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      射频/微波信号自动测试系统方案

      1.概述
      射频/微波信号自动测试系统是一种基于PXI总线的集射频/微波信号发生与分析功能于一体的自动化测试系统,该系统具有以下特点:

      (1)灵活性—射频/微波信号自动化测试系统是一个以软件为中心的、模块化、标准化、可重配置系统,可实现多种应用的用户自定义系统
      (2)高性能—传统的射频/微波信号自动化测试系统由GPIB台式仪器、VXI总线模块仪器等组成,越来越不能适应自动化测试中测试吞吐量的高要求,PXI/PXIE总线模块仪器。
      (3)低成本和短周期—系统研制选用标准化、模块化的总线模块仪器,模块仪器可在多个测试平台复用,研制成本、维护成本低,并且开发周期短。
      (4)体积小—更小的体积、更少的仪器完成同样甚至更多的测试。
      (5)长期使用性和可升级性—系统采用工业标准化的模块仪器,保证了系统的开放性、扩展性,保证了系统可持续升级性。

      2.技术指标要求

      2.1射频微波信号发生部分技术指标要求

      2.1.1矢量信号源技术指标要求

      第一频段技术指标

      通道数:1路
      输出波形:调制波、CW(连续波)
      频率范围:100kHz~6GHz
      频率分辨率:1Hz(100kHz~3GHz)、2Hz(3GHz~6GHz)
      输出功率:-120dBm~6dBm
      功率准确度:>1.5dB
      单边带相位噪声:<-116dBc/Hz@1kHz(2GHz)
      非谐波杂散:<-65dBc
      谐波:<-30dBc
      内部调制方式:AM调制、FM调制、数字IQ调制
      外部调制方式:模拟或者数字IQ调制
      数字IQ调制:FSK、MSK、PSK、16QAM、64QAM、GMSK等;EVM<2%
      输出阻抗:50Ω
      驻波比:<1.7

      第二频段技术指标

      通道数:1路
      输出波形:CW(连续波)
      频率范围:6GHz~18GHz
      频率步进:1Hz
      输出功率:-120dBm~20dBm
      功率平坦度:<±1.5dB
      单边带相位噪声:<-135dBc/Hz@1kHz(0.01GHz)、<-85dBc/Hz@1kHz(18GHz)
      非谐波杂散:<-65dBc
      谐波:<-40dBc
      输出阻抗:50Ω
      驻波比:<1.7

      2.1.2连续波信号源技术要求

      第一频段技术指标

      通道数:1路
      输出波形:CW(连续波)
      频率范围:3GHz~18GHz
      频率步进:10Hz
      输出功率:>5dBm
      功率平坦度:<±1.5dB
      单边带相位噪声:<-135dBc/Hz@1kHz(0.01GHz)、<-85dBc/Hz@1kHz(18GHz)
      非谐波杂散:<-65dBc
      谐波:<-40dBc
      输出阻抗:50Ω
      驻波比:<1.7

      第二频段技术指标

      Ø通道数:1路
      Ø输出波形:CW(连续波)
      频率范围:3GHz~6GHz
      频率步进:10Hz
      输出功率:>5dBm
      功率平坦度:<±1.5dB
      单边带相位噪声:<-120dBc/Hz@1kHz(3GHz)、<-115dBc/Hz@1kHz(6GHz)
      非谐波杂散:<-65dBc
      谐波:<-30dBc
      输出阻抗:50Ω
      驻波比:<1.7

      第三频段技术指标

      通道数:1路
      输出波形:CW(连续波)
      频率范围:100kHz~3GHz
      频率步进:2Hz
      输出功率:>5dBm
      功率平坦度:<±1.8dB
      单边带相位噪声:<-125dBc/Hz@1kHz(100MHz)、<-95dBc/Hz@1kHz(3GHz)
      非谐波杂散:<-65dBc
      谐波:<-15dBc(100kHz~1.3GHz)、<-25dBc(1.3GHz~3GHz)
      输出阻抗:50Ω
      驻波比:<1.8

      第四频段技术指标

      Ø通道数:4路
      输出波形:CW(连续波)
      频率范围:100MHz
      输出功率:>5dBm
      单边带相位噪声:<-125dBc/Hz@1kHz(100MHz)、<-112dBc/Hz@1kHz(100MHz)
      非谐波杂散:<-65dBc
      谐波:<-15dBc
      输出阻抗:50Ω
      驻波比:<1.1

      2.2射频微波信号分析部分技术要求

      Ø功能:频率测量、功率测量、频谱测量
      Ø通道数:10个测试通道(100kHz~500MHz)
      1个测试通道(1.5MHz~6GHz)
      6个测试通道(1GHz~7.5GHz)
      4个测试通道(9GHz~18.5GHz)
      1个测试通道(3GHz~18.5GHz)
      频率范围:100kHz~18.5GHz
      最大输入功率:30dBm
      输入衰减范围:0—70dB,10dB步进
      频率跨度(SPAN):1kHz~40MHz
      瞬时分析带宽:≤40MHz
      测量动态范围:≥120dB
      寄生响应:≤-90dB
      相位噪声:<-115dBc/Hz@10kHz(10GHz)
      分辨率带宽:1Hz~8MHz
      频率精度:≤10Hz
      功率精度:≤1dB
      输入阻抗:50Ω
      驻波比:<2

      3.射频微波信号自动测试系统总体方案设计

      射频微波信号自动测试系统采用以软件为中心、模块化、标准化、可重配置系统设计思路,采用安捷伦、美国国家仪器、阿法斯等公司的射频/微波信号发生器、下变频器、本振源、开关、数字化仪等PXI总线模块构成系统硬件平台,采用北京坤驰公司的射频微波信号自动测试系统软件、模块驱动软件等构成系统软件平台,实现多路、宽带射频微波信号产生和测试的功能,射频微波信号自动测试系统总体架构如图1所示。

    射频微波信号自动测试系统


      射频微波信号自动测试系统软件包括系统管理软件、射频微波信号产生和分析应用软件、模块驱动程序库软件等。系统管理软件用于用户、自动测试程序、测试数据库、模块驱动程序库、测试波形数据显示等管理;射频微波信号产生和分析应用软件用于波形产生数据的生成和测试数据的处理等;模块驱动程序用于控制各个组成模块仪器按应用软件设置的参数工作。

      射频微波信号自动测试系统硬件平台包括工控机、射频微波信号产生单元、射频微波信号分析单元、显示控制单元等。射频微波信号产生单元主要由PXI机箱、以太网口控制器、ATX电源、矢量信号发生器、连续波信号发生器、放大器、衰减器等组成。射频微波信号分析单元主要由PXI机箱、以太网口控制器、ATX电源、射频微波开关、射频微波前端、下变频器、本振源、中频数字化仪组成。

      4.射频微波信号自动测试系统硬件方案设计

      4.1射频微波信号发生部分设计

      射频微波信号发生-组成单元如图2所示。

    射频微波信号发生图



      射频微波信号发生部分硬件配置表,如表1所示。

    表1 射频微波信号发生部分硬件配置

    名称

    组成单元

    槽数/总线

    厂家

    数量

    价格

    (万元)

    机箱

    82548机箱

    20PXI

    Aeroflex

    1

     

    控制器

    HTPXI4900外挂式控制器

    1PXI

    海泰

    1

     

    矢量信号源1

    3011本振模块

    1PXI

    Aeroflex

    1

     

    3026C矢量信号发生器

    2PXI

    Aeroflex

    1

     

     

    矢量信号源2

    FSW-0020

       USB

    Phase Matrix

    1

     

    8496H衰减器模块

    1PXI

    Agilent

    1

     

    连续波信号源1

    FSW-0020

       USB

    Phase Matrix

    1

     

    连续波信号源2

    PXI-1450

    2PXI

    Phase Matrix

    1

     

    连续波信号源3

    3011本振模块

    1PXI/

    Aeroflex

    1

     

    3021C射频信号发生器

    2PXI

    Aeroflex

    1

     

    连续波信号源4

    100MHz/10MHz参考源

    1PXI

    定制

    1

     

    电源

     

     

     

     

     

      

      【说明】射频微波信号发生部分模块指标内容较多,在这里不细述。

      4.2射频微波信号分析部分设计(方案1)

      射频微波信号分析原理框图如下图3所示。

    射频微波信号分析原理框图


      射频微波信号分析组成单元如图4所示。



      图4射频微波信号分析硬件组成框图



      射频微波信号分析部分硬件配置表,如表2所示。


      表2 射频微波信号分析部分硬件配置

    名称

    组成单元

    槽数/总线

    厂家

    数量

    价格

    (万元)

    机箱

    82548机箱

    20PXI

    Aeroflex

    1

    控制器

    HTPX14900外挂式控制器

    1PXI

    海泰

    1

    多通道选择开关组

    PXI-2596开关

    2PXI

    NI

    1

    PXI-2596开关

    2PXI

    NI

    1

     

    PXI-2596开关

    2PXI

    NI

    1

     

    预选器

    PXI-1410预选器

    3PXI

    Phase Matrix

    1

     

    本振源

    PXI-1450本振源

    2PXI

    Phase Matrix

    1

    射频下变频器

      PXI-1430射频下变频器

    1PXI

    Phase Matrix

    1

     

    微波下变频器

    PXI-1420微波下变频器

    1PXI

    Phase Matrix

    1

     

    中频下变频器

    PXI-1440中频下变频器

    1PXI

    Phase Matrix

    1

    数字化仪

    PXI-5124中频数字化仪

    1PXI

    NI

    1

     

    电源

     

     

     

     

     



      【说明】射频微波信号分析部分模块指标内容较多,在这里不细述。

      4.3射频微波信号分析部分设计(方案2)

      采用AGILENT(安捷伦公司)模块组成射频微波信号分析原理框图如下图4所示。

      射频微波信号分析组成单元如图5所示。


    图5射频微波信号分析硬件组成框图


      射频微波信号分析部分硬件配置表,如表3所示。
     

    表3 射频微波信号分析部分硬件配置

    名称

    组成单元

    槽数/总线

    厂家

    数量

    机箱

    82548机箱

    20PXI

    Aeroflex

    1

    控制器

    HTPX14900外挂式控制器

    1PXI

    海泰

    1

    多通道选择开关组

    PXI-2596开关

    2PXI

    NI

    1

    PXI-2596开关

    2PXI

    NI

    1

    PXI-2596开关

    2PXI

    NI

    1

    预选器

    M9360A预选器

    3PXI

    AGILENT

    1

    本振源

    M9302A本振源

    2PXI

    AGILENT

    1

    射频下变频器

      M9351A射频下变频器

    1PXI

    AGILENT

    1

    微波下变频器

    M9361微波下变频器

    1PXI

    AGILENT

    1

    数字化仪

    M9202A中频数字化仪

    1PXI

    AGILENT

    1

    电源

     

     

     

     

     

     
      该系列模块为AGILENT公司OEMPhaseMatrix产品。该方案预算我公司与安捷伦公司提供相同。方案1和2区别如表4所示:

      表4 两个方案区别

    比较内容

    指标

    总线形式

    模块数量

    槽数

    方案一

    频率范围:

    100KHz-26.5GHz

    中频带宽:250 MHZ/8MHZ/30 KHz

    PXI

    6

    共计9

    方案二

    频率范围:

    50MHz-26.5GHz

    中频带宽:250 MHZ/40MHZ

     

    PXI-E

    5

    共计8

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