T_R组件性能退化试验系统设计与实现.pdf

第2卷 第4期V o l.2 N o.4 2 0 2 3年8月 J o u r n a l o f A r m y E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y o f P L A A u g.2 0 2 3T/R组件性能退化试验系统设计与实现朱 赛,孟亚峰,韩春辉,安 婷,梁冠辉(陆军工程大学 石家庄校区,河北 石家庄 0 5 0 0 0 3)摘要:T/R组件是有源相控阵雷达装备的重要部件,其性能变化严重影响雷达技术、战术指标,通过试验系统进行T/R组件性能退化试验是分析T/R组件性能变化的重要途径。在分析T/R组件性能退化试验流程基础上,设计了T/R组件性能退化试验系统结构;设计了试验系统平台,解决了多个T/R组件自动测试与开关级联切换下的噪声系数测量问题;设计了自动测试软件,实现了T/R组件性能参数的自动测试、测量结果的自动存储。基于此试验系统,进行了某型T/R组件的性能退化试验,结果表明该试验系统能够自动完成多个T/R组件性能参数的自动测试,提高了测试效率,为T/R组件和有源相控阵雷达的性能分析提供了试验平台。关键词:T/R组件;性能退化;试验系统;自动测试软件 中图分类号:T N 9 5 6;V 2 4 0.2D O I:1 0.1 2 0 1 8/j.i s s n.2 0 9 7-0 7 3 0.2 0 2 2 0 7 1 2 0 0 2D e s i g n a n d I m p l e m e n t a t i o n o fP e r f o r m a n c e D e g r a d a t i o n T e s t S y s t e m f o r T/R M o d u l e Z HU S a i,ME NG Y a f e n g,HAN C h u n h u i,AN T i n g,L I ANG G u a n h u i(S h i j i a z h u a n g C a m p u s,A r m y E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y o f P L A,S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 0 3,C h i n a)A b s t r a c t:T/R m o d u l e i s a n i m p o r t a n t p a r t o f a c t i v e p h a s e d a r r a y r a d a r e q u i p m e n t,a n d t h e v a r i a t i o n o f i t s p e r f o r m a n c e g r e a t l y a f f e c t s r a d a r t e c h n o l o g y a n d t a c t i c a l i n d i c a t o r s.T h e p e r f o r m a n c e d e g r a d a t i o n t e s t o f T/R m o d u l e t h r o u g h t h e t e s t s y s t e m i s a n i m p o r t a n t w a y t o a n a l y z e t h e p e r f o r m a n c e v a r i a t i o n o f t h e T/R m o d u l e.B a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e T/R m o d u l e p e r f o r m a n c e d e g r a d a t i o n t e s t p r o c e s s,t h e s t r u c t u r e o f t h e T/R m o d u l e p e r f o r m a n c e d e g r a d a t i o n t e s t s y s t e m w a s d e s i g n e d.T h e t e s t s y s t e m p l a t f o r m w a s d e-s i g n e d t o s o l v e t h e p r o b l e m o f n o i s e f i g u r e m e a s u r e m e n t u n d e r t h e a u t o m a t i c t e s t o f m u l t i p l e T/R m o d u l e s a n d t h e s w i t c h i n g o f c a s c a d e d s w i t c h e s.T h e a u t o m a t i c t e s t s o f t w a r e w a s d e s i g n e d t o r e a l i z e t h e a u t o m a t i c t e s t o f t h e p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s o f t h e T/R m o d u l e s a n d t h e a u t o m a t i c s t o r a g e o f t h e m e a s u r e m e n t r e-s u l t s.B a s e d o n t h e d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d t e s t s y s t e m,t h e p e r f o r m a n c e d e g r a d a t i o n t e s t o f a c e r t a i n t y p e o f T/R m o d u l e w a s c a r r i e d o u t.T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h i s t e s t s y s t e m c a n a u t o m a t i c a l l y c o m-p l e t e t h e t e s t o f m u l t i p l e T/R m o d u l e p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s.I t i m p r o v e s t h e t e s t e f f i c i e n c y a n d p r o v i d e s a t e s t p l a t f o r m f o r t h e p e r f o r m a n c e a n a l y s i s o f T/R m o d u l e s a n d a c t i v e p h a s e d a r r a y r a d a r.K e y w o r d s:T/R m o d u l e;p e r f o r m a n c e d e g r a d a t i o n;t e s t s y s t e m;a u t o m a t i c t e s t s o f t w a r e 收稿日期:2 0 2 2-0 7-1 2基金项目:国家自然科学基金(6 1 6 0 1 4 9 5)。第一作者:朱 赛,博士,副教授,主要研究相控阵雷达可靠性分析与设计。通信作者:韩春辉,博士,讲师,主要研究电子装备可靠性分析与设计。有源相控阵雷达具有波束扫描速度快、能够灵活实现多目标跟踪等特点,在陆基、机载、舰载、弹载、星载等作战平台中应用广泛1-3。T/R组件是有源相控阵雷达的重要组成部分4,担负着射频信号发射、接收的重要任务,是进行波束赋形、扫描控制的基础。T/R组件通常由高功率放大器、收发开关、限幅器、低噪声放大器、移相器和衰减器等射频器件组成5-6,工作于射频和高功率状态下。射频器件性能易受环境和工作时长的影响7-9,其性能会随使用时间的增加而逐渐衰退,其关键性能参数在使用过程中会发生缓慢退化,称为性能退化。T/R组件的性能变化,影响着有源相控阵雷达整装的性能。同时,当性能退化超过一定标准后,T/R组件失效,退化数据里蕴含着T/R组件的可靠性信息,利用退化数据可以对T/R组件状态和可靠性作出评估。准确分析T/R组件性能,确定T/R组件状态1 0-1 3,从而制定相关策略延长其使用寿命,是保障有源相控阵雷达技术状态的重要基础。T/R组件测试是分析T/R组件性能的基础,其测试包括在线测试、离线测试和内建自测试等1 4-1 6。在T/R组件的应用过程中,分析其性能随时间和周围环境变化的性能退化试验是重要手段。1 T/R组件性能退化试验系统设计1.1 退化试验T/R组件在不同环境中使用时,主要受环境温度和使用时间两个因素影响。因此,T/R组件性能退化试验主要包括性能 时间试验和性能 温度试验。T/R组件的性能 时间试验是在恒定环境温度下,以固定t为时间间隔进行T/R组件性能的反复测试,并记录测量数据直至总试验时间tz,其试验流程如图1所示。图1 T/R组件性能 时间试验流程T/R组件的性能 温度试验即从最低试验温度TL到最高试验温度TH,以T为测量间隔温度,在多个温度点下保持时间tm后进行T/R组件的性能测量,其试验流程如图2所示。图2 T/R组件性能 温度试验流程通过图1、图2所示试验流程,可以获得T/R组件性能参数随时间、温度的变化情况,通过对试验数据进行拟合分析,可以建立T/R组件性能退化轨迹模型,进而获得T/R组件剩余寿命和可靠性等参数。分析过程中,常用的方法包括回归模型与伪寿命分布法、性能退化量分布法、随机系数回归模型法、随机过程法和时间序列法等。1.2 功能分析由于T/R组件可靠性较高,采用工作温度进行试验时,其性能变化较为缓慢,为了提高试验效率,通常 采 用 加 速 退 化 试 验(a c c e l e r a t e d d e g r a d a t i o n t e s t,A D T)。通过提高施加的应力水平以加速T/R组件的性能退化速度,并收集在高应力水平作用下T/R组件的性能退化数据,利用此数据对T/R组件的性能进行分析计算。与常规的T/R组件环境试验相比,性能退化试验过程耗时较长,环境条件要求更高。为了满足不同温度条件下T/R组件性能测量的条件,并在长时间测量中进行自动记录,设计实现T/R组件性能退化试验系统。试验系统主要功能有:(1)试验温度控制。T/R组件性能退化试验中,需要能够为T/R组件提供一定范围、可控的T/84 第2卷R组件环境温度,且所提供温度能够满足性能退化过程中的加速退化需求。(2)T/R组件状态控制。被测T/R组件数目较多,且不同性能参数的测试需要不同的状态,试验系统需要能够控制不同T/R组件的不同状态。(3)T/R组件性能自动测量、记录。系统能够自动进行T/R组件各性能指标的测量,并将测量结果记录到数据库。(4)测量流程控制。系统能够根据试验流程设计,自动控制试验过程,进行试验的自动化操作。2 T/R组件性能退化试验平台设计2.1 试验平台设计为了满足以上试验功能,设计T/R组件性能退化试验系统,其结构如图3所示。试验系统由高低温试验箱、网络分析仪、噪声系统分析仪、多路开关、控制板、电源和上位机等构成。图3 T/R组件性能退化试验系统结构框图(1)高低温试验箱。为试验T/R组件提供稳定、可控的环境温度(-7 01 0 0)。为提高试验效率,试验箱内可放置多块T/R组件,同时对多对象试验。(2)网络分析仪。测量T/R组件的发射通道增益、接收通道增益、公共通道移相量和衰减量,测量过程由上位机控制。上位机测试软件控制网