CN102307070A - 毫米波段非接触式传输特性的自动测试***与测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波段非接触式传输特性的自动测试***与测试方法，该方法包括：初始化毫米波段非接触式传输特性的自动测试***；校准毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，完成无待测件情况下的空间传输特性测试，获得校准状态下的测试信息；完成有待测件情况下的传输特性测试，获得测试状态下的测试信息；获得发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息；将测试状态下获得的功率信息减去校准状态下获得的功率信息，显示出待测件传输特性的测试曲线。本发明实现了76GHz～77GHz传输特性参数的自动测试，克服了毫米波测试手段与测试设备缺乏的困难，避免了测试设备成本昂贵，体积庞大，不易实现自动控制等缺点。

Description

毫米波段非接触式传输特性的自动测试***与测试方法

技术领域

本发明属于固态电子学的测试与测量技术领域，涉及一种毫米波段非接触式传输特性的自动测试***与测试方法。

背景技术

随着传统的交通模式逐步向智能、安全、节能、高效的方向发展，77GHz ACC(AdaptiveCruise Control，自适应巡航控制)***可以实现车辆靠自己的智能在道路上自由行驶，公路靠自身的智能将交通流量调整至最佳状态；借助于这个***，管理人员对道路、车辆的行踪将掌握得一清二楚。宝马新7系上的ACC***被移植到了全新宝马5系上，这套***有着与传统巡航***不同的控制程序，通过方向盘下方的控制柄，驾驶者可以在30-180公里/小时，以10公里/小时为单位调整所需巡航速度。此外，ACC通过77GHz雷达传感器对前方120米内的车辆进行探测，当前方车辆的行驶速度低于本车的巡航速度时，该***会自动将车速调整到与前车车速相同，以保证车距(与前车的距离可在120米内通过控制杆随意设定)，而当前车提速时，本车也会随之提速，直至恢复到预定的巡航速度。这种感受非常特别，尽管在高速路上有很多车辆，但在启动了这套巡航***后的驾驶过程中，两只脚就可以完全地“退居二线”了，虽然一开始心里还有些忐忑不安，但很快就可以发现，多余的担心完全就是杞人忧天，这套***简直就是名副其实的“隐形副驾驶”，只要有它在工作，驾驶者除了要自己控制转向，其余的什么都不用管，它可以替驾驶者很好地控制油门和制动，以保证安全的车速和车距。

随着77GHz ACC***的逐渐兴起，77GHz雷达中一些核心部件(无源部件以及有源部件)、材料(例如汽车雷达前端材料)、logo都需要进行大批量传输特性指标的测试，那么为低成本、小体积以及高效率的76GHz～77GHz自动测试***创造了巨大的市场空间。

现有的毫米波段传输特性测试***主要分为两种：

第一种称之为基于矢量网络分析仪的扩频测试***，主要包括①矢量网络分析仪、②本振信号源、③射频信号源、④发射扩频模块、⑤接收扩频模块、⑥扩频模块控制器、⑦直流稳压电源，共计7种设备，还不包含连接设备与设备之间的微波与毫米波测试电缆。

第二种称之为基于标量网络分析仪的扩频测试***，主要包括①标量网络分析仪、②发射扩频模块、③接收扩频模块、④直流稳压电源、⑤功率源扩频模块，共计5种设备，还不包含连接设备与设备之间的微波与毫米波测试电缆，但是目前各家厂商的标量网络分析仪均处于停产状态。

目前常用的是另一套标量网络测试扩频方案，主要包括①连续波信号源、②信号源扩频模块、③直流稳压电源、④双通道功率计、⑤功率传感器(×2)，共计6种设备，还不包含连接设备与设备之间的微波与毫米波测试电缆。

上述现有的测试***的优点在于，均属于科学仪器设备，精度很高，仪器各种功能齐全，支持从单端口网络测试与测量至四端口网络测试与测量，但是他们又都共同存在以下五个缺陷：

1)由于均属于通用型产品，功能冗余，即相当多的功能在76GHz～77GHz传输特性测试领域几乎完全用不上。

2)由于都需要采用扩频体制，体积较大，即目前还没有任何一家测试与测量仪器领域的生产厂商公开研制Up to 77GHz的一体化测试与测量仪器，目前最高一体化测试与测量仪器最高测试频率也仅仅只有67GHz。

3)由于是通用型产品、均需采用扩频技术，价格相当昂贵，购置周期长。

4)由于牵涉的多台测试与测量仪器，扩频模块之间的协同工作，客户不易于按自己特殊要求实现定制的功能。

5)目前毫米波测试通常是手工测试，即运用多次连接实现多个参数分步测量方法，通过操作面板按键进行测试，人工记录测试结果。针对各个测试项目分别连接相应的仪器与被测设备，这种手工测试根本没有办法满足面向批量化的流水线生产，如果没有实现测试自动化，测试会相当繁琐、费时费力且影响测量精度，也无法自动进行测试数据分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，该***全面实现了76GHz～77GHz传输特性参数的自动测试；

此外，本发明还提供一种非接触式传输特性的自动测试方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，包括电学测试平台、机械支撑平台、控制平台；电学测试平台与机械支撑平台相连，控制平台与电学测试平台相连。

作为本发明的一种优选方案，所述电学测试平台包括发射机与接收机；所述发射机包括直接数字频率合成器、76GHz～77GHz有源倍频链、定向耦合器、发射天线、发射检波器、“浮动地”结构的直流稳压电源、发射机视频放大器、发射机信号控制/采集/处理单元、220V/50Hz三相交流电源接口、接收机电源信号接口、主控计算机控制接口、发射机-接收机通信接口、电源开关；所述“浮动地”结构的直流稳压电源分别与直接数字频率合成器、76GHz～77GHz有源倍频链、发射机信号控制/采集/处理单元、220V/50Hz三相交流电源接口、接收机电源信号接口、电源开关相连；直接数字频率合成器与76GHz～77GHz有源倍频链相连，76GHz～77GHz有源倍频链与定向耦合器相连，定向耦合器与发射天线相连；定向耦合器与发射检波器相连，发射检波器与发射机视频放大器相连，发射机视频放大器与发射机信号控制/采集/处理单元相连。

作为本发明的另一种优选方案，所述“浮动地”结构的直流稳压电源包括220V三相交流电源、隔离变压器、负载；所述隔离变压器的初级与220V三相交流电源相连，次级通过无源滤波器与负载相连；所述无源滤波器包括第一旁路电容、磁珠、第二旁路电容、直流DC；磁珠与第二旁路电容串联构成串联电路，串联电路与第一旁路电容并联，直流DC与第二旁路电容并联，负载与直流DC并联。

作为本发明的再一种优选方案，所述发射机信号控制/采集/处理单元包括接收机通信单元、主控计算机通信单元、直接数字频率合成器通信单元、发射机CPU单元、CPU配套设备单元、数据总线单元、外扩控制总线单元、发射机同步数据采集单元、FPGA配套设备单元、发射机同步采集控制平台、ADC单元；所述发射机CPU单元分别与接收机通信单元、主控计算机通信单元、直接数字频率合成器通信单元、CPU配套设备单元、数据总线单元、外扩控制总线单元相连；所述发射机同步数据采集单元分别与数据总线单元、外扩控制总线单元、发射机同步数据采集单元、FPGA配套设备单元、发射机同步采集控制平台、ADC单元相连。

作为本发明的再一种优选方案，所述接收机包括接收天线、接收检波器、接收机视频放大器、接收机信号控制/采集/处理单元、接收机直流电源接口、发射机-接收机通信接口；接收天线与接收检波器相连，接收检波器与接收机视频放大器相连，接收机视频放大器与接收机信号控制/采集/处理单元相连，接收机信号控制/采集/处理单元分别与接收机直流电源接口、发射机-接收机通信接口相连；所述接收机信号控制/采集/处理单元包括发射机通信单元、FPGA配套设备单元、接收机同步数据采集单元、接收机同步采集控制平台、ADC单元；所述接收机同步数据采集单元分别与发射机通信单元、FPGA配套设备单元、接收机同步采集控制平台、ADC单元相连。

作为本发明的再一种优选方案，所述机械支撑平台包括发射机垂直升降台、接收机垂直升降台、水平滑动导轨、光学平台；发射机垂直升降台与发射机相连，接收机垂直升降台与接收机相连；光学平台直接与发射机垂直升降台相连；光学平台通过水平滑动导轨与接收机垂直升降台相连；所述发射机垂直升降台用以完成发射机在Z轴方向上的高度调节；接收机垂直升降台用以完成接收机在Z轴方向的高度调节；光学平台用以为发射机垂直升降台、接收机垂直升降台以及水平滑动导轨提供水平的机械支撑与定位；水平滑动导轨用以完成发射机与接收机之间的距离调节，为待测件预留合适的测量空间。

作为本发明的再一种优选方案，所述控制平台包括主控计算机；所述主控计算机根据人机交互界面的指令信息通过主控计算机控制接口完成对所述电学测试平台中的发射机与接收机的相关控制。

一种毫米波段非接触式传输特性的自动测试***的测试方法，包括以下步骤：

步骤一，初始化所述毫米波段非接触式传输特性的自动测试***；

步骤二，校准所述毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，完成无待测件情况下的空间传输特性测试，获得校准状态下的测试信息；

步骤三，完成有待测件情况下的传输特性测试，获得测试状态下的测试信息；

步骤四，控制平台分别将发射机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值与接收机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值，与预先存放在主控计算机中基于检波器一体化定标技术得到的发射检波器与接收检波器三维信息表进行查表对照，最终得到发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息；

步骤五，将测试状态下获得的发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息减去校准状态下获得的发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息，最终在人机交互界面上显示出相应频率点下待测件传输特性的测试曲线。

作为本发明的一种优选方案，步骤一包括以下步骤：

H1，确保整个测试***接“地”正常，测试环境处于正常温度与湿度状态；

H2，通过调节发射机垂直升降台与接收机垂直升降台，确保发射天线与接收天线处于同一平面内；

H3，缓慢移动水平滑动导轨为待测件预留测试空间；

H4，在开始测试之前，开机20分钟以上确保有源电路处于相对稳定的工作状态。

步骤二包括以下步骤：

I1，通过主控计算机的人机交互界面完成无待测件时的相关信息输入与测试指令；

I2，主控计算机通过计算机控制接口将所述测试指令的信息发送至发射机信号控制/采集/处理单元内的发射机CPU单元中；

I3，发射机CPU单元发送控制字实现对直接数字频率合成器输出频率的控制；

I4，直接数字频率合成器输出的信号经76GHz～77GHz有源倍频链倍频与功率放大后，完成在人机交互界面中预先设置频率范围的频率输出；然后通过定向耦合器将信号划分为两路，一路信号经定向耦合器的直通端口馈电到发射天线发射至待测件，另一路喜好经定向耦合器的耦合端口至发射检波器；

I5，发射检波器输出检波信号至发射机视频放大器进行滤波与信号幅度放大后，再送至发射机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与处理电路，再与发射机-接收机通信接口传送的接收端处理后的数据一同经计算机控制接口送至控制平台中。

作为本发明的另一种优选方案，步骤三包括以下步骤：

J1，通过主控计算机的人机交互界面完成有待测件时的相关信息输入与测试指令；

J2，主控计算机通过计算机控制接口将所述测试指令的信息发送至发射机信号控制/采集/处理单元内的发射机CPU单元中；

J3，发射机CPU单元发送控制字实现对直接数字频率合成器输出频率的控制；

J4，直接数字频率合成器输出的信号经76GHz～77GHz有源倍频链倍频与功率放大后，完成在人机交互界面中预先设置频率范围的频率输出；然后通过定向耦合器将信号划分为两路，一路信号经定向耦合器的直通端口馈电到发射天线发射至待测件，另一路喜好经定向耦合器的耦合端口至发射检波器；

J5，发射检波器输出检波信号至发射机视频放大器进行滤波与信号幅度放大后，再送至发射机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与处理电路，再与发射机-接收机通信接口传送的接收端处理后的数据一同经计算机控制接口送至控制平台中。

作为本发明的再一种优选方案，所述发射机信号控制/采集/处理单元包括接收机通信单元、主控计算机通信单元、直接数字频率合成器通信单元、发射机CPU单元、CPU配套设备单元、数据总线单元、外扩控制总线单元、发射机同步数据采集单元、FPGA配套设备单元(A10809)、发射机同步采集控制平台、ADC单元(A10810)；

所述发射机信号控制/采集/处理单元的具体工作模式为：

开机首先初始化，发射机CPU单元初始化，进入待命状态；发射机同步数据采集单元初始化，进入待命状态；

主控计算机通信单元接收主控计算机发送的扫频控制字，扫频控制字包括起始频率、终止频率、步进频率参数；发射机CPU单元将各参数译码转换成直接数字频率合成器的控制字，通过直接数字频率合成器通信单元发送至直接数字频率合成器，并通过外扩控制总线单元设置发射机同步数据采集单元的采样速度，并使发射机同步数据采集单元进入等待状态，等待同步采集控制平台处理从直接数字频率合成器处发送的扫频开始信号PS0；发射机CPU单元设置直接数字频率合成器成功后，直接数字频率合成器在扫频开始时发送PS0信号至发射机同步采集控制平台，发射机同步采集控制平台接收到PS0信号后将通知发射机同步数据采集单元开始采集发送端数据，并通知接收机信号控制/采集/处理单元采集接收端数据；接收机同步数据采集单元接收到发射机同步采集控制平台发送的数据采集命令后将按照设置的采样率启动ADC单元(A10810)采集发送端检波管输出数据；发射机同步数据采集单元在每个频点采样若干次，求得平均值后存入发射机同步数据采集单元的内部存储区域中；

扫频结束后发射机同步数据采集单元通过外扩控制总线单元通知发射机CPU单元数据已采集完成；发射机CPU单元接收到数据采集完成通知后，通过外扩控制总线单元、数据总线单元从发射机同步数据采集单元的内部存储区域取出采集到的数据，并等待接收机信号控制/采集/处理单元发送接收端数据；接收到接收机信号控制/采集/处理单元发送的接收端数据后，发射机CPU单元通过主控计算机通信单元将取得的数据发送至主控计算机以进行后续处理；

完成一次扫频数据采集后，发射机信号控制/采集/处理单元将再次进入待命状态，等待下一次数据采集操作；

所述接收机信号控制/采集/处理单元包括发射机通信单元、FPGA配套设备单元(A2043)、接收机同步数据采集单元、接收机同步采集控制平台、ADC单元(A2045)；

所述接收机信号控制/采集/处理单元的具体工作模式为：

首先开机初始化，进入待命状态；

接收机同步采集控制平台接收到发射机同步采集控制平台发出的开始采集信号后，通知接收机同步数据采集单元启动ADC单元(A2045)进行接收检波器输出的数据采集，为平滑采集数据，在每个频点采样若干次，求得平均值后存入接收机同步采集控制平台的内部存储区域中；扫频结束后，接收机同步数据采集单元将采集到的数据通过发射机通信单元发送至发射端的接收机通信单元；

完成一次扫频数据采集后，接收机信号控制/采集/处理单元再次进入待命状态，等待下一次数据采集操作。

作为本发明的再一种优选方案，所述检波器一体化定标技术包括：1)发射机与接收机检波器的选择；2)检波器的定标；

所述发射机与接收机检波器的选择的具体内容为：通过对比两只检波器在+3dBm、-5dBm、-10dBm、-15dBm、-20dBm、-20dBm以及-30dBm输入功率条件下的检波器输出直流电压值，选择较差的一只作为发射检波器，另一只作为接收检波器；

所述检波器的定标主要包括两方面内容：一方面是检波器与视频放大器之间的定标，即建立检波器的频率-功率-直流电压的三维信息表；另一方面是基于λ值的三维信息表查表，即主要完成对检波器的频率-功率-直流电压的三维信息表的查询；基于λ值的三维信息表查表的具体内容为：依据拉格朗日中值定理与λ值定比分点定理，即选择76GHz～77GHz范围内任意一个频点作为建表对象，当ADC单元在76GHz～77GHz中某一个频率点采集到某一个直流电压值后，按照拉格朗日中值定理将所述直流电压值定位到所建立的三维信息表中两个值之间，最后基于λ值定比分点定理得到所述直流电压值对应的功率值。

本发明的有益效果在于：本发明运用虚拟仪器技术与扩频技术的思想，全面实现了76GHz～77GHz传输特性参数的自动测试，克服了目前国内毫米波测试手段与测试设备缺乏的困难，同时避免了测试设备成本昂贵，体积庞大，不易实现自动控制等缺点。

附图说明

图1为本发明所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***的结构示意图；

图2为本发明所述的发射机的结构示意图；

图3为本发明所述的接收机的结构示意图；

图4为本发明所述的发射机信号控制/采集/处理单元的结构示意图；

图5为本发明所述的接收机信号控制/采集/处理单元；

图6为本发明所述的“浮动地”结构的直流稳压电源的结构示意图。

主要组件符号说明：

A、电学测试平台；                     B、机械支撑平台；

C、控制平台；                         A1、发射机；

A2、接收机；                          A101、直接数字频率合成器；

A102、76GHz～77GHz有源倍频链；        A103、定向耦合器；

A104、发射天线；                      A105、发射检波器；

A106、“浮动地”结构的直流稳压电源；  A107、发射机视频放大器；

A108、发射机信号控制/采集/处理单元；  A109、220V/50Hz三相交流电源接口；

A110、接收机电源信号接口；            A111、主控计算机控制接口；

A112、发射机-接收机通信接口；         A113、电源开关；

A201、接收天线；                      A202、接收检波器；

A203、接收机视频放大器；              A204、接收机信号控制/采集/处理单元；

A205、接收机直流电源接口；            A206、发射机-接收机通信接口；

B1、发射机垂直升降台；                B2、接收机垂直升降台；

B3、水平滑动导轨；                    B4、光学平台；

C1、主控计算机；                      A10801、发射机CPU单元；

A10802、接收机通信单元；              A10803、主控计算机通信单元；

A10804、直接数字频率合成器通信单元；  A10805、CPU配套设备单元；

A10806、数据总线单元；                A10807、外扩控制总线单元；

A10808、发射机同步数据采集单元；      A10809、FPGA配套设备单元；

A10810、ADC单元；                    A10811、发射机同步采集控制平台；

A2041、接收机同步数据采集单元；      A2042、发射机通信单元；

A2043、FPGA配套设备单元；            A2044、接收机同步采集控制平台；

A2045、ADC单元；                     A1061、220V直流电源；

A1062、耦合线圈；                    A1063、第一旁路电容；

A1064、磁珠；                        A1065、第二旁路电容；

A1066、直流DC；                      A1067、负载。

具体实施方式

本发明目的在于，为克服当前76GHz～77GHz传输特性参数测试领域中毫米波频段测试与测量仪器缺乏，现有测试与测量仪器体较大、成本高，现有测试方法需要通过仪器操作面板按键进行测试，人工记录测试结果，导致测试不确定性因素增加，效率非常低，根本无法满足面向批量化的流水线生产需要等缺陷。

本发明是一种基于虚拟仪器技术与扩频技术的76GHz～77GHz毫米波段非接触式传输特性的自动测试***与测试方法，主要面向低成本、小型化以及高效率的76GHz～77GHz传输特性参数自动测试领域，尤其涉及76GHz～77GHz自适应巡航控制***(ACC，Adaptive CruiseControl)中物质传输特性(Transmission Characteristic)自动测试领域。本发明属于固态电子学(毫米波频段)测试与测量技术领域。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，如图1所示，包括电学测试平台A、机械支撑平台B、控制平台C；电学测试平台A与机械支撑平台B相连，控制平台C与电学测试平台A相连；整套***工作在76GHz～77GHz。通过虚拟仪器技术与扩频技术实现低成本与高效率的76GHz～77GHz非接触式传输特性参数自动测试。

【电学测试平台1】

所述电学测试平台A包括发射机A1与接收机A2。

如图2所示，所述发射机A1包括直接数字频率合成器A101、76GHz～77GHz有源倍频链A102、定向耦合器A103、发射天线A104、发射检波器A105、“浮动地”结构的直流稳压电源A106、发射机视频放大器A107、发射机信号控制/采集/处理单元A108、220V/50Hz三相交流电源接口A109、接收机电源信号接口A110、主控计算机控制接口A111、发射机-接收机通信接口A112、电源开关A113。所述“浮动地”结构的直流稳压电源A106分别与直接数字频率合成器A101、76GHz～77GHz有源倍频链A102、发射机信号控制/采集/处理单元A108、220V/50Hz三相交流电源接口A109、接收机电源信号接口A110、电源开关A113相连；直接数字频率合成器A101与76GHz～77GHz有源倍频链A102相连，76GHz～77GHz有源倍频链A102与定向耦合器A103相连，定向耦合器A103与发射天线A104相连；定向耦合器A103与发射检波器A105相连，发射检波器A105与发射机视频放大器A107相连，发射机视频放大器A107与发射机信号控制/采集/处理单元A108相连。

如图4所示，所述发射机信号控制/采集/处理单元包括：接收机通信单元A10802(采用UART串口实现)；主控计算机通信单元A10803(采用UART串口实现)；直接数字频率合成器通信单元A10804(采用UART串口通信实现)；发射机CPU单元A10801(采用ARM处理器实现)；CPU配套设备单元A10805(至少包括晶体振荡器、电源模块等)；数据总线单元A10806(采用发射机CPU单元的GPIO实现)；外扩控制总线单元A10807(采用发射机CPU单元的GPIO实现)；发射机同步数据采集单元A10811(采用FPGA芯片实现)；FPGA配套设备单元A10809(至少包括晶体振荡器、电源模块等)；发射机同步采集控制平台A10808(采用FPGA配套设备单元内部逻辑资源实现)；ADC单元A10810(采用FPGA配套设备单元内部逻辑资源和AC芯片实现)。所述发射机CPU单元分别与接收机通信单元、主控计算机通信单元、直接数字频率合成器通信单元、CPU配套设备单元、数据总线单元、外扩控制总线单元相连；所述发射机同步数据采集单元分别与数据总线单元、外扩控制总线单元、发射机同步数据采集单元、FPGA配套设备单元、发射机同步采集控制平台、ADC单元相连。

所述发射机信号控制/采集/处理单元的具体工作模式如下：

开机首先初始化，发射处理中央CPU单元初始化，进入待命状态；发射机同步数据采集单元初始化，进入待命状态。

主控计算机通信单元接收主控计算机发送的扫频控制字，包括起始频率、终止频率、步进频率参数，发射机CPU单元将各参数译码转换成直接数字频率合成器的控制字，通过与直接数字频率合成器通信单元发送至直接数字频率合成器，并通过外扩控制总线单元设置发射机同步数据采集单元的采样速度并使其进入等待状态，等待同步采集控制平台处理从直接数字频率合成器处发送的扫频开始信号PS0。接收机处理中央CPU单元设置直接数字频率合成器成功后，直接数字频率合成器在扫频开始时刻将发送PS0信号至同步采集控制平台，发射机同步采集控制平台接收到PS0信号后将通知同步数据采集单元开始采集发送端数据，并通知接收机信号控制/采集/处理单元采集接收端数据。同步数据采集单元接收到同步采集控制平台发送的数据采集命令后将按照设置的采样率启动ADC单元采集发送端检波管输出数据，为平滑采集数据，在每个频点采样若干次，求得平均值后存入同步数据采集单元的内部存储区域中。

扫频结束后同步数据采集单元通过外扩控制总线单元通知发射机CPU单元数据已采集完成。发射机CPU单元接收到数据采集完成通知后，通过外扩地址、数据总线单元从同步数据采集单元内部存储区域取出采集到的数据，并等待接收机信号控制/采集/处理单元发送接收端数据。接收到接收机信号控制/采集/处理单元发送的接收端数据后，发射机CPU单元通过主控计算机通信单元将取得的数据发送至主控计算机以进行后续处理。

完成一次扫频数据采集后，发射机信号控制/采集/处理单元将再次进入待命状态，等待下一次数据采集操作。

如图6所示，所述“浮动地”结构的直流稳压电源包括220V三相交流电源A1061、隔离变压器A1062、负载A1067；所述隔离变压器A1062的初级与220V三相交流电源A1061相连，次级通过无源滤波器与负载A1067相连；所述无源滤波器包括第一旁路电容A1063、磁珠A1064、第二旁路电容A1065、直流DCA1066；磁珠A1064与第二旁路电容A1065串联构成串联电路，串联电路与第一旁路电容A1063并联，直流DCA1066与第二旁路电容A1065并联，负载A1067与直流DCA1066并联。

本发明提出采用AC-DC隔离变压器结构来进行电源部分的设计，从而将一次回路与二次回路在电气上形成隔离，即实现了后端***的参考地为浮动地的效果。这样做不仅可以把地环路断开，从而切断市电与后端测试***在地线上的隔离，从而消除了共模信号的串扰即避免了市电中地线的噪声直接串扰到后端测试***，同时保护二次回路的作用并提高了***的EMC性能。在本案中采用这种设计方案，不仅兼顾到了***的小型化，并且在下级供电单元中，通过磁珠、旁路电容以及其它无源滤波器的结构来降低由于电源引起的噪声，从而提高了***的测试精度。

本发明采用较高输出功率(+13dBm±0.5dB)和较高频率稳定度(-50dBc/Hz1MHz)的直接数字频率合成器与76GHz～77GHz有源倍频链技术，即运用直接数字频率合成器和有源倍频链技术实现76GHz～77GHz激励信号，即所谓的毫米波扩频技术，不仅保证了测试***出色的可重复性，而且保证测试***的具备高动态范围(30dB)。同时采用高增益与高方向性(＞20dBi)发射天线将76GHz～77GHz主瓣波束能量集中在待测件范围内，避免主瓣波束在非待测件上产生折射与散射，从而影响待测件测试精度。同时基于虚拟仪器技术，利用发射机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元、发射检波器以及发射机视频放大器，完成对76GHz～77GHz毫米波信号的采集，不仅省去了价格昂贵的测试与测量仪表，使测试成本大大降低，而且使得构建自动测试***的硬件大大简化，实现了自动测试***的小型化。采用发射检波器与发射机视频放大器一体化定标技术，保证三维信息表(频率-功率-直流电压)的准确度，从而显著提高测试精度。所述检波器一体化定标技术主要涉及两个方面的内容：一方面主要涉及检波器与视频放大器之间的定标，即建立检波器的频率-功率-直流电压的三维信息表；另一方面主要涉及一种基于λ值的三维信息表查表技术，即主要完成对检波器的频率-功率-直流电压的三维信息表的查询。

如图3所示，所述接收机A2包括接收天线A201、接收检波器A202、接收机视频放大器A203、接收机信号控制/采集/处理单元A204、接收机直流电源接口A205、发射机-接收机通信接口A206。接收天线A201与接收检波器A202相连，接收检波器A202与接收机视频放大器A203相连，接收机视频放大器A203与接收机信号控制/采集/处理单元A204相连，接收机信号控制/采集/处理单元A204分别与接收机直流电源接口A205、发射机-接收机通信接口A206相连。

如图5所示，所述接收机信号控制/采集/处理单元包括：发射机通信单元A2042(采用UART串口实现)；FPGA配套设备单元A2043(至少包括晶体振荡器、电源模块等)；接收机同步数据采集单元A2041(采用FPGA芯片实现)；接收机同步采集控制平台A2044(采用FPGA内部逻辑资源实现)；ADC单元A2045(采用接收机同步采集控制平台内部逻辑资源和AD芯片实现)。

所述接收机信号控制/采集/处理单元的具体工作模式如下：

首先开机初始化，进入待命状态。

接收机同步采集控制平台接收到发射机同步采集控制平台发出的开始采集信号后，通知接收机同步数据采集单元启动ADC单元进行接收端检波管输出的数据采集，为平滑采集数据，在每个频点采样若干次，求得平均值后存入接收机同步采集控制平台的内部存储区域中。扫频结束后，接收机同步数据采集单元将采集到的数据通过与发射机通信单元发送至发射端的与接收机通信单元。

完成一次扫频数据采集后，接收机信号控制/采集/处理单元将再次进入待命状态，等待下一次数据采集操作。

本发明采用高增益与高方向性(＞20dBi)接收天线提高经过待测件后能量的汇聚，较高的方向性可以避免来自于干扰源干扰，从而影响待测件测试精度。同时基于虚拟仪器技术，利用接收机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元、接收检波器以及接收机视频放大器，完成对76GHz～77GHz毫米波信号的采集，不仅省去了价格昂贵的测试与测量仪表，使测试成本大大降低，而且使得构建自动测试***的硬件大大简化，实现了自动测试***的小型化。采用接收检波器与接收机视频放大器，保证三维信息表(频率-功率-直流电压)的准确度，从而显著提高测试精度。

本发明所涉及的电学测试平台主要完成76GHz～77GHz激励信号的产生、发射、接收、发射与接收信号的采集、控制、处理过程。所述“浮动地”结构的直流稳压电源A106用以将自动测试***“外”的回路与自动测试***“内”的回路在电气上形成隔离。所述发射机信号控制/采集/处理单元A108用以通过虚拟仪器技术以软件形式而非硬件形式实现发射检波器A105输出信号的数据采集、信号处理、结果表达以及信号控制过程。

所述电学测试平台内部毫米波单元均采用镀金金属波导连接器，不仅具备较好的防氧化与防腐蚀功能，并且可以避免毫米波信号对模拟信号、电源信号以及数字信号构成的干扰。此外，电学测试平台外部接收机电源线、发射机-接收机控制信号线均采用2层屏蔽线，不仅满足了EMI/EMC需要，而且与基于矢量网络分析仪的测试***与基于标量网络分析仪的测试***连接设备与设备之间的微波与毫米波测试电缆成本相比几乎可以忽略。

【机械支撑平台B】

所述机械支撑平台B包括发射机垂直升降台B1、接收机垂直升降台B2、水平滑动导轨B3、光学平台B4。发射机垂直升降台B1与发射机A1相连，接收机垂直升降台B2与接收机A2相连；光学平台B4直接与发射机垂直升降台B1相连；光学平台B4通过水平滑动导轨B3与接收机垂直升降台B2相连。

发射机垂直升降台B1主要完成发射机A1在Z轴方向上的高度调节。接收机垂直升降台B2主要完成接收机A2在Z轴方向的高度调节。光学平台B4主要为发射机垂直升降台B1、接收机垂直升降台B2以及水平滑动导轨B3提供水平的机械支撑与定位。水平滑动导轨B3主要完成发射机与接收机之间的距离调节，为待测件预留合适的测量空间。

机械支撑平台不仅可以灵活的在X轴、Y轴、Z轴三个方向根据待测件(甚至待测件与测试夹具)的大小作出相应的调整，而且可以保证发射天线与接收天线处于同一平面内，确保发射机与接收机之间能量传输的最大化。运用单次连接实现多个参数同时测量的思想，通过控制平台能够全面实现传输特性参数的自动测试与自动校准过程，克服了目前国内毫米波测试手段与测试设备缺乏的困难，同时避免了手工测试低效率、精确度低、不确定因素多等缺点。

【控制平台C】

所述控制平台C包括主控计算机C1。操作人员通过主控计算机C1上的人机交互界面完成待测件相关信息(待测件测试信息与产品相关信息)输入与测试操作，而主控计算机C1根据人机交互界面的指令信息，通过主控计算机控制接口完成对电学测试平台A中的发射机A1与接收机A2的相关控制(校准、测试、开始、停止)、产品相关信息(产品型号、产品批次号、测试日期、测试工程师、客户编号、测试温度、测试湿度)与最终测试结果(测试数据、测试曲线、测试数据最大值、测试数据最小值、测试数据平均值)的显示、存储与打印输出。

本发明所述的自动测试***是一种基于固态电子学的非接触式测试***，利用散射参数(S参数)机理实现76GHz～77GHz待测件非接触式传输特性测试，即在无待测件的状态下发射机产生76GHz～77GHz激励信号，同时接收机接收来自自由空间的76GHz～77GHz信号，两个值做差值得到在没有待测件情况下的自由空间传输特性，称之谓校准状态。随后将待测件放置在发射机与接收机之间，同时确保发射机与接收机之前的状态并未改变，如果不慎改变了发射机与接收机状态，那么请移去待测件再次重复校准状态。将待测件放置在发射机与接收机之后，发射机再次产生76GHz～77GHz激励信号，同时接收机接收来穿透过待测件后的76GHz～77GHz信号，两个值做差值得到有待测件情况下的传输特性(待测件传输特性+自由空间传输特性)，称之为测试状态。最后将测试状态得到的数据与校准状态得到的数据做差值，便可以得到待测件在76GHz～77GHz每一个频点下对应的传输特性。

本发明所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***的优点在于：

1)运用单次连接实现多个参数同时测量的思想，通过控制平台能够全面实现传输特性参数的自动测试与自动校准过程，克服了目前国内毫米波测试手段与测试设备缺乏的困难，同时避免了手工测试低效率、精确度低、不确定因素多等缺点。

2)电学测试平台内部毫米波单元(毫米波单元位于发射机与接收机内部，两者均有)均采用镀金金属波导连接器，不仅具备较好的防氧化与防腐蚀功能，并且可以避免毫米波信号对模拟信号、电源信号以及数字信号构成的干扰。此外，电学测试平台外部接收机电源线、发射机-接收机控制信号线均采用2层屏蔽线，不仅满足了EMI/EMC需要，而且与基于矢量网络分析仪的测试***与基于标量网络分析仪的测试***连接设备与设备之间的微波与毫米波测试电缆成本相比几乎可以忽略。

3)通过机械支撑平台不仅可以灵活的在X轴、Y轴、Z轴三个方向根据待测件(甚至待测件与测试夹具)的大小作出相应的调整，而且可以保证发射天线与接收天线处于同一平面内，确保发射机与接收机之间能量传输的最大化。

4)通过所述“浮动地”结构的直流稳压电源，不仅可以把地环路断开，从而切断市电与后端测试***在地线上的隔离，从而消除了共模信号的串扰，即避免了市电中地线的噪声直接串扰到后端测试***，同时保护二次回路的作用并提高了***的EMC性能。

5)通过虚拟仪器技术，不仅省去了价格昂贵的测试与测量仪表，使测试成本大大降低，而且使得构建自动测试***的硬件大大简化，实现了自动测试***的小型化。

6)通过检波器一体化定标技术，不仅考虑到检波器与视频放大器之间的阻抗失配，而且考虑到视频放大器实际存在的输入失调电压以及输入失调电流带来的误差等客观因素，进一步确保了整套***在较大测试动态范围内的测试精度。

7)通过检波器一体化定标技术，不仅避免了在毫米波段通过曲线拟合技术实现频率-功率-直流电压的三维信息曲线所需花费高昂的代价，而且通过基于λ值的三维信息表查表技术可以满足自动测试***在流水线上测试效率的要求。

实施例二

本实施例提供一种实施例一所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***的测试方法，该方法包括以下步骤：

(1)自动测试***的初始化步骤。

首先，确保整个测试***接“地”正常，测试环境处于正常温度(例如，25℃)与湿度状态(例如，40％)。其次，通过调节发射机垂直升降台与接收机垂直升降台，确保发射天线与接收天线处于同一平面内。接着，缓慢移动水平滑动导轨为待测件预留测试空间，其中测试距离最小值由接收机信号控制/采集/处理单元内的ADC单元最大量程决定，而测试距离最大值由接收机信号控制/采集/处理单元内的ADC单元最小分辨率决定。最后，所述自动测试***在测试之前，需要开机20分钟以上确保直接数字频率合成器、76GHz～77GHz有源倍频链等有源电路处于相对稳定的工作状态。

(2)自动测试***的校准步骤：完成无待测件情况下的空间传输特性测试。

操作人员通过主控计算机的人机交互界面完成待测件相关信息(待测件测试频率信息与产品相关信息)输入与测试指令；而主控计算机根据人机交互界面的测试指令信息，通过主控计算机控制接口将所述测试指令信息发送至发射机信号控制/采集/处理单元内的处理电路(ARM处理器)中，ARM处理器发送控制字实现对直接数字频率合成器输出频率的控制，直接数字频率合成器输出信号经76GHz～77GHz有源倍频链倍频与功率放大后最终完成在人机交互界面中预先设置频率范围的频率输出，接着信号通过定向耦合器将信号划分为两路，一路经定向耦合器的直通端口馈电到发射天线发射至待测件，另一路经定向耦合器的耦合端口至发射检波器，发射检波器输出检波信号至发射机视频放大器进行滤波与信号幅度放大后送至发射机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与ARM处理器(发射机CPU单元)，与发射机-接收机通信接口传送的接收端处理后的数据一同经计算机控制接口送至控制平台中。

发射机信号控制/采集/处理单元中的ARM处理器发送控制字实现对直接数字频率合成器输出频率的控制，直接数字频率合成器在接收到控制字后将发送一个上升沿信号PS0给ARM处理器作为发射机信号控制/采集/处理单元与接收机信号控制/采集/处理单元内ADC单元的触发信号，确保发射机与接收机采集信号的同步性。

接收天线接收信号经接收检波器后，完成信号的AC-DC转换过程，输出检波信号至接收机视频放大器，信号经过滤波与信号放大后送至接收机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与FPGA信号处理电路(即接收机同步数据采集单元)，处理后的信号经发射机-接收机通信接口送至发射机中信号控制/采集/处理单元中。

控制平台分别将发射机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值与接收机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值，与预先存放在主控计算机中基于检波器一体化定标技术得到的发射检波器与接收检波器三维信息表(频率-功率-直流电压)进行查表对照，通过基于λ值的三维信息表查表技术，最终得到发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息。

(3)自动测试***的测试步骤：完成有待测件情况下的传输特性测试

首先确保在发射机与接收机之间除了加入了待测件以外，其余状态均未发生改变，倘若状态发生改变，需要重新进行测试***的校准。

操作人员通过人机交互界面完成待测件相关信息(待测件测试频率信息与产品相关信息)输入与测试操作，而主控计算机根据人机交互界面的指令信息，通过主控计算机控制接口将上述信息发送至发射机信号控制/采集/处理单元内的ARM处理器中，ARM处理器发送控制字实现直接数字频率合成器输出频率的控制，直接数字频率合成器输出信号经76GHz～77GHz有源倍频链倍频与功率放大后最终完成在人机交互界面中预先设置频率范围的频率输出，接着信号通过定向耦合器将信号划分为两路，一路经定向耦合器的直通端口馈电到发射天线发射至待测件，另一路经定向耦合器的耦合端口至发射检波器，发射检波器输出检波信号至发射机视频放大器进行滤波与信号幅度放大后送至发射机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与FPGA信号处理电路，与发射机-接收机通信接口传送的接收端处理后的数据一同经计算机控制接口送至控制平台中。

发射机信号控制/采集/处理单元中的ARM处理器发送控制字实现对直接数字频率合成器输出频率的控制，直接数字频率合成器在接收到控制字后将发送一个上升沿信号PS0给ARM处理器作为发射机与接收机信号控制/采集/处理单元内ADC单元的触发信号，确保发射机与接收机采集信号的同步性。

接收天线接收信号经接收检波器后，完成信号的AC-DC的过程，输出检波信号至接收机视频放大器，信号经过滤波与信号放大后送至接收机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与FPGA信号处理电路，处理后的信号经发射机-接收机通信接口送至发射机中信号控制/采集/处理单元中。

(4)发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息。

控制平台分别将发射机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值与接收机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值，与预先存放在主控计算机中基于检波器一体化定标技术得到的发射检波器与接收检波器三维信息表(频率-功率-直流电压)进行查表对照，通过基于λ值的三维信息表查表技术，最终得到发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息。

(5)获得待测件传输特性的测试曲线。

最后，将测试***的测试状态下测试得到的发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息减去测试***的校准状态下测试得到的发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息，最终在人机交互界面上显示出相应频率点下待测件传输特性的测试曲线。

检波器一体化定标技术主要涉及对象为：检波器与视频放大器，包含二方面内容，即发射检波器与接收检波器的选择；检波器的定标技术。

通常检波器输出直流信号定标主要采用示波器与普通万用表，由于示波器与普通万用表在定标精度上无法满足在76GHz～77GHz 30dB的测试动态范围下0.1dB～0.5dB测试精度的要求，因此本发明所述的自动测试***提出采用61/2位数字万用表对检波器进行定标。通常检波器输入毫米波信号功率的定标主要依赖于冷-热源定标法，成本相当高，因此本发明所述测试***提出传输特性测试方法是一种相对值测量法，只要校准状态与测量状态信号源与有源倍频器具备足够的一致性(频率稳定度)，因此一般的二极管功率计与精密可变衰减器定标法足以保证76GHz～77GHz 30dB的测试动态范围下0.1dB～0.5dB测试精度要求，但是需要保证发射检波器与接收检波器是在同一时间段内完成定标工作。

由于本发明所述的测试***采用的直接数字频率合成器与76GHz～77GHz有源倍频链在76GHz～77GHz具备足够的输出功率稳定度与平坦度(例如，+13dBm±0.5dB)，以及频率稳定度(例如，-50dBc/Hz1MHz)，并且定向耦合器具备足够的耦合平坦度(例如，10dB±0.5dB)，因而发射检波器在76GHz～77GHz变化范围相对较小，因而定标范围可以缩小至(例如，+3dBm～+1dBm)范围内，这样有利于提高数据库中发射检波器三维信息表(频率-功率-直流电压)进行查表效率与降低数据库存储容量。

传统的检波器定标方法仅仅只是对单个检波器进行定标，没有考虑到后面视频放大器与检波器之间的阻抗失配、视频放大器零点漂移等实际存在情况，本发明提出发射检波器与发射机视频放大器一体化定标技术，不仅考虑到检波器与视频放大器之间的阻抗失配，而且考虑到视频放大器实际存在的输入失调电压以及输入失调电流带来的误差等客观因素，进一步确保了整套***76GHz～77GHz 30dB的测试动态范围下0.1dB～0.5dB测试精度。

传统方法在检波器定标后通常基于曲线拟合技术，拟合出频率-功率-直流电压的三维信息曲线，但是在76GHz～77GHz内想要通过曲线拟合技术实现频率-功率-直流电压的三维信息曲线需要花费相当昂贵的代价，主要原因在于相对低频段而言，在76GHz～77GHz无法采集足够多且足够高精度的功率信息、直流电压信息与频率信息，因此本测试***通过以下两个方法解决该问题：

(1)发射机与接收检波器的选择

考虑到整个测试***需要具备76GHz～77GHz 30dB的测试动态范围下0.1dB～0.5dB测试精度与76GHz～77GHz检波器实际存在的不一致性，而且相对接收检波器而言，发射检波器输入功率相当稳定，因而通过对比两只检波器在+3dBm、-5dBm、-10dBm、-15dBm、-20dBm、-20dBm以及-30dBm输入功率条件下的检波器输出直流电压值，选择较差一只作为发射检波器，另一只作为接收检波器。

(2)检波器的定标技术

在76GHz～77GHz如果采用曲线拟合技术需要具备足够多的测试数据，并且保证这些测试数据足够精确，由于目前商用最高水平的精密衰减器在0dB～10dB衰减量程内具备0.1dB的衰减精度，在10dB～20dB衰减量程内具备0.2dB衰减精度，在20dB～30dB衰减量程内具备0.5dB衰减精度，但是这些171个数据点如果需要实现曲线拟合需要花费很高的代价，那么另一种常规的方法就是查表技术，如果在76GHz～77GHz频段内每10MHz作为一个频率步进值，那么根据上文所述一个检波器需要建立171×101＝17271张数据表格，不仅花费高额的时间代价，而且效率较低。因此，本发明提出的检波器定标技术为一种基于λ值的三维信息表查表技术，其基本原理主要依据拉格朗日中值定理与λ值定比分点定理，即选择76GHz～77GHz范围内任意一个频点作为建表对象，那么当ADC单元在76GHz～77GHz某一个频率点采集到某一个直流电压值后，将按照拉格朗日中值定理将该直流电压值定位到所建立的三维信息表中两个值之间，最后基于λ值定比分点定理得到该值对应的功率值。

a)基于拉格朗日中值定理

假设f(x)在[a，b]连续，在(a，b)可微，则在(a，b)间至少有一点c使

$\frac{f\left(b\right)-f\left(a\right)}{b-a}=f^{\&prime;}\left(c\right),a<c<b---\left(1\right)$

f(b)-f(a)＝(b-a)f′(c)    a＜c＜b                    (2)

f(a+ζ)＝f(a)+ζf′(a+θζ)   0＜θ＜1               (3)

b)基于λ值定比分点定理

假设M(x，y)是线段AB的分点，其中A(x₁，y₁)与B(x₂，y₂)，则

$\frac{\mathrm{AM}}{\mathrm{BM}}=\mathrm{\&lambda;},\mathrm{\&lambda;}>0---\left(4\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}x=\frac{x_1+\mathrm{\&lambda;}{x}_2}{1+\mathrm{\&lambda;}}& \mathrm{\&lambda;}>0\\ y=\frac{y_1+\mathrm{\&lambda;}{y}_2}{1+\mathrm{\&lambda;}}& \mathrm{\&lambda;}>0\end{array}\right.---\left(5\right)$

实施例三

本实施例对本发明的具体实现过程详细描述如下：

一种基于虚拟仪器技术与扩频技术的76GHz～77GHz非接触式传输特性的自动测试方法， 至少包括：

自动测试***的初始化步骤；

自动测试***的校准步骤；

自动测试***的测试步骤。

所述的自动测试***的初始化步骤具体包括：

首先，确保整个测试***接“地”正常，测试环境处于正常温度(例如，25℃)与湿度状态(例如，40％)。

其次，通过调节发射机垂直升降台与发射机垂直升降台，确保发射天线与接收天线处于同一平面内。

接着，缓慢移动水平滑动导轨为待测件预留测试空间，其中测试距离最小值由接收机信号控制/采集/处理单元内的ADC单元最大量程决定，而测试距离最大值由接收机信号控制/采集/处理单元内的ADC单元最小分辨率决定。

最后，该套测试***在测试之前，需要开机20分钟以上确保直接数字频率合成器、76GHz～77GHz有源倍频链等有源电路处于相对稳定的工作状态。

所述的自动测试***的校准步骤具体包括：

操作人员通过人机交互界面完成待测件相关信息(待测件测试频率信息与产品相关信息)输入与测试操作，而主控计算机根据人机交互界面的指令信息，通过主控计算机控制接口将上述信息发送至发射机信号控制/采集/处理单元内的ARM处理器中，ARM处理器发送控制字实现直接数字频率合成器输出频率的控制，直接数字频率合成器输出信号经76GHz～77GHz有源倍频链倍频与功率放大后最终完成在人机交互界面中预先设置频率范围的频率输出，接着信号通过定向耦合器将信号划分为两路，一路经定向耦合器的直通端口馈电到发射天线发射至待测件，另一路经定向耦合器的耦合端口至发射检波器，发射检波器输出检波信号至发射机视频放大器进行滤波与信号幅度放大后送至发射机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与FPGA信号处理电路，与发射机-接收机通信接口传送的接收端处理后的数据一同经计算机控制接口送至控制平台中。

发射机信号控制/采集/处理单元中的ARM处理器发送控制字实现对直接数字频率合成器输出频率的控制，直接数字频率合成器在接收到控制字后将发送一个上升沿信号PS0给ARM处理器作为发射机与接收机信号控制/采集/处理单元内ADC单元的触发信号，确保发射机与接收机采集信号的同步性。

接收天线接收信号经接收检波器后，完成信号的AC-DC的过程，输出检波信号至接收机视频放大器，信号经过滤波与信号放大后送至接收机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与FPGA信号处理电路，处理后的信号经发射机-接收机通信接口送至发射机中信号控制/采集/处理单元中。

控制平台分别将发射机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值与接收机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值，与预先存放在主控计算机中基于检波器一体化定标技术得到的发射检波器与接收检波器三维信息表(频率-功率-直流电压)进行查表对照，通过基于λ值的三维信息表查表技术，最终得到发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息。

所述的自动测试***的测试步骤具体包括：

首先确保在发射机与接收机之间除了加入了待测件以外，其余状态均未发生改变，倘若状态发生改变，需要重新进行测试***的校准。

操作人员通过人机交互界面完成待测件相关信息(待测件测试频率信息与产品相关信息)输入与测试操作，而主控计算机根据人机交互界面的指令信息，通过主控计算机控制接口将上述信息发送至发射机信号控制/采集/处理单元内的ARM处理器中，ARM处理器发送控制字实现直接数字频率合成器输出频率的控制，直接数字频率合成器输出信号经76GHz～77GHz有源倍频链倍频与功率放大后最终完成在人机交互界面中预先设置频率范围的频率输出，接着信号通过定向耦合器将信号划分为两路，一路经定向耦合器的直通端口馈电到发射天线发射至待测件，另一路经定向耦合器的耦合端口至发射检波器，发射检波器输出检波信号至发射机视频放大器进行滤波与信号幅度放大后送至发射机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与FPGA信号处理电路，与发射机-接收机通信接口传送的接收端处理后的数据一同经计算机控制接口送至控制平台中。

发射机信号控制/采集/处理单元中的ARM处理器发送控制字实现对直接数字频率合成器输出频率的控制，直接数字频率合成器在接收到控制字后将发送一个上升沿信号PS0给ARM处理器作为发射机与接收机信号控制/采集/处理单元内ADC单元的触发信号，确保发射机与接收机采集信号的同步性。

接收天线接收信号经接收检波器后，完成信号的AC-DC的过程，输出检波信号至接收机视频放大器，信号经过滤波与信号放大后送至接收机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与FPGA信号处理电路，处理后的信号经发射机-接收机通信接口送至发射机中信号控制/采集/处理单元中。

控制平台分别将发射机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值与接收机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值，与预先存放在主控计算机中基于检波器一体化定标技术得到的发射检波器与接收检波器三维信息表(频率-功率-直流电压)进行查表对照，通过基于λ值的三维信息表查表技术，最终得到发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息。

最后，将测试***的测试状态下测试得到的发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息减去测试***的校准状态下测试得到的发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息，最终在人机交互界面上显示出相应频率点下待测件传输特性的测试曲线。

一种基于虚拟仪器技术与扩频技术的76GHz～77GHz毫米波段非接触式传输特性的自动测 试***，至少包括：

电学测试平台

机械支撑平台

控制平台

所述的电学测试平台至少包括：发射机、接收机。

所述的机械支撑平台至少包括：发射机垂直升降台、接收机垂直升降台、水平滑动导轨与光学平台。

所述的控制平台至少包括：人机交互界面、主控计算机。

所述的发射机至少包括：直接数字频率合成器、76GHz～77GHz有源倍频链、定向耦合器、发射天线、发射检波器、“浮动地”结构的直流稳压电源、发射机视频放大器、发射机信号控制/采集/处理单元、220V/50Hz三相交流电源接口、接收机电源信号接口、主控计算机控制接口、发射机-接收机通信接口、电源开关。

所述的接收机至少包括：接收天线、接收检波器、接收机视频放大器、接收机信号控制/采集/处理单元、接收机直流电源接口、发射机-接收机通信接口。

所述的发射机信号控制/采集/处理单元至少包括：与接收机通信单元；主控计算机通信单元；与直接数字频率合成器通信单元；发射机CPU单元；CPU配套设备单元(至少包括晶体振荡器、电源模块等)；外扩地址、数据总线单元；外扩控制总线单元；发射机同步数据采集单元(采用FPGA芯片实现)；FPGA配套设备单元(至少包括晶体振荡器、电源模块等)；发射机同步采集控制平台；ADC单元。

所述发射机信号控制/采集/处理单元的工作模式为：

开机首先初始化，发射处理中央CPU单元初始化，进入待命状态；发射机同步数据采集单元初始化，进入待命状态。

主控计算机通信单元接收主控计算机发送的扫频控制字，包括起始频率、终止频率、步进频率参数，发射机CPU单元将各参数译码转换成直接数字频率合成器的控制字，通过与直接数字频率合成器通信单元发送至直接数字频率合成器，并通过外扩控制总线单元设置发射机同步数据采集单元的采样速度并使其进入等待状态，等待同步采集控制平台处理从直接数字频率合成器处发送的扫频开始信号PS0。接收机处理中央CPU单元设置直接数字频率合成器成功后，直接数字频率合成器在扫频开始时刻将发送PS0信号至同步采集控制平台，发射机同步采集控制平台接收到PS0信号后将通知同步数据采集单元开始采集发送端数据，并通知接收机信号控制/采集/处理单元采集接收端数据。同步数据采集单元接收到同步采集控制平台发送的数据采集命令后将按照设置的采样率启动ADC单元采集发送端检波管输出数据，为平滑采集数据，在每个频点采样若干次，求得平均值后存入同步数据采集单元的内部存储区域中。

扫频结束后同步数据采集单元通过外扩控制总线单元通知发射机CPU单元数据已采集完成。发射机CPU单元接收到数据采集完成通知后，通过外扩地址、数据总线单元从同步数据采集单元内部存储区域取出采集到的数据，并等待接收机信号控制/采集/处理单元发送接收端数据。接收到接收机信号控制/采集/处理单元发送的接收端数据后，发射机CPU单元通过主控计算机通信单元将取得的数据发送至主控计算机以进行后续处理。

完成一次扫频数据采集后，发射机信号控制/采集/处理单元将再次进入待命状态，等待下一次数据采集操作。

所述接收机信号控制/采集/处理单元包括：与发射机通信单元；FPGA配套设备单元(至少包括晶体振荡器、电源模块等)；接收机同步数据采集单元；接收机同步采集控制平台；ADC单元。

所述接收机信号控制/采集/处理单元的工作模式为：

首先开机初始化，进入待命状态。

接收机同步采集控制平台接收到发射机同步采集控制平台发出的开始采集信号后，通知接收机同步数据采集单元启动ADC单元进行接收端检波管输出的数据采集，为平滑采集数据，在每个频点采样若干次，求得平均值后存入接收机同步采集控制平台的内部存储区域中。扫频结束后，接收机同步数据采集单元将采集到的数据通过与发射机通信单元发送至发射端的与接收机通信单元。

完成一次扫频数据采集后，接收机信号控制/采集/处理单元将再次进入待命状态，等待下一次数据采集操作。

所述“浮动地”结构的直流稳压电源至少包括：AC-DC隔离变压器结构(将一次回路与二次回路在电气上形成隔离，即实现了后端***的参考地为浮动地的效果)，通过磁珠、旁路电容以及其它无源滤波器的结构来降低由于电源引起的噪声，从而提高了***的测试精度。

检波器一体化定标技术包括两个方面的内容：1)发射检波器与接收检波器的选择；2)检波器的定标。

所述的发射机与接收检波器的选择过程为：相对接收检波器而言，发射检波器输入功率相当稳定，因而通过对比两只检波器在+3dBm、-5dBm、-10dBm、-15dBm、-20dBm、-20dBm以及-30dBm输入功率条件下的检波器输出直流电压值，选择较差一只作为发射检波器，另一只作为接收检波器。

所述检波器的定标技术不仅考虑到检波器与视频放大器之间的阻抗失配，而且考虑到视频放大器实际存在的输入失调电压以及输入失调电流带来的误差等客观因素，在检波器定标过程中采用在检波器+视频放大器定标技术，即在视频放大器的输出端检测直流电压信号，即建立检波器的频率-功率-直流电压的三维信息表。

所述基于λ值的三维信息表查表技术依据拉格朗日中值定理与λ值定比分点定理，即选择76GHz～77GHz范围内任意一个频点作为建表对象，那么当ADC单元在76GHz～77GHz某一个频率点采集到某一个直流电压值后，将按照拉格朗日中值定理将该直流电压值定位到所建立的三维信息表中两个值之间，最后基于λ值定比分点定理得到该值对应的功率值。

本发明提出的基于虚拟仪器技术与扩频技术的76GHz～77GHz非接触式传输特性的自动测试方法与测试***，主要面向低成本、小型化以及高效率的76GHz～77GHz传输特性参数自动测试领域，尤其涉及76GHz～77GHz自适应巡航控制(ACC，Adaptive Cruise Control)***中物质传输特性(Transmission Characteristic)自动测试领域。

本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims (13)

1.一种毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，其特征在于：包括电学测试平台、机械支撑平台、控制平台；电学测试平台与机械支撑平台相连，控制平台与电学测试平台相连。

2.根据权利要求1所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，其特征在于：所述电学测试平台包括发射机与接收机；所述发射机包括直接数字频率合成器、76GHz～77GHz有源倍频链、定向耦合器、发射天线、发射检波器、“浮动地”结构的直流稳压电源、发射机视频放大器、发射机信号控制/采集/处理单元、220V/50Hz三相交流电源接口、接收机电源信号接口、主控计算机控制接口、发射机-接收机通信接口(A112)、电源开关；所述“浮动地”结构的直流稳压电源分别与直接数字频率合成器、76GHz～77GHz有源倍频链、发射机信号控制/采集/处理单元、220V/50Hz三相交流电源接口、接收机电源信号接口、电源开关相连；直接数字频率合成器与76GHz～77GHz有源倍频链相连，76GHz～77GHz有源倍频链与定向耦合器相连，定向耦合器与发射天线相连；定向耦合器与发射检波器相连，发射检波器与发射机视频放大器相连，发射机视频放大器与发射机信号控制/采集/处理单元相连。

3.根据权利要求2所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，其特征在：所述“浮动地”结构的直流稳压电源包括220V三相交流电源、隔离变压器、负载；所述隔离变压器的初级与220V三相交流电源相连，次级通过无源滤波器与负载相连；所述无源滤波器包括第一旁路电容、磁珠、第二旁路电容、直流DC；磁珠与第二旁路电容串联构成串联电路，串联电路与第一旁路电容并联，直流DC与第二旁路电容并联，负载与直流DC并联。

4.根据权利要求2所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，其特征在于：所述发射机信号控制/采集/处理单元包括接收机通信单元、主控计算机通信单元、直接数字频率合成器通信单元、发射机CPU单元、CPU配套设备单元、数据总线单元、外扩控制总线单元、发射机同步数据采集单元、FPGA配套设备单元(A10809)、发射机同步采集控制平台、ADC单元(A10810)；所述发射机CPU单元分别与接收机通信单元、主控计算机通信单元、直接数字频率合成器通信单元、CPU配套设备单元、数据总线单元、外扩控制总线单元相连；所述发射机同步数据采集单元分别与数据总线单元、外扩控制总线单元、发射机同步数据采集单元、FPGA配套设备单元(A10809)、发射机同步采集控制平台、ADC单元(A10810)相连。

5.根据权利要求2所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，其特征在于：所述接收机包括接收天线、接收检波器、接收机视频放大器、接收机信号控制/采集/处理单元、接收机直流电源接口、发射机-接收机通信接口(A206)；接收天线与接收检波器相连，接收检波器与接收机视频放大器相连，接收机视频放大器与接收机信号控制/采集/处理单元相连，接收机信号控制/采集/处理单元分别与接收机直流电源接口、发射机-接收机通信接口相连；所述接收机信号控制/采集/处理单元包括发射机通信单元、FPGA配套设备单元(A2043)、接收机同步数据采集单元、接收机同步采集控制平台、ADC单元(A2045)；所述接收机同步数据采集单元分别与发射机通信单元、FPGA配套设备单元(A2043)、接收机同步采集控制平台、ADC单元(A2045)相连。

6.根据权利要求2所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，其特征在于：所述机械支撑平台包括发射机垂直升降台、接收机垂直升降台、水平滑动导轨、光学平台；发射机垂直升降台与发射机相连，接收机垂直升降台与接收机相连；光学平台直接与发射机垂直升降台相连；光学平台通过水平滑动导轨与接收机垂直升降台相连；所述发射机垂直升降台用以完成发射机在Z轴方向上的高度调节；接收机垂直升降台用以完成接收机在Z轴方向的高度调节；光学平台用以为发射机垂直升降台、接收机垂直升降台以及水平滑动导轨提供水平的机械支撑与定位；水平滑动导轨用以完成发射机与接收机之间的距离调节，为待测件预留合适的测量空间。

7.根据权利要求1所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，其特征在于：所述控制平台包括主控计算机；所述主控计算机根据人机交互界面的指令信息通过主控计算机控制接口完成对所述电学测试平台中的发射机与接收机的相关控制。

8.一种权利要求1至7任意一项所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，初始化所述毫米波段非接触式传输特性的自动测试***；

步骤二，校准所述毫米波段非接触式传输特性的自动测试***，完成无待测件情况下的空间传输特性测试，获得校准状态下的测试信息；

步骤三，完成有待测件情况下的传输特性测试，获得测试状态下的测试信息；

步骤四，控制平台分别将发射机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值与接收机信号控制/采集/处理单元处理后的直流电压值，与预先存放在主控计算机中基于检波器一体化定标技术得到的发射检波器与接收检波器三维信息表进行查表对照，最终得到发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息；

步骤五，将测试状态下获得的发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息减去校准状态下获得的发射端与接收端在每一个频率值下对应的功率信息，最终在人机交互界面上显示出相应频率点下待测件传输特性的测试曲线。

9.根据权利要求8所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***的测试方法，其特征在于，步骤一包括以下步骤：

H1，确保整个测试***接“地”正常，测试环境处于正常温度与湿度状态；

H2，通过调节发射机垂直升降台与接收机垂直升降台，确保发射天线与接收天线处于同一平面内；

H3，缓慢移动水平滑动导轨为待测件预留测试空间；

H4，在开始测试之前，开机20分钟以上确保有源电路处于相对稳定的工作状态。

10.根据权利要求8所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***的测试方法，其特征在于，步骤二包括以下步骤：

I1，通过主控计算机的人机交互界面完成无待测件时的相关信息输入与测试指令；

I2，主控计算机通过计算机控制接口将所述测试指令的信息发送至发射机信号控制/采集/处理单元内的发射机CPU单元中；

I3，发射机CPU单元发送控制字实现对直接数字频率合成器输出频率的控制；

I4，直接数字频率合成器输出的信号经76GHz～77GHz有源倍频链倍频与功率放大后，完成在人机交互界面中预先设置频率范围的频率输出；然后通过定向耦合器将信号划分为两路，一路信号经定向耦合器的直通端口馈电到发射天线发射至待测件，另一路喜好经定向耦合器的耦合端口至发射检波器；

I5，发射检波器输出检波信号至发射机视频放大器进行滤波与信号幅度放大后，再送至发射机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与处理电路，再与发射机-接收机通信接口传送的接收端处理后的数据一同经计算机控制接口送至控制平台中。

11.根据权利要求8所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***的测试方法，其特征在于，步骤三包括以下步骤：

J1，通过主控计算机的人机交互界面完成有待测件时的相关信息输入与测试指令；

J2，主控计算机通过计算机控制接口将所述测试指令的信息发送至发射机信号控制/采集/处理单元内的发射机CPU单元中；

J3，发射机CPU单元发送控制字实现对直接数字频率合成器输出频率的控制；

J4，直接数字频率合成器输出的信号经76GHz～77GHz有源倍频链倍频与功率放大后，完成在人机交互界面中预先设置频率范围的频率输出；然后通过定向耦合器将信号划分为两路，一路信号经定向耦合器的直通端口馈电到发射天线发射至待测件，另一路喜好经定向耦合器的耦合端口至发射检波器；

J5，发射检波器输出检波信号至发射机视频放大器进行滤波与信号幅度放大后，再送至发射机信号控制/采集/处理单元中的ADC单元与处理电路，再与发射机-接收机通信接口传送的接收端处理后的数据一同经计算机控制接口送至控制平台中。

12.根据权利要求8所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***的测试方法，其特征在于，

所述发射机信号控制/采集/处理单元包括接收机通信单元、主控计算机通信单元、直接数字频率合成器通信单元、发射机CPU单元、CPU配套设备单元、数据总线单元、外扩控制总线单元、发射机同步数据采集单元、FPGA配套设备单元(A10809)、发射机同步采集控制平台、ADC单元(A10810)；

所述发射机信号控制/采集/处理单元的具体工作模式为：

开机首先初始化，发射机CPU单元初始化，进入待命状态；发射机同步数据采集单元初始化，进入待命状态；

主控计算机通信单元接收主控计算机发送的扫频控制字，扫频控制字包括起始频率、终止频率、步进频率参数；发射机CPU单元将各参数译码转换成直接数字频率合成器的控制字，通过直接数字频率合成器通信单元发送至直接数字频率合成器，并通过外扩控制总线单元设置发射机同步数据采集单元的采样速度，并使发射机同步数据采集单元进入等待状态，等待同步采集控制平台处理从直接数字频率合成器处发送的扫频开始信号PS0；发射机CPU单元设置直接数字频率合成器成功后，直接数字频率合成器在扫频开始时发送PS0信号至发射机同步采集控制平台，发射机同步采集控制平台接收到PS0信号后将通知发射机同步数据采集单元开始采集发送端数据，并通知接收机信号控制/采集/处理单元采集接收端数据；接收机同步数据采集单元接收到发射机同步采集控制平台发送的数据采集命令后将按照设置的采样率启动ADC单元(A10810)采集发送端检波管输出数据；发射机同步数据采集单元在每个频点采样若干次，求得平均值后存入发射机同步数据采集单元的内部存储区域中；

扫频结束后发射机同步数据采集单元通过外扩控制总线单元通知发射机CPU单元数据已采集完成；发射机CPU单元接收到数据采集完成通知后，通过外扩控制总线单元、数据总线单元从发射机同步数据采集单元的内部存储区域取出采集到的数据，并等待接收机信号控制/采集/处理单元发送接收端数据；接收到接收机信号控制/采集/处理单元发送的接收端数据后，发射机CPU单元通过主控计算机通信单元将取得的数据发送至主控计算机以进行后续处理；

完成一次扫频数据采集后，发射机信号控制/采集/处理单元将再次进入待命状态，等待下一次数据采集操作；

所述接收机信号控制/采集/处理单元包括发射机通信单元、FPGA配套设备单元(A2043)、接收机同步数据采集单元、接收机同步采集控制平台、ADC单元(A2045)；

所述接收机信号控制/采集/处理单元的具体工作模式为：

首先开机初始化，进入待命状态；

接收机同步采集控制平台接收到发射机同步采集控制平台发出的开始采集信号后，通知接收机同步数据采集单元启动ADC单元(A2045)进行接收检波器输出的数据采集，为平滑采集数据，在每个频点采样若干次，求得平均值后存入接收机同步采集控制平台的内部存储区域中；扫频结束后，接收机同步数据采集单元将采集到的数据通过发射机通信单元发送至发射端的接收机通信单元；

完成一次扫频数据采集后，接收机信号控制/采集/处理单元再次进入待命状态，等待下一次数据采集操作。

13.根据权利要求8所述的毫米波段非接触式传输特性的自动测试***的测试方法，其特征在于，

所述检波器一体化定标技术包括：1)发射机与接收机检波器的选择；2)检波器的定标；

所述发射机与接收机检波器的选择的具体内容为：通过对比两只检波器在+3dBm、-5dBm、-10dBm、-15dBm、-20dBm、-20dBm以及-30dBm输入功率条件下的检波器输出直流电压值，选择较差的一只作为发射检波器，另一只作为接收检波器；

所述检波器的定标主要包括两方面内容：一方面是检波器与视频放大器之间的定标，即建立检波器的频率-功率-直流电压的三维信息表；另一方面是基于λ值的三维信息表查表，即主要完成对检波器的频率-功率-直流电压的三维信息表的查询；基于λ值的三维信息表查表的具体内容为：依据拉格朗日中值定理与λ值定比分点定理，即选择76GHz～77GHz范围内任意一个频点作为建表对象，当ADC单元在76GHz～77GHz中某一个频率点采集到某一个直流电压值后，按照拉格朗日中值定理将所述直流电压值定位到所建立的三维信息表中两个值之间，最后基于λ值定比分点定理得到所述直流电压值对应的功率值。

Images