卢德辉，杨志谦，张勇波，王新海

(中国电子科技集团公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

雷达组件故障检测多功能测试系统的结构设计*

卢德辉，杨志谦，张勇波，王新海

(中国电子科技集团公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

结构设计是雷达测试维修系统的关键，好的结构设计会对整个测试维修系统的研制起到事半工倍的效果。测试系统结构设计的核心在于通用性、便利性、安全性。文中综述了某雷达测试维修系统的结构设计，对数字组件和微波组件的适配器设计提出了新颖的设计方案。本测试系统具有通用化、组合化、高集成度、扩展性能强、安全实用等特点。该测试系统的成功研制，为同类测试系统的结构设计提供了一种有效思路。

组件；测试系统；适配器

引 言

随着现代雷达技术的发展，装备的综合技战术性能不断提升，应用的技术日趋复杂，系统越来越庞大，雷达的复杂性不断提高，故障发生概率随之提高，而许多故障的检测仅凭技术人员的经验和简单的仪器已远远不能完成[1]。雷达装备的测试维修性已成为越来越突出的问题，成为技术保障的决策、控制和不断改进的重点，雷达测试维修系统的研制越来越受到重视。随之作为整个测试系统关键的测试系统结构设计显得越来越重要。国内在雷达测试系统结构上的文献较少，多数文献都是阐述雷达测试系统电讯设计[1-4]，所以对雷达测试维修系统结构设计进行研究很有必要。

本文综述了某出口雷达测试维修系统的结构设计。该系统能逐步、智能化地引导用户对所有被测件进行测试、故障隔离，并最终完成对被测件的故障修理。其结构方案采用测试技术主流设计思路，研制了一套通用化、组合化、智能化、高集成度、扩展性能强、安全实用的雷达综合测试及数字维修硬件平台。同时可根据后续任务的新需求进行扩展并推广到其他种类雷达，从而逐步形成地面雷达可更换单元的系统维修体系。

1 测试系统结构设计

1.1 结构特点

多功能测试系统结构设计着眼于实现测试系统的通用性、可扩展性和安全性，力求在简单的结构平台上满足全面的测试需求。多功能测试系统结构设计一方面遵循求同存异的设计思路，对雷达组件的结构形式进行分析、优化，将整个系统设计成通用测试平台与可更换模块两大类；将满足雷达组件相似的测试需求的结构集成在通用测试平台中，体现“同”的最大化，而将满足雷达组件特殊测试需求的结构设计为可更换模块，体现“异”的最小化。另一方面综合考虑辅助拔插、自动导向与定位、防错设计等因素并应用于结构设计中，降低测试系统的结构复杂度并提高其通用性和可扩展性。

多功能测试系统主要由测试平台、适配器、测试模块组成。

测试平台主要由测试设备(如数字示波器、波形发生器、数字万用表、程控电源、计算机、打印机等)、测试机柜、测试操作台组成，构成组件故障检测的主体。

适配器作为被测组件与测试平台之间的接口，其主要作用在于对不同连接器形式的组件进行标准化，并与测试平台匹配。通过配置不同的适配器，可以满足不同连接器形式的组件在测试平台上的测试需求[1-2]。此外，适配器也使不同结构形式的组件能够在同一测试平台上完成测试。

雷达系统的最小可更换单元主要是数字组件和微波组件，所以相应的适配器也分为数字组件测试系统、微波组件测试系统两类。图1所示为微波组件测试系统组成。

图1 微波组件测试系统

1.2 数字组件测试系统结构设计

数字组件是雷达系统中具有某一特定功能的最小单元之一，由印制板和安装其上的元器件、面板、助拔器、锁定机构及连接器组成，具有防误插及快速更换的特点。

数字组件适配器是数字组件测试系统的基本组成部分，结构如图2所示。适配器面板左右两侧设计有助拔器， 导轨可以起到辅助被测组件插拔和固定被测组件的作用。适配器电路板安装在盒体中。

图2 数字组件适配器结构

操作台是数字组件测试系统的核心组成部分，结构如图3所示。

图3 数字组件测试系统操作台结构

适配器通过自身助拔器与测试平台的横梁配合使用，可以轻松完成适配器在操作台上的插拔。测试平台的横梁上还设计有导向孔，避免适配器在错误的方向进入导槽而损坏测试设备。

所有的数字组件适配器具有相同的外形尺寸。适配器可以将组件的不同连接器形式转换为标准的PDS型印制电路连接器，从而使不同的组件与测试平台之间具备了统一的电气信号连接。通过使用对应的适配器和被测件，即可在同一操作台上完成不同类型、不同功能的组件的性能指标测试和故障隔离测试。

1.3 微波组件测试系统结构设计

微波组件是雷达电子设备中具有某一特定功能的单元，由印制板和安装其上的元器件、盒体、把手、锁定机构及连接器组成。微波组件测试系统如图4所示。

微波组件测试系统结构见图5。组件测试的过程：将被测组件通过组件安装夹具插入适配器中，然后通过滑块在精密轴承滑轨上的滑动来实现适配器(带被测组件)在操作台上的推拉，同时采用定位销精确定位，适配器上的转接背板最终和操作台上的盲配转接背板可靠连接。这种结构的优点是操作方便、连接可靠。

图4 微波组件测试系统

图5 微波组件测试系统结构

为了提高操作台的刚强度，操作台底部采用加强筋设计，加强筋纵横交错，同时操作台支撑和机柜前后端面同时相连。这样可以保证操作台具有良好的刚强度。

适配器面板采用统一结构形式，开关和指示灯位置统一，印字位置一致，测试系统所有线缆均在适配器内部，外观看不到任何线缆，整个适配器具有整齐划一、一致性好的特点。

1.3.1 屏蔽设计

在适配器转接背板和操作台上的盲配转接背板结合处，采用导电橡胶板，材质为铝银(Al/Ag)。铝银导电橡胶具有重量轻、屏蔽效能高等特点，不仅具有屏蔽效果，还可以起到缓冲减振作用，有效保护转接背板上的连接器。导电橡胶必须通过一定压力使导电颗粒接触才能达到良好的导电性能，所以设计时既要保证导电橡胶有合适压力，又不能过压。同时导电橡胶接触的两金属接合面，必须保持表面的高导电性。

在被测件和组件安装夹具结合面采用铍铜簧片，型号为TP97-975，保证被测件和夹具结合紧密，接地良好，保证了整个测试系统的安全性。

1.3.2 热设计

考虑到微波组件发热量较大，测试时需要有散热措施。下面对微波组件中发热量最大的功放组件进行热分析。

功放组件带散热翅部分的尺寸为343 mm × 64 mm × 370 mm(宽×高×深)。

功放组件的发热源集中在10个双路和1个单路的功率管上，双路功率管发热量Q1=30×10=300 W，单路功率管发热量Q2=15 W，总发热量Q=Q1+Q2=315 W。

热设计要求当环境温度为25 ℃时功率管管壳温度≤75 ℃。

选用5个型号为PAP 614JH的风机，冷却风量V为120 m3/h。

散热翅翅片高H1=30mm，长L=370mm，厚δ=2 mm，翅隙c=9 mm，风道宽W=343 mm。则风道共有n=(W-δ)/(δ+c)+1=32个翅片，换热面积F=2×n×(H1+c)×L=0.894 7 m2，迎风面积A=(n-1)×H1×c=0.008 37 m2。

设功放组件进气量为M=V×ρ，kg/h；25 ℃空气的密度ρ=1.185 kg/m3。

空气经过翅片在风道中的流速：

u=M/(ρ×A)/3 600

(1)

风道的当量直径：

de=4×(H1×c)/[2×(H1+c)]

(2)

雷诺数：

Re=ρ×u×de/μ

(3)

式中：动力粘度μ=18.35×10-6kg/(m·s)。

对流换热系数：

h=Nu×λair/de

(4)

式中：Nu为努塞尔数；λair为空气导热系数。

肋片效率：

m=(2×h)/(λc×δ)0.5

式中：λc为散热器材料铝的导热系数，λc=162 W/(m·℃)。

肋效率：

ηf=tan(m×H1)/(m×H1)

肋面总效率：

η= [c×L×(n-1)+ηf×2×H1×L×(n-1)]/

[(2×c+2×H1)×L×n]

(5)

传热温差：

ΔTM=Q/(h×F×η)

(6)

同时

ΔTM=(tin-tout)/ln[(t1-tout)/(t1-tin)]

(7)

式中：tin、tout、t1分别为冷却空气进出口的温度和散热翅片的温度。

进出口温差：

tout-tin=Q/(M/3 600×Cp)

(8)

式中：Cp为空气比热容，Cp=1 005 J/(kg·℃)。

联解式(1)～(8)得：当冷却风量为120 m3/h时，散热翅片的平均温度t1=46.05 ℃。组件底板和翅片的导热温升tdb= 3.94 ℃。底板和功率管安装面接触热阻产生的温升tw= 14 ℃。功率管自身的温升tg=2.3 ℃。功率管表面壳体的平均温度t=t1+tdb+tw+tg=66.29 ℃。

理论计算得到功率管表面温度为66.29 ℃，同时进行仿真分析，其温度分布云图如图6所示。仿真分析结果显示功放组件发热量最大的功率管的最高温度为67 ℃(同理论计算结果相符)，小于正常工作能承受的温度75 ℃。功放组件在此温度下可以正常工作。

图6 微波组件温度分布云图

2 结束语

本文综述了雷达组件故障检测多功能测试系统的结构设计，优点如下：

1)通用性强。该设计提供了多功能测试系统的结构平台，不同功能的适配器具有与测试模块相似的结构外形与安装方式，使不同类型、不同功能的组件的性能指标测试和故障隔离测试能在同一平台上完成，大大降低了测试设备成本。

2)使用方便。所有适配器和功能模块在装入和拔出测试平台时，都可以借助辅助拔插结构轻松完成，并设计有导向孔避免误装配；被测组件通过具有导向作用的导轨自动准确定位，导轨上的辅助拔插结构能让操作者方便地进行拔插。

3)安全性好。微波组件测试系统采用屏蔽设计，保证被测件和夹具结合紧密，接地良好。提高了测试系统的安全性。

本测试系统在实际应用中表现出良好的通用性和可扩展性，适配器结构设计共获得3项外观专利，2项实用新型专利。今后的工作是将本测试系统结构设计思想进行扩展，推广到其他种类雷达，并进一步优化，从而提高雷达测试系统结构设计的整体水平。

需要指出的是，测试系统的通用化程度由所测装备的通用化程度决定，若要彻底改善测试系统的通用性，提高被测装备的通用化、模块化及标准化水平才是解决问题的根本途径。

[1] 王勇, 王守权, 叶灵伟, 等. 某型雷达自动测试系统适配器的设计与实现[J]. 计算机测量与控制, 2009(4): 711-714.

[2] 廖捷, 张琦, 吴建军, 等. 工程装备通用自动测试系统设计[J]. 解放军理工大学学报, 2007, 8(3): 288-291.

[3] 郑玉航, 于海燕, 郑灵通, 等. 综合测试与智能诊断系统设计[J]. 微计算机信息, 2010(25): 150-152.

[4] 李行善, 左毅, 孙杰, 等. 自动测试系统集成技术[M]. 北京: 电子工业出版社, 2004.

卢德辉(1976-)，硕士，高级工程师，主要从事电子设备结构设计工作。

Structure Design of Multi-function Test System for Radar Component Fault Detection

LU De-hui，YANG Zhi-qian，ZHANG Yong-bo，WANG Xin-hai

(The38thResearchInstituteofCETC，Hefei230088,China)

Structure design is the foundation of radar test and maintenance system. Good structure design would make the development of the whole test and maintenance system easier and more efficient. The key elements of this structure design are universality, convenience and safety. This paper summarizes the structure design of a radar test and maintenance system. A novel design for the adapter of digital and microwave components is put forward. The system is universal, combinative, well integrated, highly extensible, safe and practical. The success of this system would provide an effective method for similar design.

component; test system; adapter

2012-11-08

TN06

A

1008-5300(2013)03-0017-04