陳華習(xí)，李 茂，李 洋

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所，四川 成都 610036）

0 引 言

目前，電磁干擾（Electro Magnetic Interference，EMI）設(shè)備在各類戰(zhàn)場平臺(tái)均發(fā)揮著重要作用，其具有體積小、電子集成度高以及可靠性要求高等特點(diǎn)。為了保證彈載平臺(tái)小型EMI設(shè)備在打擊過程中穩(wěn)定發(fā)揮干擾敵方雷達(dá)的作用，在制造過程中需要進(jìn)行可靠性測試，剔除其在工藝、元器材、原材料等方面的缺陷，而電老煉試驗(yàn)是可靠性測試的重要一環(huán)。某型彈載平臺(tái)的EMI設(shè)備在常溫下進(jìn)行電老煉試驗(yàn)，要求累計(jì)上電時(shí)間不小于200 h，扣除在模塊級(jí)和分級(jí)級(jí)所完成的155 h，在整機(jī)級(jí)EMI設(shè)備還需要完成45 h[1-3]。根據(jù)EMI設(shè)備電老煉試驗(yàn)要求，單次電老煉循環(huán)設(shè)備上電時(shí)間為10 min，下電后的設(shè)備散熱時(shí)間則根據(jù)散熱條件而定。在上電過程中，需要測試設(shè)備的輸出功率、靈敏度等指標(biāo)。電老煉系統(tǒng)開發(fā)之前，采用人工對(duì)設(shè)備進(jìn)行上電、下電、指標(biāo)測試等工作，不僅工作量大，時(shí)間成本高，而且長時(shí)間工作容易導(dǎo)致試驗(yàn)人員疲勞，存在發(fā)生質(zhì)量事故的風(fēng)險(xiǎn)[4-6]。為了縮短電老煉試驗(yàn)周期，減少質(zhì)量事故的發(fā)生，設(shè)計(jì)一種適用于小型EMI設(shè)備的電老煉系統(tǒng)。

1 電老煉系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

某型彈載平臺(tái)小型EMI設(shè)備集合了雷達(dá)信號(hào)的接收、分選、處理和電磁信號(hào)的產(chǎn)生、放大、發(fā)射等功能，需要大量使用集成度較高、功能較全的元器材，導(dǎo)致設(shè)備上電后發(fā)熱量較大，而該EMI設(shè)備沒有自帶散熱功能的風(fēng)機(jī)等裝置，自身散熱效率極低，無法在短時(shí)間內(nèi)將設(shè)備溫度恢復(fù)至常溫狀態(tài)。由于電老煉過程中設(shè)備散熱時(shí)間高達(dá)67.5 h，對(duì)電老煉周期影響極大，因此在電老煉系統(tǒng)開發(fā)時(shí)需要考慮設(shè)備的快速散熱問題。

由于該型EMI設(shè)備自身散熱功能較差，為了避免加電時(shí)間較長導(dǎo)致設(shè)備損壞，單次上電時(shí)間不能超過10 min。同時(shí)為了確保整機(jī)級(jí)設(shè)備上電時(shí)間不小于45 h，則整個(gè)電老煉過程需完成270次的上電、散熱以及指標(biāo)測試等。為了減少質(zhì)量問題的發(fā)生，保證試驗(yàn)的完整性，電老煉試驗(yàn)人員需具備較高的技能水平，在操作過程中需保持注意力高度集中?；诖耍娎蠠捲囼?yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮操作的便捷性，實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)上電、自動(dòng)下電、自動(dòng)測試以及數(shù)據(jù)自動(dòng)處理與保存等功能。除此之外，該型EMI設(shè)備數(shù)量需求極大，為了確保EMI設(shè)備能保質(zhì)保量完成交付，在縮短電老煉時(shí)間的基礎(chǔ)上還應(yīng)考慮多套并行試驗(yàn)的能力，以達(dá)到提高產(chǎn)能的目的[7-10]。

2 電老煉系統(tǒng)組成

基于上述思路設(shè)計(jì)電老煉試驗(yàn)系統(tǒng)，主要包括散熱系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、微波信號(hào)激勵(lì)及微波信號(hào)輸出網(wǎng)絡(luò)以及工控機(jī)等，如圖1所示。

2.1 散熱系統(tǒng)

從經(jīng)濟(jì)性、便捷性、能耗、散熱效率等方面考慮，散熱系統(tǒng)由自制通道箱式散熱夾具和吹風(fēng)機(jī)組成，其中通道箱式散熱夾具為半封閉式結(jié)構(gòu)。通道箱式散熱夾具模型如圖2所示。

在電老煉過程中，吹風(fēng)機(jī)向散熱夾具的進(jìn)風(fēng)口吹風(fēng)，由于通道箱式散熱夾具只保留出風(fēng)口，其余方位呈密閉狀態(tài)，因此風(fēng)機(jī)吹出的風(fēng)能夠攜帶EMI設(shè)備的熱量快速從夾具的出風(fēng)口散出，以此達(dá)到對(duì)設(shè)備快速散熱的目的。

2.2 電源系統(tǒng)

電老煉系統(tǒng)中的電源由可程控直流電源和非程控直流電源組成?？沙炭刂绷麟娫赐ㄟ^自制供電電纜連接EMI設(shè)備進(jìn)行供電，額定電壓不小于20 V、額定電流不小于50 A，并且可以由測試軟件通過通用接口總線（General-Purpose Interface Bus，GPIB）控制其打開和關(guān)閉。非程控直流電源為微波激勵(lì)和微波輸出網(wǎng)絡(luò)中的射頻開關(guān)供電，額定電壓不小于28 V，額定電流不小于5 A，可以長時(shí)間保持穩(wěn)定輸出。

2.3 微波信號(hào)激勵(lì)及微波信號(hào)輸出網(wǎng)絡(luò)

微波信號(hào)激勵(lì)網(wǎng)絡(luò)由微波信號(hào)源、功分器、射頻開關(guān)以及射頻電纜組成。微波信號(hào)源輸出的信號(hào)經(jīng)過多路功分器處理后功分成多路信號(hào)分別發(fā)送給射頻開關(guān)1、射頻開關(guān)2、…、射頻開關(guān)2n-1（n為設(shè)備數(shù)量），各個(gè)射頻開關(guān)則根據(jù)測試軟件中的通道控制命令將相應(yīng)通道打開，并將信號(hào)送至EMI設(shè)備的對(duì)應(yīng)輸入接口。工控機(jī)中的測試軟件通過GPIB總線對(duì)微波信號(hào)源的信號(hào)頻率、功率進(jìn)行設(shè)置和輸出。

微波信號(hào)輸出網(wǎng)絡(luò)由頻譜分析儀、功分器、射頻開關(guān)、衰減器以及之間互連的射頻電纜組成。電磁信號(hào)從設(shè)備輸出接口輸出，經(jīng)過衰減器處理后送至射頻開關(guān)2、射頻開關(guān)4、...、射頻開關(guān)2n（n為設(shè)備數(shù)量），各個(gè)射頻開關(guān)則根據(jù)測試軟件中的通道控制命令將相應(yīng)的通道打開，并將微波信號(hào)送至功分器，最后由功分器將微波信號(hào)輸出至頻譜分析儀，頻譜分析儀對(duì)接收到的信號(hào)實(shí)時(shí)采集。

2.4 工控機(jī)系統(tǒng)

電老煉系統(tǒng)中，工控機(jī)搭載GPIB、IO96板卡以及基于NI488、C#開發(fā)環(huán)境的測試軟件。通過GPIB協(xié)議對(duì)系統(tǒng)中的程控直流電源、微波信號(hào)源、頻譜分析儀、開關(guān)通道進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)程控直流電源的定時(shí)打開和關(guān)閉、微波信號(hào)源參數(shù)設(shè)置、頻譜分析儀參數(shù)設(shè)置、射頻開關(guān)控制等功能。

3 測試軟件設(shè)計(jì)

在電老煉試驗(yàn)系統(tǒng)中，儀器控制、射頻開關(guān)通道控制、指標(biāo)測試以及數(shù)據(jù)處理等功能均由測試軟件實(shí)現(xiàn)。

3.1 測試軟件開發(fā)流程

電老煉系統(tǒng)測試軟件開發(fā)流程如圖3所示。

從圖3可以看出，EMI設(shè)備電老煉測試嵌套著內(nèi)、外2個(gè)循環(huán)流程。其中，內(nèi)循環(huán)流程主要包括指標(biāo)測試功能、測試通道遍歷功能、EMI設(shè)備遍歷功能。指標(biāo)測試功能實(shí)現(xiàn)對(duì)單套EMI設(shè)備單個(gè)通道的靈敏度、輸出功率測試，確保指標(biāo)的全覆蓋測試。測試通道遍歷功能則確保每套EMI設(shè)備的所有通道都被測試，避免通道遺漏。EMI設(shè)備遍歷功能確保單次電老煉循環(huán)中所有EMI設(shè)備均能被測試，避免設(shè)備遺漏。外循環(huán)流程實(shí)現(xiàn)定時(shí)循環(huán)功能，為整個(gè)電老煉過程提供時(shí)間軸，保證電老煉試驗(yàn)的完整性。

3.2 UI設(shè)計(jì)

測試軟件用戶界面（User Interface，UI）設(shè)計(jì)應(yīng)本著簡捷、明晰的原則，本次設(shè)計(jì)的測試軟件界面由參數(shù)設(shè)置窗口、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示窗口2部分組成。其中，參數(shù)設(shè)置窗口包含測試項(xiàng)目選擇、電老煉時(shí)間/次數(shù)設(shè)置、設(shè)備信息填寫以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存路徑填寫等功能，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示窗口界面實(shí)時(shí)顯示電老煉過程中的測試進(jìn)程和測試數(shù)據(jù)。

除此之外，測試軟件支持一鍵啟動(dòng)功能。一鍵啟動(dòng)后，測試軟件根據(jù)時(shí)間軸自行完成整個(gè)電老煉試驗(yàn)過程中的自動(dòng)上電和下電、指標(biāo)測試、數(shù)據(jù)處理和保存，無需人員參與，為實(shí)現(xiàn)全過程無人操作創(chuàng)造條件。

4 效果檢查與分析

為了驗(yàn)證此次開發(fā)的電老煉系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，選取編號(hào)為1#和2#的2套EMI設(shè)備進(jìn)行20次循環(huán)的電老煉驗(yàn)證。驗(yàn)證步驟如下：按照電老煉系統(tǒng)組成框圖連接儀器、工控機(jī)、射頻開關(guān)；將兩臺(tái)EMI設(shè)備分別放置在2個(gè)不同的通道箱式散熱夾具中，按照接線關(guān)系將射頻電纜及供電電纜通過電纜走線孔與設(shè)備進(jìn)行連接；依次完成GPIB/IO96接口初始化、電老煉時(shí)間/次數(shù)設(shè)置、設(shè)備信息填寫、試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存路徑填寫等設(shè)置，設(shè)置完成后一鍵啟動(dòng)電老煉；每次測試時(shí)間到達(dá)后，測試系統(tǒng)按照測試流程對(duì)2套EMI設(shè)備的靈敏度和輸出功率進(jìn)行測試，測試結(jié)束后對(duì)測試結(jié)果判斷和保存；電老煉結(jié)束后，對(duì)2套EMI設(shè)備電老煉數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

電老煉結(jié)束后，將2套設(shè)備各20次電老煉測試數(shù)據(jù)分別與手動(dòng)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和分析，以測試誤差均方根（Root Mean Square，RMS）作為測試準(zhǔn)確性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。1#、2#這2套EMI設(shè)備的靈敏度測試誤差分析情況如圖4、圖5所示，其誤差均在±1 dBc以內(nèi)，具有高度的一致性和穩(wěn)定性。

1#、2#這2套EMI設(shè)備的輸出功率測試誤差分析情況如圖6、圖7所示，其誤差均在±1.3 dBc以內(nèi)，具有高度的一致性和穩(wěn)定性。

從輸出功率、靈敏度測試數(shù)據(jù)的分析情況可知，使用電老煉系統(tǒng)后，測試數(shù)據(jù)的一致性良好，測試準(zhǔn)確性較高。在電老煉試驗(yàn)驗(yàn)證過程中，電老煉系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，整個(gè)過程未出現(xiàn)異常情況。

5 結(jié) 論

針對(duì)EMI設(shè)備電老煉系統(tǒng)中的硬件組成和構(gòu)建給出明確思路，采用通道箱式散熱夾具和吹風(fēng)機(jī)組成散熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)EMI設(shè)備快速散熱功能，為縮短電老煉周期創(chuàng)造條件。通過電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、微波信號(hào)激勵(lì)及微波信號(hào)輸出網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、測試軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電老煉全過程定時(shí)自動(dòng)上電和下電，同時(shí)自動(dòng)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、處理、判斷以及保存。