毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統與測試方法

專利名稱：毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統與測試方法
技術領域：
本發明屬于固態電子學的測試與測量技術領域，涉及一種毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統與測試方法。
背景技術：
隨著傳統的交通模式逐步向智能、安全、節能、高效的方向發展，77GHz ACC(Adaptive Cruise Control，自適應巡航控制)系統可以實現車輛靠自己的智能在道路上自由行駛，公路靠自身的智能將交通流量調整至最佳狀態；借助于這個系統，管理人員對道路、車輛的行蹤將掌握得一清二楚。寶馬新7系上的ACC系統被移植到了全新寶馬5系上，這套系統有著與傳統巡航系統不同的控制程序，通過方向盤下方的控制柄，駕駛者可以在30-180公里/小時，以10公里/小時為單位調整所需巡航速度。此外，ACC通過77GHz 雷達傳感器對前方120米內的車輛進行探測，當前方車輛的行駛速度低于本車的巡航速度時，該系統會自動將車速調整到與前車車速相同，以保證車距(與前車的距離可在120米內通過控制桿隨意設定)，而當前車提速時，本車也會隨之提速，直至恢復到預定的巡航速度。 這種感受非常特別，盡管在高速路上有很多車輛，但在啟動了這套巡航系統后的駕駛過程中，兩只腳就可以完全地“退居二線” 了，雖然一開始心里還有些忐忑不安，但很快就可以發現，多余的擔心完全就是杞人憂天，這套系統簡直就是名副其實的“隱形副駕駛”，只要有它在工作，駕駛者除了要自己控制轉向，其余的什么都不用管，它可以替駕駛者很好地控制油門和制動，以保證安全的車速和車距。隨著77GHz ACC系統的逐漸興起，77GHz雷達中一些核心部件(無源部件以及有源部件)、材料(例如汽車雷達前端材料)、logo都需要進行大批量傳輸特性指標的測試，那么為低成本、小體積以及高效率的76GHz 77GHz自動測試系統創造了巨大的市場空間。現有的毫米波段傳輸特性測試系統主要分為兩種第一種稱之為基于矢量網絡分析儀的擴頻測試系統，主要包括①矢量網絡分析儀、②本振信號源、③射頻信號源、④發射擴頻模塊、⑤接收擴頻模塊、⑥擴頻模塊控制器、 ⑦直流穩壓電源，共計7種設備，還不包含連接設備與設備之間的微波與毫米波測試電纜。第二種稱之為基于標量網絡分析儀的擴頻測試系統，主要包括①標量網絡分析儀、②發射擴頻模塊、③接收擴頻模塊、④直流穩壓電源、⑤功率源擴頻模塊，共計5種設備，還不包含連接設備與設備之間的微波與毫米波測試電纜，但是目前各家廠商的標量網絡分析儀均處于停產狀態。目前常用的是另一套標量網絡測試擴頻方案，主要包括①連續波信號源、②信號源擴頻模塊、③直流穩壓電源、④雙通道功率計、⑤功率傳感器(X》，共計6種設備，還不包含連接設備與設備之間的微波與毫米波測試電纜。上述現有的測試系統的優點在于，均屬于科學儀器設備，精度很高，儀器各種功能齊全，支持從單端口網絡測試與測量至四端口網絡測試與測量，但是他們又都共同存在以下五個缺陷
1)由于均屬于通用型產品，功能冗余，即相當多的功能在76GHz 77GHz傳輸特性測試領域幾乎完全用不上。2)由于都需要采用擴頻體制，體積較大，即目前還沒有任何一家測試與測量儀器領域的生產廠商公開研制Up to 77GHz的一體化測試與測量儀器，目前最高一體化測試與測量儀器最高測試頻率也僅僅只有67GHz。3)由于是通用型產品、均需采用擴頻技術，價格相當昂貴，購置周期長。4)由于牽涉的多臺測試與測量儀器，擴頻模塊之間的協同工作，客戶不易于按自己特殊要求實現定制的功能。5)目前毫米波測試通常是手工測試，即運用多次連接實現多個參數分步測量方法，通過操作面板按鍵進行測試，人工記錄測試結果。針對各個測試項目分別連接相應的儀器與被測設備，這種手工測試根本沒有辦法滿足面向批量化的流水線生產，如果沒有實現測試自動化，測試會相當繁瑣、費時費力且影響測量精度，也無法自動進行測試數據分析。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，該系統全面實現了 76GHz 77GHz傳輸特性參數的自動測試；此外，本發明還提供一種非接觸式傳輸特性的自動測試方法。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案。一種毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，包括電學測試平臺、機械支撐平臺、控制平臺；電學測試平臺與機械支撐平臺相連，控制平臺與電學測試平臺相連。作為本發明的一種優選方案，所述電學測試平臺包括發射機與接收機；所述發射機包括直接數字頻率合成器、76GHz 77GHz有源倍頻鏈、定向耦合器、發射天線、發射檢波器、“浮動地”結構的直流穩壓電源、發射機視頻放大器、發射機信號控制/采集/處理單元、 220V/50HZ三相交流電源接口、接收機電源信號接口、主控計算機控制接口、發射機-接收機通信接口、電源開關；所述“浮動地”結構的直流穩壓電源分別與直接數字頻率合成器、 76GHz 77GHz有源倍頻鏈、發射機信號控制/采集/處理單元、220V/50Hz三相交流電源接口、接收機電源信號接口、電源開關相連；直接數字頻率合成器與76GHz 77GHz有源倍頻鏈相連，76GHz 77GHz有源倍頻鏈與定向耦合器相連，定向耦合器與發射天線相連；定向耦合器與發射檢波器相連，發射檢波器與發射機視頻放大器相連，發射機視頻放大器與發射機信號控制/采集/處理單元相連。作為本發明的另一種優選方案，所述“浮動地”結構的直流穩壓電源包括220V三相交流電源、隔離變壓器、負載；所述隔離變壓器的初級與220V三相交流電源相連，次級通過無源濾波器與負載相連；所述無源濾波器包括第一旁路電容、磁珠、第二旁路電容、直流 DC ；磁珠與第二旁路電容串聯構成串聯電路，串聯電路與第一旁路電容并聯，直流DC與第二旁路電容并聯，負載與直流DC并聯。作為本發明的再一種優選方案，所述發射機信號控制/采集/處理單元包括接收機通信單元、主控計算機通信單元、直接數字頻率合成器通信單元、發射機CPU單元、CPU配套設備單元、數據總線單元、外擴控制總線單元、發射機同步數據采集單元、FPGA配套設備單元、發射機同步采集控制平臺、ADC單元；所述發射機CPU單元分別與接收機通信單元、主控計算機通信單元、直接數字頻率合成器通信單元、CPU配套設備單元、數據總線單元、外擴控制總線單元相連；所述發射機同步數據采集單元分別與數據總線單元、外擴控制總線單元、發射機同步數據采集單元、FPGA配套設備單元、發射機同步采集控制平臺、ADC單元相連。作為本發明的再一種優選方案，所述接收機包括接收天線、接收檢波器、接收機視頻放大器、接收機信號控制/采集/處理單元、接收機直流電源接口、發射機-接收機通信接口 ；接收天線與接收檢波器相連，接收檢波器與接收機視頻放大器相連，接收機視頻放大器與接收機信號控制/采集/處理單元相連，接收機信號控制/采集/處理單元分別與接收機直流電源接口、發射機-接收機通信接口相連；所述接收機信號控制/采集/處理單元包括發射機通信單元、FPGA配套設備單元、接收機同步數據采集單元、接收機同步采集控制平臺、ADC單元；所述接收機同步數據采集單元分別與發射機通信單元、FPGA配套設備單元、接收機同步采集控制平臺、ADC單元相連。作為本發明的再一種優選方案，所述機械支撐平臺包括發射機垂直升降臺、接收機垂直升降臺、水平滑動導軌、光學平臺；發射機垂直升降臺與發射機相連，接收機垂直升降臺與接收機相連；光學平臺直接與發射機垂直升降臺相連；光學平臺通過水平滑動導軌與接收機垂直升降臺相連；所述發射機垂直升降臺用以完成發射機在Z軸方向上的高度調節；接收機垂直升降臺用以完成接收機在Z軸方向的高度調節；光學平臺用以為發射機垂直升降臺、接收機垂直升降臺以及水平滑動導軌提供水平的機械支撐與定位；水平滑動導軌用以完成發射機與接收機之間的距離調節，為待測件預留合適的測量空間。作為本發明的再一種優選方案，所述控制平臺包括主控計算機；所述主控計算機根據人機交互界面的指令信息通過主控計算機控制接口完成對所述電學測試平臺中的發射機與接收機的相關控制。一種毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統的測試方法，包括以下步驟步驟一，初始化所述毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統；步驟二，校準所述毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，完成無待測件情況下的空間傳輸特性測試，獲得校準狀態下的測試信息；步驟三，完成有待測件情況下的傳輸特性測試，獲得測試狀態下的測試信息；步驟四，控制平臺分別將發射機信號控制/采集/處理單元處理后的直流電壓值與接收機信號控制/采集/處理單元處理后的直流電壓值，與預先存放在主控計算機中基于檢波器一體化定標技術得到的發射檢波器與接收檢波器三維信息表進行查表對照，最終得到發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息；步驟五，將測試狀態下獲得的發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息減去校準狀態下獲得的發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息，最終在人機交互界面上顯示出相應頻率點下待測件傳輸特性的測試曲線。作為本發明的一種優選方案，步驟一包括以下步驟H1，確保整個測試系統接“地”正常，測試環境處于正常溫度與濕度狀態；H2，通過調節發射機垂直升降臺與接收機垂直升降臺，確保發射天線與接收天線處于同一平面內；H3，緩慢移動水平滑動導軌為待測件預留測試空間；
H4，在開始測試之前，開機20分鐘以上確保有源電路處于相對穩定的工作狀態。步驟二包括以下步驟II，通過主控計算機的人機交互界面完成無待測件時的相關信息輸入與測試指令；12，主控計算機通過計算機控制接口將所述測試指令的信息發送至發射機信號控制/采集/處理單元內的發射機CPU單元中；13，發射機CPU單元發送控制字實現對直接數字頻率合成器輸出頻率的控制；14，直接數字頻率合成器輸出的信號經76GHz 77GHz有源倍頻鏈倍頻與功率放大后，完成在人機交互界面中預先設置頻率范圍的頻率輸出；然后通過定向耦合器將信號劃分為兩路，一路信號經定向耦合器的直通端口饋電到發射天線發射至待測件，另一路喜好經定向耦合器的耦合端口至發射檢波器；15，發射檢波器輸出檢波信號至發射機視頻放大器進行濾波與信號幅度放大后， 再送至發射機信號控制/采集/處理單元中的ADC單元與處理電路，再與發射機-接收機通信接口傳送的接收端處理后的數據一同經計算機控制接口送至控制平臺中。作為本發明的另一種優選方案，步驟三包括以下步驟J1，通過主控計算機的人機交互界面完成有待測件時的相關信息輸入與測試指令；J2，主控計算機通過計算機控制接口將所述測試指令的信息發送至發射機信號控制/采集/處理單元內的發射機CPU單元中；J3，發射機CPU單元發送控制字實現對直接數字頻率合成器輸出頻率的控制；J4，直接數字頻率合成器輸出的信號經76GHz 77GHz有源倍頻鏈倍頻與功率放大后，完成在人機交互界面中預先設置頻率范圍的頻率輸出；然后通過定向耦合器將信號劃分為兩路，一路信號經定向耦合器的直通端口饋電到發射天線發射至待測件，另一路喜好經定向耦合器的耦合端口至發射檢波器；J5，發射檢波器輸出檢波信號至發射機視頻放大器進行濾波與信號幅度放大后， 再送至發射機信號控制/采集/處理單元中的ADC單元與處理電路，再與發射機-接收機通信接口傳送的接收端處理后的數據一同經計算機控制接口送至控制平臺中。作為本發明的再一種優選方案，所述發射機信號控制/采集/處理單元包括接收機通信單元、主控計算機通信單元、直接數字頻率合成器通信單元、發射機CPU單元、CPU配套設備單元、數據總線單元、外擴控制總線單元、發射機同步數據采集單元、FPGA配套設備單元(A10809)、發射機同步采集控制平臺、ADC單元(A10810)；所述發射機信號控制/采集/處理單元的具體工作模式為開機首先初始化，發射機CPU單元初始化，進入待命狀態；發射機同步數據采集單元初始化，進入待命狀態；主控計算機通信單元接收主控計算機發送的掃頻控制字，掃頻控制字包括起始頻率、終止頻率、步進頻率參數；發射機CPU單元將各參數譯碼轉換成直接數字頻率合成器的控制字，通過直接數字頻率合成器通信單元發送至直接數字頻率合成器，并通過外擴控制總線單元設置發射機同步數據采集單元的采樣速度，并使發射機同步數據采集單元進入等待狀態，等待同步采集控制平臺處理從直接數字頻率合成器處發送的掃頻開始信號PSO ；發射機CPU單元設置直接數字頻率合成器成功后，直接數字頻率合成器在掃頻開始時發送 PSO信號至發射機同步采集控制平臺，發射機同步采集控制平臺接收到PSO信號后將通知發射機同步數據采集單元開始采集發送端數據，并通知接收機信號控制/采集/處理單元采集接收端數據；接收機同步數據采集單元接收到發射機同步采集控制平臺發送的數據采集命令后將按照設置的采樣率啟動ADC單元(A10810)采集發送端檢波管輸出數據；發射機同步數據采集單元在每個頻點采樣若干次，求得平均值后存入發射機同步數據采集單元的內部存儲區域中；掃頻結束后發射機同步數據采集單元通過外擴控制總線單元通知發射機CPU單元數據已采集完成；發射機CPU單元接收到數據采集完成通知后，通過外擴控制總線單元、 數據總線單元從發射機同步數據采集單元的內部存儲區域取出采集到的數據，并等待接收機信號控制/采集/處理單元發送接收端數據；接收到接收機信號控制/采集/處理單元發送的接收端數據后，發射機CPU單元通過主控計算機通信單元將取得的數據發送至主控計算機以進行后續處理；完成一次掃頻數據采集后，發射機信號控制/采集/處理單元將再次進入待命狀態，等待下一次數據采集操作；所述接收機信號控制/采集/處理單元包括發射機通信單元、FPGA配套設備單元 (A2043)、接收機同步數據采集單元、接收機同步采集控制平臺、ADC單元(A2045)；所述接收機信號控制/采集/處理單元的具體工作模式為首先開機初始化，進入待命狀態；接收機同步采集控制平臺接收到發射機同步采集控制平臺發出的開始采集信號后，通知接收機同步數據采集單元啟動ADC單元(A2045)進行接收檢波器輸出的數據采集， 為平滑采集數據，在每個頻點采樣若干次，求得平均值后存入接收機同步采集控制平臺的內部存儲區域中；掃頻結束后，接收機同步數據采集單元將采集到的數據通過發射機通信單元發送至發射端的接收機通信單元；完成一次掃頻數據采集后，接收機信號控制/采集/處理單元再次進入待命狀態， 等待下一次數據采集操作。作為本發明的再一種優選方案，所述檢波器一體化定標技術包括1)發射機與接收機檢波器的選擇；幻檢波器的定標；所述發射機與接收機檢波器的選擇的具體內容為通過對比兩只檢波器在+3dBm 、-5dBm、-10dBm、-15dBm、-20dBm、-20dBm以及_30dBm輸入功率條件下的檢波器輸出直流電壓值，選擇較差的一只作為發射檢波器，另一只作為接收檢波器；所述檢波器的定標主要包括兩方面內容一方面是檢波器與視頻放大器之間的定標，即建立檢波器的頻率-功率-直流電壓的三維信息表；另一方面是基于λ值的三維信息表查表，即主要完成對檢波器的頻率-功率-直流電壓的三維信息表的查詢；基于λ值的三維信息表查表的具體內容為依據拉格朗日中值定理與λ值定比分點定理，即選擇 76GHz 77GHz范圍內任意一個頻點作為建表對象，當ADC單元在76GHz 77GHz中某一個頻率點采集到某一個直流電壓值后，按照拉格朗日中值定理將所述直流電壓值定位到所建立的三維信息表中兩個值之間，最后基于λ值定比分點定理得到所述直流電壓值對應的功率值。
本發明的有益效果在于本發明運用虛擬儀器技術與擴頻技術的思想，全面實現了 76GHz 77GHz傳輸特性參數的自動測試，克服了目前國內毫米波測試手段與測試設備缺乏的困難，同時避免了測試設備成本昂貴，體積龐大，不易實現自動控制等缺點。


圖1為本發明所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統的結構示意2為本發明所述的發射機的結構示意圖； 圖3為本發明所述的接收機的結構示意圖4為本發明所述的發射機信號控制/采集/處理單元的結構示意圖； 圖5為本發明所述的接收機信號控制/采集/處理單元； 圖6為本發明所述的“浮動地”結構的直流穩壓電源的結構示意圖。 主要組件符號說明
A、電學測試平臺； C、控制平臺； A2、接收機；
A102、76GHz 77GHz有源倍頻鏈； A104、發射天線；
A106、“浮動地”結構的直流穩壓電源 A108、發射機信號控制/采集/處理單元 A110、接收機電源信號接口 ； A112、發射機-接收機通信接口 ； A201、接收天線； A203、接收機視頻放大器；
B、機械支撐平臺； Al、發射機；
A101、直接數字頻率合成器；
A103、定向耦合器； A105、發射檢波器； A107、發射機視頻放大器；
A109、220V/50Hz三相交流電源接口 ； Al 11、主控計算機控制接口 ； A113、電源開關； A202、接收檢波器；
A204、接收機信號控制/采集/處理單
A205、接收機直流電源接口 ；
Bi、發射機垂直升降臺；
B3、水平滑動導軌；
Cl、主控計算機；
A10802、接收機通信單元；
A10804、直接數字頻率合成器通信單元
A10806、數據總線單元；
A10808、發射機同步數據采集單元；
A10810、ADC 單元；
A2041、接收機同步數據采集單元；
A2043、FPGA配套設備單元；
A2045、ADC 單元；
A1062、耦合線圈；
A1064、磁珠；
A1066、直流 DC ；
A206、發射機-接收機通信接口 ； B2、接收機垂直升降臺； B4、光學平臺； A10801、發射機CPU單元； A10803、主控計算機通信單元； A10805、CPU配套設備單元； A10807、外擴控制總線單元； A10809、FPGA配套設備單元； A10811、發射機同步采集控制平臺 A2042、發射機通信單元； A2044、接收機同步采集控制平臺； A106U220V直流電源； A1063、第一旁路電容； A1065、第二旁路電容； A1067、負載。
具體實施例方式本發明目的在于，為克服當前76GHz 77GHz傳輸特性參數測試領域中毫米波頻段測試與測量儀器缺乏，現有測試與測量儀器體較大、成本高，現有測試方法需要通過儀器操作面板按鍵進行測試，人工記錄測試結果，導致測試不確定性因素增加，效率非常低，根本無法滿足面向批量化的流水線生產需要等缺陷。本發明是一種基于虛擬儀器技術與擴頻技術的76GHz 77GHz毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統與測試方法，主要面向低成本、小型化以及高效率的76GHz 77GHz傳輸特性參數自動測試領域，尤其涉及76GHz 77GHz自適應巡航控制系統(ACC， Adaptive Cruise Control)(Transmission Characteristic) ^ ! 域。本發明屬于固態電子學(毫米波頻段)測試與測量技術領域。下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細說明。實施例一本實施例提供一種毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，如圖1所示，包括電學測試平臺A、機械支撐平臺B、控制平臺C ；電學測試平臺A與機械支撐平臺B相連， 控制平臺C與電學測試平臺A相連；整套系統工作在76GHz 77GHz。通過虛擬儀器技術與擴頻技術實現低成本與高效率的76GHz 77GHz非接觸式傳輸特性參數自動測試。電學測試平臺1所述電學測試平臺A包括發射機Al與接收機A2。如圖2所示，所述發射機Al包括直接數字頻率合成器AlOl、76GHz 77GHz有源倍頻鏈A102、定向耦合器A103、發射天線A104、發射檢波器A105、“浮動地”結構的直流穩壓電源A106、發射機視頻放大器A107、發射機信號控制/采集/處理單元A108、220V/50Hz 三相交流電源接口 A109、接收機電源信號接口 A110、主控計算機控制接口 A111、發射機-接收機通信接口 A112、電源開關A113。所述“浮動地”結構的直流穩壓電源A106分別與直接數字頻率合成器A101、76GHz 77GHz有源倍頻鏈A102、發射機信號控制/采集/處理單元A108、220V/50Hz三相交流電源接口 A109、接收機電源信號接口 A110、電源開關A113相連；直接數字頻率合成器AlOl與76GHz 77GHz有源倍頻鏈A102相連，76GHz 77GHz有源倍頻鏈A102與定向耦合器A103相連，定向耦合器A103與發射天線A104相連；定向耦合器A103與發射檢波器A105相連，發射檢波器A105與發射機視頻放大器A107相連，發射機視頻放大器A107與發射機信號控制/采集/處理單元A108相連。如圖4所示，所述發射機信號控制/采集/處理單元包括接收機通信單元 A10802(采用UART串口實現)；主控計算機通信單元A10803 (采用UART串口實現)；直接數字頻率合成器通信單元A10804 (采用UART串口通信實現)；發射機CPU單元A10801 (采用ARM處理器實現)；CPU配套設備單元A10805(至少包括晶體振蕩器、電源模塊等)；數據總線單元A10806 (采用發射機CPU單元的GPIO實現)；外擴控制總線單元A10807 (采用發射機CPU單元的GPIO實現)；發射機同步數據采集單元A10811(采用FPGA芯片實現)； FPGA配套設備單元A10809(至少包括晶體振蕩器、電源模塊等)；發射機同步采集控制平臺 A10808 (采用FPGA配套設備單元內部邏輯資源實現)；ADC單元A10810 (采用FPGA配套設備單元內部邏輯資源和AC芯片實現)。所述發射機CPU單元分別與接收機通信單元、主控計算機通信單元、直接數字頻率合成器通信單元、CPU配套設備單元、數據總線單元、外擴控制總線單元相連；所述發射機同步數據采集單元分別與數據總線單元、外擴控制總線單元、 發射機同步數據采集單元、FPGA配套設備單元、發射機同步采集控制平臺、ADC單元相連。所述發射機信號控制/采集/處理單元的具體工作模式如下開機首先初始化，發射處理中央CPU單元初始化，進入待命狀態；發射機同步數據采集單元初始化，進入待命狀態。主控計算機通信單元接收主控計算機發送的掃頻控制字，包括起始頻率、終止頻率、步進頻率參數，發射機CPU單元將各參數譯碼轉換成直接數字頻率合成器的控制字，通過與直接數字頻率合成器通信單元發送至直接數字頻率合成器，并通過外擴控制總線單元設置發射機同步數據采集單元的采樣速度并使其進入等待狀態，等待同步采集控制平臺處理從直接數字頻率合成器處發送的掃頻開始信號PS0。接收機處理中央CPU單元設置直接數字頻率合成器成功后，直接數字頻率合成器在掃頻開始時刻將發送PSO信號至同步采集控制平臺，發射機同步采集控制平臺接收到PSO信號后將通知同步數據采集單元開始采集發送端數據，并通知接收機信號控制/采集/處理單元采集接收端數據。同步數據采集單元接收到同步采集控制平臺發送的數據采集命令后將按照設置的采樣率啟動ADC單元采集發送端檢波管輸出數據，為平滑采集數據，在每個頻點采樣若干次，求得平均值后存入同步數據采集單元的內部存儲區域中。掃頻結束后同步數據采集單元通過外擴控制總線單元通知發射機CPU單元數據已采集完成。發射機CPU單元接收到數據采集完成通知后，通過外擴地址、數據總線單元從同步數據采集單元內部存儲區域取出采集到的數據，并等待接收機信號控制/采集/處理單元發送接收端數據。接收到接收機信號控制/采集/處理單元發送的接收端數據后，發射機CPU單元通過主控計算機通信單元將取得的數據發送至主控計算機以進行后續處理。完成一次掃頻數據采集后，發射機信號控制/采集/處理單元將再次進入待命狀態，等待下一次數據采集操作。如圖6所示，所述“浮動地”結構的直流穩壓電源包括220V三相交流電源A1061、 隔離變壓器A1062、負載A1067 ；所述隔離變壓器A1062的初級與220V三相交流電源A1061 相連，次級通過無源濾波器與負載A1067相連；所述無源濾波器包括第一旁路電容A1063、 磁珠A1064、第二旁路電容A1065、直流DCA1066 ；磁珠A1064與第二旁路電容A1065串聯構成串聯電路，串聯電路與第一旁路電容A1063并聯，直流DCA1066與第二旁路電容A1065并聯，負載A1067與直流DCA1066并聯。本發明提出采用AC-DC隔離變壓器結構來進行電源部分的設計，從而將一次回路與二次回路在電氣上形成隔離，即實現了后端系統的參考地為浮動地的效果。這樣做不僅可以把地環路斷開，從而切斷市電與后端測試系統在地線上的隔離，從而消除了共模信號的串擾即避免了市電中地線的噪聲直接串擾到后端測試系統，同時保護二次回路的作用并提高了系統的EMC性能。在本案中采用這種設計方案，不僅兼顧到了系統的小型化，并且在下級供電單元中，通過磁珠、旁路電容以及其它無源濾波器的結構來降低由于電源引起的噪聲，從而提高了系統的測試精度。本發明采用較高輸出功率(+13daii士 0. 5dB)和較高頻率穩定度(_50dBc/ HzilMHz)的直接數字頻率合成器與76GHz 77GHz有源倍頻鏈技術，即運用直接數字頻率合成器和有源倍頻鏈技術實現76GHz 77GHz激勵信號，即所謂的毫米波擴頻技術，不僅保證了測試系統出色的可重復性，而且保證測試系統的具備高動態范圍(30dB)。同時采用高增益與高方向性(> 20dBi)發射天線將76GHz 77GHz主瓣波束能量集中在待測件范圍內，避免主瓣波束在非待測件上產生折射與散射，從而影響待測件測試精度。同時基于虛擬儀器技術，利用發射機信號控制/采集/處理單元中的ADC單元、發射檢波器以及發射機視頻放大器，完成對76GHz 77GHz毫米波信號的采集，不僅省去了價格昂貴的測試與測量儀表，使測試成本大大降低，而且使得構建自動測試系統的硬件大大簡化，實現了自動測試系統的小型化。采用發射檢波器與發射機視頻放大器一體化定標技術，保證三維信息表(頻率-功率-直流電壓)的準確度，從而顯著提高測試精度。所述檢波器一體化定標技術主要涉及兩個方面的內容一方面主要涉及檢波器與視頻放大器之間的定標，即建立檢波器的頻率-功率-直流電壓的三維信息表；另一方面主要涉及一種基于λ值的三維信息表查表技術，即主要完成對檢波器的頻率-功率-直流電壓的三維信息表的查詢。如圖3所示，所述接收機Α2包括接收天線Α201、接收檢波器Α202、接收機視頻放大器Α203、接收機信號控制/采集/處理單元Α204、接收機直流電源接口 Α205、發射機-接收機通信接口 Α206。接收天線Α201與接收檢波器Α202相連，接收檢波器Α202與接收機視頻放大器Α203相連，接收機視頻放大器Α203與接收機信號控制/采集/處理單元Α204相連，接收機信號控制/采集/處理單元Α204分別與接收機直流電源接口 Α205、發射機-接收機通信接口 Α206相連。如圖5所示，所述接收機信號控制/采集/處理單元包括發射機通信單元 Α2042 (采用UART串口實現)；FPGA配套設備單元Α2043 (至少包括晶體振蕩器、電源模塊等)；接收機同步數據采集單元Α2041(采用FPGA芯片實現)；接收機同步采集控制平臺 Α2044(采用FPGA內部邏輯資源實現)；ADC單元Α2045 (采用接收機同步采集控制平臺內部邏輯資源和AD芯片實現)。所述接收機信號控制/采集/處理單元的具體工作模式如下首先開機初始化，進入待命狀態。接收機同步采集控制平臺接收到發射機同步采集控制平臺發出的開始采集信號后，通知接收機同步數據采集單元啟動ADC單元進行接收端檢波管輸出的數據采集，為平滑采集數據，在每個頻點采樣若干次，求得平均值后存入接收機同步采集控制平臺的內部存儲區域中。掃頻結束后，接收機同步數據采集單元將采集到的數據通過與發射機通信單元發送至發射端的與接收機通信單元。完成一次掃頻數據采集后，接收機信號控制/采集/處理單元將再次進入待命狀態，等待下一次數據采集操作。本發明采用高增益與高方向性(> 20dBi)接收天線提高經過待測件后能量的匯聚，較高的方向性可以避免來自于干擾源干擾，從而影響待測件測試精度。同時基于虛擬儀器技術，利用接收機信號控制/采集/處理單元中的ADC單元、接收檢波器以及接收機視頻放大器，完成對76GHz 77GHz毫米波信號的采集，不僅省去了價格昂貴的測試與測量儀表，使測試成本大大降低，而且使得構建自動測試系統的硬件大大簡化，實現了自動測試系統的小型化。采用接收檢波器與接收機視頻放大器，保證三維信息表(頻率-功率-直流電壓)的準確度，從而顯著提高測試精度。本發明所涉及的電學測試平臺主要完成76GHz 77GHz激勵信號的產生、發射、接收、發射與接收信號的采集、控制、處理過程。所述“浮動地”結構的直流穩壓電源A106用以將自動測試系統“外”的回路與自動測試系統“內”的回路在電氣上形成隔離。所述發射機信號控制/采集/處理單元A108用以通過虛擬儀器技術以軟件形式而非硬件形式實現發射檢波器A105輸出信號的數據采集、信號處理、結果表達以及信號控制過程。所述電學測試平臺內部毫米波單元均采用鍍金金屬波導連接器，不僅具備較好的防氧化與防腐蝕功能，并且可以避免毫米波信號對模擬信號、電源信號以及數字信號構成的干擾。此外，電學測試平臺外部接收機電源線、發射機-接收機控制信號線均采用2層屏蔽線，不僅滿足了 EMI/EMC需要，而且與基于矢量網絡分析儀的測試系統與基于標量網絡分析儀的測試系統連接設備與設備之間的微波與毫米波測試電纜成本相比幾乎可以忽略。機械支撐平臺B所述機械支撐平臺B包括發射機垂直升降臺Bi、接收機垂直升降臺B2、水平滑動導軌B3、光學平臺B4。發射機垂直升降臺Bl與發射機Al相連，接收機垂直升降臺B2與接收機A2相連；光學平臺B4直接與發射機垂直升降臺Bl相連；光學平臺B4通過水平滑動導軌B3與接收機垂直升降臺B2相連。發射機垂直升降臺Bl主要完成發射機Al在Z軸方向上的高度調節。接收機垂直升降臺B2主要完成接收機A2在Z軸方向的高度調節。光學平臺B4主要為發射機垂直升降臺Bi、接收機垂直升降臺B2以及水平滑動導軌B3提供水平的機械支撐與定位。水平滑動導軌B3主要完成發射機與接收機之間的距離調節，為待測件預留合適的測量空間。機械支撐平臺不僅可以靈活的在X軸、Y軸、Z軸三個方向根據待測件(甚至待測件與測試夾具)的大小作出相應的調整，而且可以保證發射天線與接收天線處于同一平面內，確保發射機與接收機之間能量傳輸的最大化。運用單次連接實現多個參數同時測量的思想，通過控制平臺能夠全面實現傳輸特性參數的自動測試與自動校準過程，克服了目前國內毫米波測試手段與測試設備缺乏的困難，同時避免了手工測試低效率、精確度低、不確定因素多等缺點。控制平臺C所述控制平臺C包括主控計算機Cl。操作人員通過主控計算機Cl上的人機交互界面完成待測件相關信息(待測件測試信息與產品相關信息)輸入與測試操作，而主控計算機Cl根據人機交互界面的指令信息，通過主控計算機控制接口完成對電學測試平臺A中的發射機Al與接收機A2的相關控制(校準、測試、開始、停止)、產品相關信息(產品型號、 產品批次號、測試日期、測試工程師、客戶編號、測試溫度、測試濕度)與最終測試結果(測試數據、測試曲線、測試數據最大值、測試數據最小值、測試數據平均值)的顯示、存儲與打印輸出。本發明所述的自動測試系統是一種基于固態電子學的非接觸式測試系統，利用散射參數(S參數)機理實現76GHz 77GHz待測件非接觸式傳輸特性測試，即在無待測件的狀態下發射機產生76GHz 77GHz激勵信號，同時接收機接收來自自由空間的76GHz 77GHz信號，兩個值做差值得到在沒有待測件情況下的自由空間傳輸特性，稱之謂校準狀態。隨后將待測件放置在發射機與接收機之間，同時確保發射機與接收機之前的狀態并未改變，如果不慎改變了發射機與接收機狀態，那么請移去待測件再次重復校準狀態。將待測件放置在發射機與接收機之后，發射機再次產生76GHz 77GHz激勵信號，同時接收機接收來穿透過待測件后的76GHz 77GHz信號，兩個值做差值得到有待測件情況下的傳輸特性 (待測件傳輸特性+自由空間傳輸特性)，稱之為測試狀態。最后將測試狀態得到的數據與校準狀態得到的數據做差值，便可以得到待測件在76GHz 77GHz每一個頻點下對應的傳輸特性。本發明所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統的優點在于1)運用單次連接實現多個參數同時測量的思想，通過控制平臺能夠全面實現傳輸特性參數的自動測試與自動校準過程，克服了目前國內毫米波測試手段與測試設備缺乏的困難，同時避免了手工測試低效率、精確度低、不確定因素多等缺點。2)電學測試平臺內部毫米波單元(毫米波單元位于發射機與接收機內部，兩者均有)均采用鍍金金屬波導連接器，不僅具備較好的防氧化與防腐蝕功能，并且可以避免毫米波信號對模擬信號、電源信號以及數字信號構成的干擾。此外，電學測試平臺外部接收機電源線、發射機-接收機控制信號線均采用2層屏蔽線，不僅滿足了 EMI/EMC需要，而且與基于矢量網絡分析儀的測試系統與基于標量網絡分析儀的測試系統連接設備與設備之間的微波與毫米波測試電纜成本相比幾乎可以忽略。3)通過機械支撐平臺不僅可以靈活的在X軸、Y軸、Z軸三個方向根據待測件(甚至待測件與測試夾具)的大小作出相應的調整，而且可以保證發射天線與接收天線處于同一平面內，確保發射機與接收機之間能量傳輸的最大化。4)通過所述“浮動地”結構的直流穩壓電源，不僅可以把地環路斷開，從而切斷市電與后端測試系統在地線上的隔離，從而消除了共模信號的串擾，即避免了市電中地線的噪聲直接串擾到后端測試系統，同時保護二次回路的作用并提高了系統的EMC性能。5)通過虛擬儀器技術，不僅省去了價格昂貴的測試與測量儀表，使測試成本大大降低，而且使得構建自動測試系統的硬件大大簡化，實現了自動測試系統的小型化。6)通過檢波器一體化定標技術，不僅考慮到檢波器與視頻放大器之間的阻抗失配，而且考慮到視頻放大器實際存在的輸入失調電壓以及輸入失調電流帶來的誤差等客觀因素，進一步確保了整套系統在較大測試動態范圍內的測試精度。7)通過檢波器一體化定標技術，不僅避免了在毫米波段通過曲線擬合技術實現頻率-功率-直流電壓的三維信息曲線所需花費高昂的代價，而且通過基于λ值的三維信息表查表技術可以滿足自動測試系統在流水線上測試效率的要求。實施例二本實施例提供一種實施例一所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統的測試方法，該方法包括以下步驟(1)自動測試系統的初始化步驟。首先，確保整個測試系統接“地”正常，測試環境處于正常溫度(例如，25°C )與濕度狀態(例如，40%)。其次，通過調節發射機垂直升降臺與接收機垂直升降臺，確保發射天線與接收天線處于同一平面內。接著，緩慢移動水平滑動導軌為待測件預留測試空間，其中測試距離最小值由接收機信號控制/采集/處理單元內的ADC單元最大量程決定，而測試距離最大值由接收機信號控制/采集/處理單元內的ADC單元最小分辨率決定。最后， 所述自動測試系統在測試之前，需要開機20分鐘以上確保直接數字頻率合成器、76GHz 77GHz有源倍頻鏈等有源電路處于相對穩定的工作狀態。
(2)自動測試系統的校準步驟完成無待測件情況下的空間傳輸特性測試。操作人員通過主控計算機的人機交互界面完成待測件相關信息(待測件測試頻率信息與產品相關信息)輸入與測試指令；而主控計算機根據人機交互界面的測試指令信息，通過主控計算機控制接口將所述測試指令信息發送至發射機信號控制/采集/處理單元內的處理電路(ARM處理器)中，ARM處理器發送控制字實現對直接數字頻率合成器輸出頻率的控制，直接數字頻率合成器輸出信號經76GHz 77GHz有源倍頻鏈倍頻與功率放大后最終完成在人機交互界面中預先設置頻率范圍的頻率輸出，接著信號通過定向耦合器將信號劃分為兩路，一路經定向耦合器的直通端口饋電到發射天線發射至待測件，另一路經定向耦合器的耦合端口至發射檢波器，發射檢波器輸出檢波信號至發射機視頻放大器進行濾波與信號幅度放大后送至發射機信號控制/采集/處理單元中的ADC單元與ARM處理器 (發射機CPU單元)，與發射機-接收機通信接口傳送的接收端處理后的數據一同經計算機控制接口送至控制平臺中。發射機信號控制/采集/處理單元中的ARM處理器發送控制字實現對直接數字頻率合成器輸出頻率的控制，直接數字頻率合成器在接收到控制字后將發送一個上升沿信號 PSO給ARM處理器作為發射機信號控制/采集/處理單元與接收機信號控制/采集/處理單元內ADC單元的觸發信號，確保發射機與接收機采集信號的同步性。接收天線接收信號經接收檢波器后，完成信號的AC-DC轉換過程，輸出檢波信號至接收機視頻放大器，信號經過濾波與信號放大后送至接收機信號控制/采集/處理單元中的ADC單元與FPGA信號處理電路(即接收機同步數據采集單元)，處理后的信號經發射機-接收機通信接口送至發射機中信號控制/采集/處理單元中。控制平臺分別將發射機信號控制/采集/處理單元處理后的直流電壓值與接收機信號控制/采集/處理單元處理后的直流電壓值，與預先存放在主控計算機中基于檢波器一體化定標技術得到的發射檢波器與接收檢波器三維信息表(頻率-功率-直流電壓)進行查表對照，通過基于λ值的三維信息表查表技術，最終得到發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息。(3)自動測試系統的測試步驟完成有待測件情況下的傳輸特性測試首先確保在發射機與接收機之間除了加入了待測件以外，其余狀態均未發生改變，倘若狀態發生改變，需要重新進行測試系統的校準。操作人員通過人機交互界面完成待測件相關信息(待測件測試頻率信息與產品相關信息)輸入與測試操作，而主控計算機根據人機交互界面的指令信息，通過主控計算機控制接口將上述信息發送至發射機信號控制/采集/處理單元內的ARM處理器中，ARM處理器發送控制字實現直接數字頻率合成器輸出頻率的控制，直接數字頻率合成器輸出信號經76GHz 77GHz有源倍頻鏈倍頻與功率放大后最終完成在人機交互界面中預先設置頻率范圍的頻率輸出，接著信號通過定向耦合器將信號劃分為兩路，一路經定向耦合器的直通端口饋電到發射天線發射至待測件，另一路經定向耦合器的耦合端口至發射檢波器，發射檢波器輸出檢波信號至發射機視頻放大器進行濾波與信號幅度放大后送至發射機信號控制/采集/處理單元中的ADC單元與FPGA信號處理電路，與發射機-接收機通信接口傳送的接收端處理后的數據一同經計算機控制接口送至控制平臺中。發射機信號控制/采集/處理單元中的ARM處理器發送控制字實現對直接數字頻率合成器輸出頻率的控制，直接數字頻率合成器在接收到控制字后將發送一個上升沿信號 PSO給ARM處理器作為發射機與接收機信號控制/采集/處理單元內ADC單元的觸發信號， 確保發射機與接收機采集信號的同步性。接收天線接收信號經接收檢波器后，完成信號的AC-DC的過程，輸出檢波信號至接收機視頻放大器，信號經過濾波與信號放大后送至接收機信號控制/采集/處理單元中的ADC單元與FPGA信號處理電路，處理后的信號經發射機-接收機通信接口送至發射機中信號控制/采集/處理單元中。(4)發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息。控制平臺分別將發射機信號控制/采集/處理單元處理后的直流電壓值與接收機信號控制/采集/處理單元處理后的直流電壓值，與預先存放在主控計算機中基于檢波器一體化定標技術得到的發射檢波器與接收檢波器三維信息表(頻率-功率-直流電壓)進行查表對照，通過基于λ值的三維信息表查表技術，最終得到發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息。(5)獲得待測件傳輸特性的測試曲線。最后，將測試系統的測試狀態下測試得到的發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息減去測試系統的校準狀態下測試得到的發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息，最終在人機交互界面上顯示出相應頻率點下待測件傳輸特性的測試曲線。檢波器一體化定標技術主要涉及對象為檢波器與視頻放大器，包含二方面內容， 即發射檢波器與接收檢波器的選擇；檢波器的定標技術。通常檢波器輸出直流信號定標主要采用示波器與普通萬用表，由于示波器與普通萬用表在定標精度上無法滿足在76GHz 77GHz 30dB的測試動態范圍下0. IdB 0. 5dB測試精度的要求，因此本發明所述的自動測試系統提出采用61/2位數字萬用表對檢波器進行定標。通常檢波器輸入毫米波信號功率的定標主要依賴于冷-熱源定標法，成本相當高， 因此本發明所述測試系統提出傳輸特性測試方法是一種相對值測量法，只要校準狀態與測量狀態信號源與有源倍頻器具備足夠的一致性(頻率穩定度)，因此一般的二極管功率計與精密可變衰減器定標法足以保證76GHz 77GHz 30dB的測試動態范圍下0. IdB 0. 5dB 測試精度要求，但是需要保證發射檢波器與接收檢波器是在同一時間段內完成定標工作。由于本發明所述的測試系統采用的直接數字頻率合成器與76GHz 77GHz有源倍頻鏈在76GHz 77GHz具備足夠的輸出功率穩定度與平坦度(例如，+13(1 !士0. 5dB)，以及頻率穩定度(例如，-50dBc/HZ@lMHZ)，并且定向耦合器具備足夠的耦合平坦度(例如， IOdB士0. 5dB)，因而發射檢波器在76GHz 77GHz變化范圍相對較小，因而定標范圍可以縮小至(例如，+3daii +IdBm)范圍內，這樣有利于提高數據庫中發射檢波器三維信息表(頻率-功率-直流電壓)進行查表效率與降低數據庫存儲容量。傳統的檢波器定標方法僅僅只是對單個檢波器進行定標，沒有考慮到后面視頻放大器與檢波器之間的阻抗失配、視頻放大器零點漂移等實際存在情況，本發明提出發射檢波器與發射機視頻放大器一體化定標技術，不僅考慮到檢波器與視頻放大器之間的阻抗失配，而且考慮到視頻放大器實際存在的輸入失調電壓以及輸入失調電流帶來的誤差等客觀因素，進一步確保了整套系統76GHz 77GHz 30dB的測試動態范圍下0. IdB 0. 5dB測試精度。傳統方法在檢波器定標后通常基于曲線擬合技術，擬合出頻率-功率-直流電壓的三維信息曲線，但是在76GHz 77GHz內想要通過曲線擬合技術實現頻率_功率-直流電壓的三維信息曲線需要花費相當昂貴的代價，主要原因在于相對低頻段而言，在76GHz 77GHz無法采集足夠多且足夠高精度的功率信息、直流電壓信息與頻率信息，因此本測試系統通過以下兩個方法解決該問題(1)發射機與接收檢波器的選擇考慮到整個測試系統需要具備76GHz 77GHz 30dB的測試動態范圍下0. IdB 0. 5dB測試精度與76GHz 77GHz檢波器實際存在的不一致性，而且相對接收檢波器而言， 發射檢波器輸入功率相當穩定，因而通過對比兩只檢波器在+3dBm、-5dBm、-10dBm、-15dBm、 -20dBm、-20dBm以及_30daii輸入功率條件下的檢波器輸出直流電壓值，選擇較差一只作為發射檢波器，另一只作為接收檢波器。(2)檢波器的定標技術在76GHz 77GHz如果采用曲線擬合技術需要具備足夠多的測試數據，并且保證這些測試數據足夠精確，由于目前商用最高水平的精密衰減器在OdB IOdB衰減量程內具備0. 1 dB的衰減精度，在IOdB 20dB衰減量程內具備0. 2dB衰減精度，在20dB 30dB衰減量程內具備0. 5dB衰減精度，但是這些171個數據點如果需要實現曲線擬合需要花費很高的代價，那么另一種常規的方法就是查表技術，如果在76GHz 77GHz頻段內每IOMHz作為一個頻率步進值，那么根據上文所述一個檢波器需要建立171X 101 = 17271張數據表格， 不僅花費高額的時間代價，而且效率較低。因此，本發明提出的檢波器定標技術為一種基于 λ值的三維信息表查表技術，其基本原理主要依據拉格朗日中值定理與λ值定比分點定理，即選擇76GHz 77GHz范圍內任意一個頻點作為建表對象，那么當ADC單元在76GHz 77GHz某一個頻率點采集到某一個直流電壓值后，將按照拉格朗日中值定理將該直流電壓值定位到所建立的三維信息表中兩個值之間，最后基于λ值定比分點定理得到該值對應的功率值。a)基于拉格朗日中值定理假設f (χ)在[a, b]連續，在(a, b)可微，則在(a, b)間至少有一點c使
權利要求
1.一種毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，其特征在于包括電學測試平臺、機械支撐平臺、控制平臺；電學測試平臺與機械支撐平臺相連，控制平臺與電學測試平臺相連。
2.根據權利要求1所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，其特征在于 所述電學測試平臺包括發射機與接收機；所述發射機包括直接數字頻率合成器、76GHz 77GHz有源倍頻鏈、定向耦合器、發射天線、發射檢波器、“浮動地”結構的直流穩壓電源、發射機視頻放大器、發射機信號控制/采集/處理單元、220V/50HZ三相交流電源接口、接收機電源信號接口、主控計算機控制接口、發射機-接收機通信接口(AlU)、電源開關；所述“浮動地”結構的直流穩壓電源分別與直接數字頻率合成器、76GHz 77GHz有源倍頻鏈、發射機信號控制/采集/處理單元、220V/50HZ三相交流電源接口、接收機電源信號接口、電源開關相連；直接數字頻率合成器與76GHz 77GHz有源倍頻鏈相連，76GHz 77GHz有源倍頻鏈與定向耦合器相連，定向耦合器與發射天線相連；定向耦合器與發射檢波器相連，發射檢波器與發射機視頻放大器相連，發射機視頻放大器與發射機信號控制/采集/處理單元相連。
3.根據權利要求2所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，其特征在所述“浮動地”結構的直流穩壓電源包括220V三相交流電源、隔離變壓器、負載；所述隔離變壓器的初級與220V三相交流電源相連，次級通過無源濾波器與負載相連；所述無源濾波器包括第一旁路電容、磁珠、第二旁路電容、直流DC ；磁珠與第二旁路電容串聯構成串聯電路，串聯電路與第一旁路電容并聯，直流DC與第二旁路電容并聯，負載與直流DC并聯。
4.根據權利要求2所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，其特征在于 所述發射機信號控制/采集/處理單元包括接收機通信單元、主控計算機通信單元、直接數字頻率合成器通信單元、發射機CPU單元、CPU配套設備單元、數據總線單元、外擴控制總線單元、發射機同步數據采集單元、FPGA配套設備單元(A10809)、發射機同步采集控制平臺、 ADC單元(A10810)；所述發射機CPU單元分別與接收機通信單元、主控計算機通信單元、直接數字頻率合成器通信單元、CPU配套設備單元、數據總線單元、外擴控制總線單元相連； 所述發射機同步數據采集單元分別與數據總線單元、外擴控制總線單元、發射機同步數據采集單元、FPGA配套設備單元(A10809)、發射機同步采集控制平臺、ADC單元(A10810)相連。
5.根據權利要求2所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，其特征在于 所述接收機包括接收天線、接收檢波器、接收機視頻放大器、接收機信號控制/采集/處理單元、接收機直流電源接口、發射機-接收機通信接口(A206)；接收天線與接收檢波器相連，接收檢波器與接收機視頻放大器相連，接收機視頻放大器與接收機信號控制/采集/處理單元相連，接收機信號控制/采集/處理單元分別與接收機直流電源接口、發射機-接收機通信接口相連；所述接收機信號控制/采集/處理單元包括發射機通信單元、 FPGA配套設備單元(A2043)、接收機同步數據采集單元、接收機同步采集控制平臺、ADC單元(A2045)；所述接收機同步數據采集單元分別與發射機通信單元、FPGA配套設備單元 (A2043)、接收機同步采集控制平臺、ADC單元(A20^)相連。
6.根據權利要求2所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，其特征在于 所述機械支撐平臺包括發射機垂直升降臺、接收機垂直升降臺、水平滑動導軌、光學平臺；發射機垂直升降臺與發射機相連，接收機垂直升降臺與接收機相連；光學平臺直接與發射機垂直升降臺相連；光學平臺通過水平滑動導軌與接收機垂直升降臺相連；所述發射機垂直升降臺用以完成發射機在Z軸方向上的高度調節；接收機垂直升降臺用以完成接收機在 Z軸方向的高度調節；光學平臺用以為發射機垂直升降臺、接收機垂直升降臺以及水平滑動導軌提供水平的機械支撐與定位；水平滑動導軌用以完成發射機與接收機之間的距離調節，為待測件預留合適的測量空間。
7.根據權利要求1所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，其特征在于 所述控制平臺包括主控計算機；所述主控計算機根據人機交互界面的指令信息通過主控計算機控制接口完成對所述電學測試平臺中的發射機與接收機的相關控制。
8.—種權利要求1至7任意一項所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統的測試方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，初始化所述毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統； 步驟二，校準所述毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，完成無待測件情況下的空間傳輸特性測試，獲得校準狀態下的測試信息；步驟三，完成有待測件情況下的傳輸特性測試，獲得測試狀態下的測試信息； 步驟四，控制平臺分別將發射機信號控制/采集/處理單元處理后的直流電壓值與接收機信號控制/采集/處理單元處理后的直流電壓值，與預先存放在主控計算機中基于檢波器一體化定標技術得到的發射檢波器與接收檢波器三維信息表進行查表對照，最終得到發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息；步驟五，將測試狀態下獲得的發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息減去校準狀態下獲得的發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息，最終在人機交互界面上顯示出相應頻率點下待測件傳輸特性的測試曲線。
9.根據權利要求8所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統的測試方法，其特征在于，步驟一包括以下步驟Hl，確保整個測試系統接“地”正常，測試環境處于正常溫度與濕度狀態； H2，通過調節發射機垂直升降臺與接收機垂直升降臺，確保發射天線與接收天線處于同一平面內；H3，緩慢移動水平滑動導軌為待測件預留測試空間；H4，在開始測試之前，開機20分鐘以上確保有源電路處于相對穩定的工作狀態。
10.根據權利要求8所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統的測試方法， 其特征在于，步驟二包括以下步驟II，通過主控計算機的人機交互界面完成無待測件時的相關信息輸入與測試指令； 12，主控計算機通過計算機控制接口將所述測試指令的信息發送至發射機信號控制/ 采集/處理單元內的發射機CPU單元中；·13，發射機CPU單元發送控制字實現對直接數字頻率合成器輸出頻率的控制； 14，直接數字頻率合成器輸出的信號經76GHz 77GHz有源倍頻鏈倍頻與功率放大后， 完成在人機交互界面中預先設置頻率范圍的頻率輸出；然后通過定向耦合器將信號劃分為兩路，一路信號經定向耦合器的直通端口饋電到發射天線發射至待測件，另一路喜好經定向耦合器的耦合端口至發射檢波器；·15，發射檢波器輸出檢波信號至發射機視頻放大器進行濾波與信號幅度放大后，再送至發射機信號控制/采集/處理單元中的ADC單元與處理電路，再與發射機-接收機通信接口傳送的接收端處理后的數據一同經計算機控制接口送至控制平臺中。
11.根據權利要求8所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統的測試方法， 其特征在于，步驟三包括以下步驟J1，通過主控計算機的人機交互界面完成有待測件時的相關信息輸入與測試指令；J2，主控計算機通過計算機控制接口將所述測試指令的信息發送至發射機信號控制/ 采集/處理單元內的發射機CPU單元中；J3，發射機CPU單元發送控制字實現對直接數字頻率合成器輸出頻率的控制；J4，直接數字頻率合成器輸出的信號經76GHz 77GHz有源倍頻鏈倍頻與功率放大后， 完成在人機交互界面中預先設置頻率范圍的頻率輸出；然后通過定向耦合器將信號劃分為兩路，一路信號經定向耦合器的直通端口饋電到發射天線發射至待測件，另一路喜好經定向耦合器的耦合端口至發射檢波器；J5，發射檢波器輸出檢波信號至發射機視頻放大器進行濾波與信號幅度放大后，再送至發射機信號控制/采集/處理單元中的ADC單元與處理電路，再與發射機-接收機通信接口傳送的接收端處理后的數據一同經計算機控制接口送至控制平臺中。
12.根據權利要求8所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統的測試方法， 其特征在于，所述發射機信號控制/采集/處理單元包括接收機通信單元、主控計算機通信單元、直接數字頻率合成器通信單元、發射機CPU單元、CPU配套設備單元、數據總線單元、外擴控制總線單元、發射機同步數據采集單元、FPGA配套設備單元(A10809)、發射機同步采集控制平臺、ADC 單元(A10810)；所述發射機信號控制/采集/處理單元的具體工作模式為開機首先初始化，發射機CPU單元初始化，進入待命狀態；發射機同步數據采集單元初始化，進入待命狀態；主控計算機通信單元接收主控計算機發送的掃頻控制字，掃頻控制字包括起始頻率、 終止頻率、步進頻率參數；發射機CPU單元將各參數譯碼轉換成直接數字頻率合成器的控制字，通過直接數字頻率合成器通信單元發送至直接數字頻率合成器，并通過外擴控制總線單元設置發射機同步數據采集單元的采樣速度，并使發射機同步數據采集單元進入等待狀態，等待同步采集控制平臺處理從直接數字頻率合成器處發送的掃頻開始信號PSO ；發射機CPU單元設置直接數字頻率合成器成功后，直接數字頻率合成器在掃頻開始時發送 PSO信號至發射機同步采集控制平臺，發射機同步采集控制平臺接收到PSO信號后將通知發射機同步數據采集單元開始采集發送端數據，并通知接收機信號控制/采集/處理單元采集接收端數據；接收機同步數據采集單元接收到發射機同步采集控制平臺發送的數據采集命令后將按照設置的采樣率啟動ADC單元(A10810)采集發送端檢波管輸出數據；發射機同步數據采集單元在每個頻點采樣若干次，求得平均值后存入發射機同步數據采集單元的內部存儲區域中；掃頻結束后發射機同步數據采集單元通過外擴控制總線單元通知發射機CPU單元數據已采集完成；發射機CPU單元接收到數據采集完成通知后，通過外擴控制總線單元、數據總線單元從發射機同步數據采集單元的內部存儲區域取出采集到的數據，并等待接收機信號控制/采集/處理單元發送接收端數據；接收到接收機信號控制/采集/處理單元發送的接收端數據后，發射機CPU單元通過主控計算機通信單元將取得的數據發送至主控計算機以進行后續處理；完成一次掃頻數據采集后，發射機信號控制/采集/處理單元將再次進入待命狀態，等待下一次數據采集操作；所述接收機信號控制/采集/處理單元包括發射機通信單元、FPGA配套設備單元 (A2043)、接收機同步數據采集單元、接收機同步采集控制平臺、ADC單元(A2045)； 所述接收機信號控制/采集/處理單元的具體工作模式為 首先開機初始化，進入待命狀態；接收機同步采集控制平臺接收到發射機同步采集控制平臺發出的開始采集信號后，通知接收機同步數據采集單元啟動ADC單元(A204O進行接收檢波器輸出的數據采集，為平滑采集數據，在每個頻點采樣若干次，求得平均值后存入接收機同步采集控制平臺的內部存儲區域中；掃頻結束后，接收機同步數據采集單元將采集到的數據通過發射機通信單元發送至發射端的接收機通信單元；完成一次掃頻數據采集后，接收機信號控制/采集/處理單元再次進入待命狀態，等待下一次數據采集操作。
13.根據權利要求8所述的毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統的測試方法， 其特征在于，所述檢波器一體化定標技術包括1)發射機與接收機檢波器的選擇；幻檢波器的定標；所述發射機與接收機檢波器的選擇的具體內容為通過對比兩只檢波器在+3dBm、-5d Bm、-10dBm、-15dBm、-20dBm、-20dBm以及-30dBm輸入功率條件下的檢波器輸出直流電壓值， 選擇較差的一只作為發射檢波器，另一只作為接收檢波器；所述檢波器的定標主要包括兩方面內容一方面是檢波器與視頻放大器之間的定標， 即建立檢波器的頻率-功率-直流電壓的三維信息表；另一方面是基于λ值的三維信息表查表，即主要完成對檢波器的頻率-功率-直流電壓的三維信息表的查詢；基于λ值的三維信息表查表的具體內容為依據拉格朗日中值定理與λ值定比分點定理，即選擇 76GHz 77GHz范圍內任意一個頻點作為建表對象，當ADC單元在76GHz 77GHz中某一個頻率點采集到某一個直流電壓值后，按照拉格朗日中值定理將所述直流電壓值定位到所建立的三維信息表中兩個值之間，最后基于λ值定比分點定理得到所述直流電壓值對應的功率值。
全文摘要
本發明公開了一種毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統與測試方法，該方法包括初始化毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統；校準毫米波段非接觸式傳輸特性的自動測試系統，完成無待測件情況下的空間傳輸特性測試，獲得校準狀態下的測試信息；完成有待測件情況下的傳輸特性測試，獲得測試狀態下的測試信息；獲得發射端與接收端在每一個頻率值下對應的功率信息；將測試狀態下獲得的功率信息減去校準狀態下獲得的功率信息，顯示出待測件傳輸特性的測試曲線。本發明實現了76GHz～77GHz傳輸特性參數的自動測試，克服了毫米波測試手段與測試設備缺乏的困難，避免了測試設備成本昂貴，體積龐大，不易實現自動控制等缺點。
文檔編號H04B17/00GK102307070SQ20111013955
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月26日 優先權日2011年5月26日
發明者佟瑞, 吳亮, 孫曉瑋, 李江夏, 樓丹, 沈瑋, 胡澤鑫, 錢蓉 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所