航空电子产品射频参数平台设计研究

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摘要：本文设计了一种基于GTEM小室建设亟需的电磁辐射发射测试和电磁辐射敏感度测试系统，采用了应用程序测试的设计方案，通过GPIB/LAN/USB总线对系统中的测试设备进行远程控制，实现自动化测试功能。该测试平台对于提高维修工厂装备电磁兼容测试能力具有重要意义。

关键词：GTEM小室；辐射发射；辐射敏感度

为了在接近真实工作环境下开展射频参数测试，暴露或复现航空电子产品的性能下降及电磁干扰问题，设计建设一种航空电子产品射频参数测试平台，该测试平台基于GTEM小室建设某型飞机某型处理机、通信设备等亟需的电磁辐射发射测试和电磁辐射敏感度测试系统，实现内场环境下对上述产品电磁兼容测试要求。

1硬件设计

航空电子产品射频参数测试平台硬件部分由GTEM小室和射频参数测试系统两部分组成。

1.1基于GTEM小室的射频参数测试环境

GTEM小室是近年发展起来用于宽带射频参数测量评定新型测试场地，针对本项目具有以下优势：（1）相比于半电波暗室，造价较低，且对建筑场地无特殊要求。（2）基于GTEM小室的射频参数测试系统较之在半电波暗室中采用天线辐射、接收的测试系统，所需仪器设备简单（不需要天线）也没有色散效应，测试流程简单高效（不需要在测试过程中更换不同频段的天线）且脉冲调制信号不失真。（3）GTEM小室中横电磁波的波阻抗与自由空间远场区电磁波特性相同，且EUT全面浸没在电磁场中，与半电波暗室中天线每次仅能辐照EUT单侧、需要多次照射相比，能更全面、更高效的考核EUT的抗扰能力。（4）相比于TEM小室、屏蔽室、暗箱等其它小型测试设备，具有工作频率范围宽、内部唱腔均匀、测试空间大等优势。GTEM小室综合了半电波暗室、屏蔽室、横电磁波传输装置的优点，工作频段宽，占地面积小，造价相对较低，便于进行辐射敏感度及发射测试。因此，本项目选用GTEM小室作为测试场地。GTEM小室实质上是同轴线的一种变形，也可以说是双导体导波系统，其内导体是个尺寸渐变的平板，外导体类似一个锥形喇叭天线，组成示意如图1所示。GTEM小室规格一般由试验区芯板高度来划分，综合考虑本项目EUT尺寸以及用户场地条件，选用1500型GTEM小室，芯板到下板高度为1500mm，GTEM小室外形尺寸不大于7m×3.6m×2.6m。GTEM小室属于异型设备，比较占用场地；GTEM小室要与用户现有性能测试设备、本项目配置的射频参数测试系统协同工作，还要考虑方便测试电缆连接，方便EUT进出GTEM小室，同时方便测试人员操作，试验室布置初步规划如图2所示。

1.2射频参数测试系统

（1）系统硬件方案。射频参数测试平台包括辐射发射和辐射敏感度测试两个测试项，先对其测试原理分别进行简要介绍。①辐射发射测试原理。基于GTEM小室的辐射发射测试原理框见图3，此时小室内芯板和底板就代替暗室测试中的天线，接收EUT工作过程中产生的辐射干扰，GTEM小室的输入端接EMI测试接收机，通过接收机测试EUT工作过程中电磁骚扰的辐射发射，再通过计算机和处理软件，确定EUT辐射发射的测试结果。GTEM小室中的测试结果和开阔场或电波暗室测试结果存在差异，但项目主要用于测试EUT故障和修复后不同状态的相对量，属于相对测量，可以回避测试结果转化的难题。另外，EUT在GTEM小室中摆放的位置不同，造成芯板与底板之间相对距离的不同，也将是导致测试结果不同的关键因素，因此，测试时要注意EUT的摆放位置和陪试设备保证不变。图3基于GTEM小室的辐射发射测试原理框图②辐射敏感度测试原理。基于GTEM小室的辐射抗扰度测试原理框图如图4所示，主要测试设备由信号发生器、功率放大器、场强探头、以及GTEM小室组成。当信号源输出的信号经过放大后注入到GTEM小室的过渡段（通过N型同轴接头），在芯板和底板之间形成的均匀电磁场，放置在被测件附近的场强探头监测场强值是否满足试验要求，由主控计算机调节GTEM小室的馈入功率以求达到所需求的场强值。测试系统按照标准要求，通过GPIB/LAN/USB总线控制信号源和功率放大器，信号源输出一定幅度的辐射干扰信号，通过功率放大器后，由电流探头或者发射天线施加给EUT的互连电缆或者壳体表面，根据EUT测试仪器或者人工观察获得的EUT的工作状态，判定其电磁敏感度指标是否合格。如果不合格就给出实际的敏感电平或者敏感点的幅度-频率值，方便产品设计人员明确问题所在并有针对性地提出解决办法，为正在研制的新产品或者定型产品的电磁兼容性能检测和评定提供有效的测量手段。（2）系统硬件组成。系统硬件设备除了提供测试环境的GTEM小室，主要由EMI测试接收机、信号发生器、功率放大器、场强探头、主控计算机等组成；此外，为了在测试过程中对反射功率进行监测，系统还配置功率计和功率探头，配置了主控计算机、交换机等程控设备实现自动测试。系统组成框图如图5所示GTEM小室理论上工作频率可从直流到20GHz以上，但实际应用中辐射发射测试频率一般不低于250kHz；辐射敏感度频率范围主要取决于配置的功率放大器，从解决用户测试急需出发，本项目配置一台放大器，频率范围80MHz～3GHz，输出功率为200W；同样的，EMI测试接收机（3Hz～18GHz）、信号发生器（9kHz～3GHz）、功率计（9kHz～500GHz）、功率探头（9kHz～12GHz）的选型也都考虑了对测试设备的要求，提高投资利用率。

2软件设计

射频参数测试系统软件是自主研发的一套自动测试软件，包括操作系统、测试支持软件、测试管理平台TestCenter与若干测试序列与操作员界面组成。操作系统选用微软公司的WindowsXP或Windows7中文版，测试支持软件包括数据库系统、集成开发环境MicrosoftVisualStudio2010与办公处理软件Office。系统软件采用支撑平台+功能模块的构架，功能模块主要是辐射发射测试模块和辐射敏感度测试模块，后期可扩展国军标电磁兼容测试模块、国标电磁兼容测试模块等。软件平台具备测试资源管理、驱动管理、自检校准管理数据管理以及本机维护功能，各功能模块则根据不同的测试用途配置。软件具有以下特点：（1）开放式系统结构。为适应射频参数测试项目众多的特点，满足不同的测试项目和应用场合的需要，重点突出开放、通用等特点，在软件顶层设计时，就应为用户提供可组建、修改的软件平台，并使程序尽量简单、通用。（2）丰富的仪器设备驱动程序库。提供丰富的仪器设备驱动程序库是本项目软件的又一特点，按仪器类别将电磁兼容测试系统中所包含的所有仪器进行分类，每一类仪器的驱动程序库包含了国内外主要厂家、公司的主要产品的驱动程序。通过这些丰富的仪器驱动程序库，可以灵活方便地实现对同一类测量仪器中不同型号测试仪器的控制。（3）面向用户的可扩展接口。由于不同的用户在测试报表格式、后级数据处理方式等方面可能存在差异，因此，在后级数据处理软件的设计过程中，我们既提供一个通常情况下的数据分析和报表打印方式，也可更具用户需求进行定制开发，以满足用户特殊的需要。为了突出以上特点，在软件顶层设计过程中将充分借鉴以往的设计经验，最终设计出本系统的软件顶层方案。根据功能和测试流程，整个控制软件划分为系统配置、自动测量、仪器驱动和数据分析等部分。其控制和测量过程如下：首先用户根据测试项选择系统配置和连接；在此基础上用户根据自己的测量参数配置测试信息，包括EUT信息和测试参数等信息；在完成以上步骤后，系统将根据上述设置，调用仪器驱动模块，协调控制测试仪器自动完成测量；通过LAN总线测量数据结果被提取到主控计算机中，控制测量数据存储到相应的数据库中，以备后续报告生成及数据处理。整个测量过程完全程控，不需要用户干预。测量得到的数据，可以通过后级数据处理模块进行进一步的分析处理，并产生相应的测量报告。部分软件界面见图6、图7、图8。

3结语

本方案充分考虑测试的需求以及系统的可扩展性、易操作性、实用性等要求，采用总线化、模块化的测试技术组建的自动测试平台；采用先进的通用测试软件平台、测试总线标准等技术。该方案一方面可以研究航电产品在修后的电磁兼容性能是否符合要求，完善产品承/研制厂家的产品长时间使用后电磁兼容性能的测试短板；另一方面，可以为航空电子产品修理深度提供一定的支撑。

参考文献：

[1]王学科.GTEM小室传输特性及结构设计研究[D].西安:西安电子科技大学硕士论文,2006．

[2]周旭,顾卫标,倪红军等．高频传输室过渡接头内导体的形状优化设计[J].中北大学学报(自然科学版),2010,31(2):183—187．

[3]余绍斌,方志坚.用于电磁兼容测量的GTEM小室[J].电子质量,2007,10;76—78.

作者：许海 单位：国营芜湖机械厂