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应用于专用测试设备的接口单元技术

范文

沈智

摘要：微波技术是当代社会重要的技术手段，由于通信行业的井喷式发展和射频产品的大批量生产，在专用测试设备的接口单元中，仪器和被测件间的信号路由大量采用微波射频开关和同轴开关来实现。文章主要利用微波传输理论中有关网络传输系统中被测信号与负载的阻抗匹配原理，确认被测模块特征及其待测参数，选用适用的微波同轴开关，研制出应用于专用测试设备的基于单片机的接口单元，并采用同轴开关器件装配成实物，在专用测试设备进行检定校准测试工作条件下完成射频信号的路由、切换，完成专业测试设备的测试。

关键词：接口单元；同轴开关；开关矩阵

1 接口单元中的同轴开关矩阵概述

同轴开关矩阵由接口单元中的单片机控制板控制，整个专用测试设备还包括实时频谱分析仪、示波器、工控机、电源模块等，专用测试设备的接口类型复杂。同时，被测信号除了定频信号，还有跳频信号。将各类被测信号、测量仪器与专用测试设备全部与接口单元相连，通过接口单元，快速切换路由实现所需要的测量的链路模式。同时，接口单元由工业级计算机（工控机）进行串口RS232控制，执行校准测试软件，达到自动化检测的目的，极大地提高了检测速度。

2 接口单元的设计原则和思路

专用测试设备中，校准测绘工作会遇到的问题包括复杂的专用测试设备，不同的被测单元含有大量的不同类别的被测信号，不同的专用测试设备有着不同的参数指标[1]，如何合理地配置相對应的仪器仪表资源和采用哪一种测试方法，这些问题既存在于时域又存在于频域，不但包括了信号的幅度，而且包括了信号的有调制信息以及相位信息，一个完整的接口单元具有下列功能。

（1）与被测专用测试设备的电源和控制信号相连的系统，与被测专用测试设备检定过程中所需的可编程控制信号的传输接口，包括半钢半柔同轴微波电缆，微波射频连接器和开关继电器。

（2）射频信号的路径，信号路由要经过各类射频同轴器件，射频同轴器件一般包含了功分器器件，混频器，同轴衰减器和同轴微波开关等，还有各类用于匹配电平的匹配负载。

（3）射频信号频率的切换功能，包括：上变频、下变频、FPGA变频、检波器、倍频、分频等，也包含有各类参考源信号和本振信号。

（4）与被测检测装置连接的适配装置和接口电路。

（5）内嵌式控制CPU，本设计中采用的是8051单片机。

3 接口单元总体设计与同轴开关矩阵功能实现

本文用于专用测试设备的接口单元检定，被测时的信号流走向为：射频信号源的信号首先经过前面板的N型接头和BNC接头等，然后经过各类衰减器以及同轴开关矩阵，通过一连串的信号流通道，到达接口单元后面的输出口，再连接到被测信号端[2]。各种被测的射频信号会通过同轴开关进行射频路由，经过同轴开关、底板继电器控制，选择切换模式，从而将输入的射频信号送到专用测试设备的输出口，整个接口单元是由多路输出，多路输入的通道，经过射频开关组的自由组合切换，将每一路的输入信号路由至相对应的输出通道，将被测信号输入与输出相联通，从而进行对专用测试设备的检测。

接口单元中同轴开关的控制设计采用的是单片机控制继电器通断，从而产生同轴开关控制所需要的5 V电压，通过编程达到自动切换设计。

4 接口单元网络衰减的测量

接口单元任何无线通信输出信号和输入信号以及负载之间都不可能做到100%的匹配，信号的反射在为专用测试设备接口单元中是普遍存在的。一个信号传输包括负载和源的传输电路，我们一般定义单个参考面上的源反射系数为ΓL，负载反射系数为Γg。无线微波信号在信号源和负载之间来回反射，最终进入负载的信号波幅为b2'。有以下关系成立，其中bg是信号源输出信号波幅度：

其中B为整个专用测试设备接口单元的衰减。衰减定义的是负载和输入信号源完全匹配的条件下，专用测试设备接口单元的插入损耗，是专用测试设备接口单元自身的固有传输指标[3]，本项目中，整个接口单元的衰减量是使用网络分析仪来测量的，所测得的S21参数是被测网络和附加在的校准网络上的整个专用测试设备接口单元自身的传输通道的插损。

5 结语

本文研制了一套应用于此专用测试设备的接口单元，给被测信号提供了对应的切换路由、合分电路、信号幅度调节等功能，可以把各种专用测试信号，通过继电器程控的方式，将其信号按照配置需求切换到任意被测专用测试设备的输入口。把所有被测专用测试设备的输出信号通过同轴开关自动切换到相应的校准仪器仪表资源上。也可以实现输入输出通道的自回路状态，让通用仪器对相对应的接口进行自校准工作，再利用校准软件对相应的通道提供数据的补偿[4]，极大地提高了校准的准确率，降低了在测试过程中由于人工操作造成的误差，节省了测试时间，提高了仪器仪表资源的利用率。希望本文能够提供参考和借鉴给有专用测试设备接口单元设计需求的相关人员，并希望看到对此类专用测试设备接口单元的改进和优化。

[参考文献]

[1]NEIL F.RF microwave switch considerations[C].Salt Lake：Autotestcon，2008.

[2]Keithley公司.开关手册.Keithley自动校准装置信号切换指南[Z].5版.Keithley公司，2006.

[3]廖承恩.微波技术基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.

[4]李作宽，刘玉平.测量不确定度的评定及其应用[C].青岛：计量测试学术年会，1997.

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