制方案。通过Agilent E8491B(VXI-1394)与计算机连接,如图2所示。

2.2 软件组成

图2 基于虚拟仪器的微波功率计自动检定系统硬件连接图

测试系统的软件采用 LabVIEW8.6(图形化的编程环境)软件开发。主要内容包括对仪器通讯(驱动和控制)和自动检定过程进行分析设计。本系统对仪器通讯采用VISA编程方式,VISA是虚拟仪器软件结构体系的简称,它是在LabVIEW8.6平台上控制VXI、GPIB以及其他种类仪器的单接口程序库。VISA功能模块使用了VISA session参数,VISA资源名称是仪器I/O会话句柄的唯一标识引用句柄,指出了VI通信的设备,并传递所有需要的配置信息,以进行I/O操作。

通讯子VI包括VISA Open(打开通讯过程)、VISA Write(把数据串写入指定设备)、VISA Read(从指定设备中读入数据)、VISA Close(关闭由VISA session指定设备的通讯过程,释放系统资源)等功能模块。采用VISA标准,就可以不考虑时间及仪器接口的选择,对驱动程序可以相互兼容使用。在初始VI中,从VISA资源名称下拉列表中选择VISA资源名称。连接至计算机的处于上电状态的仪器都将出现在VISA资源名称下拉列表中。

检定测试过程先控制信号发生器输出信号,在功率计上分别进行测量参数设置、读取数据并进行比较分析输出结果,然后再返回下一个测试频率点,直到完成所有点的测量。

根据功率计检定工作的特点,在LabVIEW8.6中采用标准状态机——该模板用于生成标准状态机的设计模式。每个状态执行其代码并决定下一个状态。采用状态机的设计模式也便于以后测试功能扩展。

根据需要,设定4种状态——初始化、信号发生器参数设置、功率计测试参数设置、结束。先进行功率计的自检测试,完成后进入信号发生器参数设置状态,在功率计测试参数设置状态完成数据读取、显示、分析、输出结果并判断下一个状态。程序流程图如图3所示,软件部分代码示意图如图4所示。

图3 软件流程图

3 测试结果

经过与原来手动测试结果比较,新型自动测试系统具有以下优点:

(1)自动化程度较高。原先手动记录数据,代入公式,用计算器完成计算;新型自动检定测试系统自动完成检定测试并自动计算显示。

(2)大大提高测试效率。减少了人为频繁重复操作,缩短测试时间,手动操作需要30 min,而现在自动检定测试只需2 min。

(3)操作简单,界面设计人性化。图5为实际测试界面,结果在右面显示,一目了然。界面可保存成Word文档。

图4 软件代码示意图

图5 测试界面示意图

4 结束语

本文分析了微波功率计的检定特点,利用VXI总线、GPIB总线技术可以快捷地把计算机和信号发生器、功率计连接起来,基于LabVIEW软件构建成一套自动检定测试系统,大大提高了测试系统的自动化程度,并能显著地提高测试工作的效率及测试准确度。

[1]刘刚,王立香,张连俊.LabVIEW8.20中文版编程及应用[M].北京:电子工业出版社,2008.

[2]陈冠玲.基于GPIB接口的功率测试系统开发与设计[J].电测与仪表,2008,45(9):15-16.