赵荣超

（中国电子科技集团公司第十研究所，四川 成都 610036）

0 引 言

随着科学技术的进步，相控阵体制也得到了快速发展。其中，有源相控阵雷达能够实现对多个元素的同时发射和接收，且每一个辐射器都配备有信号的发射和接收组件，每一个组件都能够实现对电磁波的接收和发射。因此，相较于无源相控阵雷达，其在信号处理能力以及冗度设计等方面都更具优势。

通常来讲，大型有源相控阵雷达需要更多的T/R组件，以满足其工作性能的需求。但从另一方面来看，较多的T/R 组件也为雷达的测试工作带来了更大的难度，要想实现对这些组件指标的分析，首先就需要对有源相控阵天线测试系统升级和优化。传统的天线自动化测试系统采用的是人工模式，这种方法需要逐个打开和关闭通道，并逐一记录下相关的数据，不仅耗时较长，且测试精准度不高，尤其是对于大型的有源相控阵天线测试来讲，这种方法会严重影响生产和科研的进度。因此，有必要设计出一种有源相控阵天线自动化测试系统，以提升对天线进行测试的效率和质量，满足实际生产所需。

1 测试原理和系统框架

有源相控阵雷达主要是包括天线接口、子阵综合、阵面T/R 组件、射频模块等，其中中场调试环节主要是为了实现对有源相控阵天线的控制地址数据装订、通道故障检测以及幅度相位初调试等；环境试验主要在模拟雷达具体的应用条件下对天线各个不同模式工作状态性能进行检测和测试；近场测试环节则主要是针对天线的相控阵幅度相位进行精调，并同时对天线的方向图性能进行测试评估。

在中场测试环节，考虑到有源相控阵天线的集成度与组成较为复杂，因此在完成安装后需要对T/R组件、传输链路、信号发射以及接收功率幅度等进行检测，以便确保其满足相应的指标要求，而采用传统的人工测试方法进行，需要技术人员手动对测试链路进行切换，这种模式不仅测试周期较长，而且精准度较低，还很容易出现故障[1]。为了能够有效解决这一问题，本文在中场测试环节设计了信号自动化采集和自动定位的方案，实现了对天线接收信号进行自动采集、坏点识别等，大大提升了有源相控阵天线的中场链路检测质量和效率。

在近场测试环境中，考虑到有源相控阵天线的各个模块在生产加工过程中工艺较为复杂，在天线完成安装后内部各个通道的功率、频谱、幅相存在着不一致的问题。因此，需要通过幅相调整和优化相位峰值分布，以确保各个通道功率值由天线中心向着边缘呈现泰勒分布。在进行该环节的测试过程中，由于需要对有源相控阵雷达的工作模式进行来回切换，且需要用到设备以及射频电缆加多，而采用传统的人工调试模式难免会因为技术人员的操作而影响调试和测试的精准度。为了解决该问题，本文设计了智能化的近场测试交互调试方案，采用软件来对有源相控阵雷达链路的开启和关闭进行控制，这样就可以有效降低射频信号间的串扰带来的噪声，确保有源相控阵雷达在不同工作模式下测试环境的一致性[2]。且采用改方案还能够实现对采集数据的实时检测，以便于技术人员对测试中出现的问题进行初步定位和分析，及时将遇到的问题排除。

结合上述测试需求和工作原理，本文所设计的有源相控阵天线的自动化测试流程如图1 所示。

图1 有源相控阵天线的自动化测试流程

2 系统设计

2.1 中场模块

有源相控阵通信天线在工作模式下主要利用地址来实现和T/R 组件之间的交互，这就需要在对天线进行调试之前，首先应将地址录入至天线阵面中。而考虑到有源相控阵天线T/R 组件数量较多，在此本文提出了一种基于视觉识别技术的T/R 组件录入方式，具体的实现流程如图2 所示。采用视觉识别设备对天线内部T/R 组件中的地址按照顺序进行采集，并利用以太网络将地址信息发送至计算机，之后再采用软件，依据设定好的标准来对传输地址格式进行识别和判断，同时将正确的T/R 组件地址存储至文档中，对错误的地址信息进行采集和识别[3]。不断循环重复该流程，直至对T/R 组件地址录入完成为止，如此以来就可以在确保对T/R 组件地址采集效率的同时大大降低因受外界因素影响而导致了精准度不高的问题。

图2 视觉识别地址录入流程

针对有源相控阵通信天线测试过程中在中场模块阵面收发检测信号存在着检测时间过长、故障定位精准度不高等问题，在此结合天线的工作原理和雷达链路的方向，设计了一种进行自动化测试的方案，该系统以矢网作为收发信号源，将矢网的收发端和有源相控阵通信天线的收发端进行串联，从而构成一个完整的闭合链路[4]。但有源相控阵通信天线的收发状态信号是通过矢网中2 个不同参数计算得出的，其具体的数据采集流程如下。首先，系统会发送测试指令，得到测试指令之后矢网起控，对参数进行初始化；其次，发送T/R 组件单开命令，此时如果监测反馈数据是错误的，则系统会重新返回上一层级，重新进行监测。如果监测反馈数据是正确的，则会通过接口总线读取测试数据，并将其存储至计算机中，然后再进行下一个T/R 组件的数据采集，重新进行参数初始化，开启下一个循环。

2.2 近场模块

有源相控阵通信天线的近场测试是雷达生产调试过程中的核心内容，其会对于雷达的性能和质量产生直接影响，而有源相控阵通信天线所具有的阵面大、测试点多的特点也使得其成为了测试周期最长的一个环节[5]。为了在最大程度上提升对通信天线进行测试的效率，满足对大型有源相控阵通信天线进行生产调试的需求，在此以通信天线近场调试工位为基础，对天线的工作链路进行了分析研究，并通过对链路信号接收和发送数据流的整合，结合处理单元和通信天线的工作原理设计了有源相控阵通信天线近场一体化自动测试方案。实践证明，该自动化测试方案能够大大降低外界环境因素对天线的干扰，并能够结合具体的测试需求来更改链路，以实现对故障的定位和排除，有效提升了测试的产能和产品的质量。该有源相控阵通信天线近场自动化测试的流程如图3 所示。

图3 近场模块天线幅相测试流程

由图3 可以看出，处理单元按照一定的顺序完成阵面组件的测试工作，生成对应的修调码字，并开始对阵面组件进行测试。以此流程为基础，为了实现自动一体化测试，依据测试需求对有源相控阵通信天线进行测试链路的自动切换，在此将信号中枢设计在天线和处理单元之间，将控制软件镶嵌于调试系统中，如此以来，在对有源相控阵通信天线进行更换时，只需对软件测试参数、波控对应配置进行调整即可[6]。本文所设计的中枢链路主要由功分器、射频开关以及衰减器等内容组成，有源相控阵通信天线具有对信号接收、发射和模拟的功能，因此该调试方案设计中所涉及到的主要接口包括处理单元模块接口、激励信号输出接口、信号输入接口等[7,8]。并且由于该方案在接收链路上增加了一个射频开关以及可调衰减器，从而使得测试过程中的变量变得可控，不仅提升了测试系统的兼容性，同时也能够更好地满足产品测试的需求。

3 天线校正

对通信天线进行校正是开展有源相控阵调试过程中的关键环节，其能够确保天线各项性能指标都维持在一个较高的水准，且对天线进行校正还是有源相控阵雷达天线性能得以满足实际使用需求的一种有效措施[9,10]。现阶段，对天线进行校正常用的方法主要有逐一通道校正、首次合格率（First Time Through，FTT）校正、中场校正以及矩阵求逆等，本文以逐一通道校正法为基础，对其进行了优化和改进，再此以幅值信息为例，对校正方法进行介绍。

首先，设定测试的有源相控阵通信天线大小为M×N，则被测相控阵天线中心测试模块的大小可以表示为M1×N1，该参数也可以依据具体的测试效果来进行优化和调整。设初始目标值为T0，更新后的目标值为T，初始码值为A0，Ai（i≥1）表示为第i次打码测试后的新码值，而对应的实际测量值使用Fi来表示，天线校正算法的具体流程如下文所述。

（1）在测试系统中输入零码，利用VAN 测试出实际值F0，大小表示为M1×N1；

（2）设定F(m,n)=argmaxF，式中m≤M1，且n≤N1为最大值对应的行列号，更新后的目标值表示为T=T0+{F(m,n)-T0[(M-M1)/2+m,(N-N1]/2+n)}ones(M,N），式中ones(M,N)为M行N列的矩阵，且矩阵中各个元素均为1；

（3）在被测有源相控阵通信天线中输入初始码值A0，并测得实际的数据值F1，然后更新打码值A1=A0+F1-T；

（4）将码值输入后，测出实际值Fi+1，然后再更新码值Ai+1=Ai+（Fi+1-T）×δi+1，式中i≥1，δi+1为第i+1 次打码测试的校正系数；

（5）不断重复操作步骤（4），直至得出的校正结果满足标准要求。

4 结 论

随着科学技术的不断发展，各种先进技术在有源相控阵天线雷达制造中的应用也对天线的测试工作提出了更高的要求。本文设计的有源相控阵通信天线自动化测试系统有着开放式的平台和模块化的设计思想，不仅使得该系统的实用性得到了大幅度提升，而且还具有较强的兼容性，便于后期的程序移植和二次开发工作。实践测试表明，该自动化测试系统能够大大提升相控阵天线的测试效率，并提升测试数据的精准度，降低大型有源相控阵通信天线的测试周期和人工成本，进而提升产品的质量。