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