快速进行RF传输路径测试

　　麻萨诸塞州Lowell是美国东北部一个小城，曾以制造纺织品而闻名。现在，它是Tyco Electronics公司的总部所在地。该公司是一家国防和航天RF元件和子系统制造商。现在，Tyco Electronics M/A-COM已不再是Tyco International的子公司，它以Adams-Russell、Phoenix Microwave和Anzac等品牌生产自己的产品，这些品牌都来自于被Tyco Electronics并购的公司。

　　在Lowell总部，工程师设计各种形状和尺寸的天线，最高频率达60GHz，这些天线多数都安装在飞机、导弹和武器上。该公司还生产电缆部件。它从原材料开始设计自己的电缆产品，并在其厂房内制造电缆连接器。

　　该公司的RF元件包括频率转换器、放大器、倍频器、混频器和交换器。其中许多元件用于如现场可更换单元（LRU）和电子战（EW）系统这类的子系统。Tyco Electronics还生产一种用来干扰自制爆炸装置（Improvisational Explosive Devices）无线电信号的设备，用来保护伊拉克人的生命。

　　测试航天和国防应用中的RF元件和系统时，Tyco Electronics的工程师需要使用多种技术。他们不仅要检验高频信号的精确性，还必须考虑到预计工作环境下的恶劣条件。Tyco Electronics为航天和国防部门设计产品，这些产品批量不大。对这些产品而言，几千件就可以被当作是大批量。这些测试中既包括每项测试长达数小时的对所有单元100%特性的表征测试，也包括耗时仅数秒的简单合格/不合格的测试。

　　天线增益

　　Tyco Electronics的天线用于通信、电子战和导航系统。它们还被用来发送遥测信号或接收GPS信号。对于新设计，需要对天线所有特性进行完全的表征。天线工程经理Mark Marden领导一批工程师测量天线的方向图（pattern）、增益和电压驻波比（VSWR）。图1显示了两个安装在运载火箭上的螺旋天线。天线的直径决定其频率范围。其它形状的天线有平板形和锥形，但其具体形状和尺寸差别很大。天线工程师使用六个室内消声室中的一个来表征各种天线。这些天线的尺寸从12立方英尺到60英尺×24英尺×24英尺不等。对飞机、航天飞船、导弹和武器上安装的天线，需要进行全球面测试，而地基天线则只需要进行半球面测试。

　　工程师设计了一种方法，可以在消声室内测量天线360°辐射方向图。他们将被测天线相对于一个固定天线做360°转动。图2显示了一个消声室的设备布局，工程师用该消声室改变被测天线的方位角和仰角。典型情况下，定位器以0.5°和更小的间隔移动被测天线。虽然在测试中固定天线的位置不变，但其高度是可调的，因为它安装在一个可伸缩的杆上。“被测天线变成了‘宇宙的中心’”，Marden这样描述。

　　图3显示了一个在消声室内测试的锥形天线。由一个激光瞄准装置将被测天线对准固定天线，并在测试期间保持被测天线旋转中心的位置不变。图4显示了一个在消声室内的固定喇叭天线。

　　工程师通过Agilent 网络分析仪测量电磁场振幅和相位（不是所有用户都要求进行相位测量）。每个频率进行约3万次测量。每次测试在覆盖天线频率范围的8个~10个频率下进行。一次测试需要进行30分钟~2小时。测试的安装和校准工作则需要约4个小时。

　　在将被测天线装到消声室内之前，工程师使用一个已知增益的天线为基准对设备进行校准。这样可以提供一组参考测量值，工程师可以与此被测天线的响应进行比较。

　　天线环境

　　用于航天和国防领域的天线需要在很宽的温度范围下工作，还必须能耐受冲击、振动和压力。在使天线经受环境考验之前，工程师先进行名为“验收测试”的基准测量。通过该测试，可以向用户证明天线符合规格要求。然后，将天线置于恶劣环境下重复性能测试，该测试被称为“认可测试”。

　　认可测试包括温度、振动和压力测试以及高加速寿命测试。工程师可能同时设置天线的多个环境条件。在环境实验室中，用一个带加热器和LN2（冷却用）的温控箱使天线处于±300°F的温度下。该温控箱可以放在一个振动台上，这样工程师们就可以使天线同时经受温度和振动了。

　　环境实验室还有几个热电偶温控箱，其中包括一个温度冲击箱。一台升降机可使部件通过高温和低温箱，以产生热应力。还有一个温度/高度箱使部件经受宽温度范围和10万英尺高度的考验。湿度箱则模拟干燥和潮湿的气候。

　　Marden组的工程师还可以进行生产测试。“用户对生产测试的要求差别很大，” Marden称。“关键任务用的天线，如运载火箭用的天线，需要对每个单元都进行100%的方向图、增益及VSWR测量。”

　　该公司的许多军用天线是美国政府的保密项目，为了保证测试数据的安全，工程师们通常将测量值保存在一个带移动硬盘的计算机上。该移动硬盘保存在保险箱内。[page]

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　　在Tyco Electronics，测试工程师开发的系统既有政府资助的也有公司出资的。政府资助的系统专用于测试特定范围的一些产品，而公司出资的系统则可用于测试各种产品。测试工程师通常会对公司出资的系统进行重新配置，用最新的设备和软件满足新项目的需求。

　　四个单机柜测试台用于测试三种大功率放大器。由钉床部件将测试仪电源接到印刷电路板。网络分析仪、频谱分析仪和数字万用表则测量大多数参数。

　　“我们开发了自动测试站，设计工程师则可进行实验台测试。” Kane说。“在开发产品期间使用自动测试仪。在进行设计工程阶段，我们经常编写他们需要的自动化代码。在随后的生产中我们会重复使用此代码。”

　　Kane小组的软件工程师已使用Agilent Vee开发了一个测试功能库，他们经常使用该库测试新产品。测试软件将测量结果存在数据库中，可为每个部件生成多达90页的数据，具体数据量随测试长度而异。非保密数据存在一个Oracle数据库中，工程师可以对此数据进行分析，找出需要数天测试才能表现出的趋势，以对生产工艺进行改进。

　　Tyco Electronics的工程师对军事和航天领域所用的天线、元件和系统进行广泛的测试。“为项目开发团队所提供的构建室内自动测试系统的能力使开发周期和成本得到巨大的改善。”该部门质量经理和运营执行官John说。