麻薩諸塞州Lowell是美國東北部一個小城,，曾以制造紡織品而聞名?，F(xiàn)在,，它是Tyco Electronics公司的總部所在地。該公司是一家國防和航天RF元件和子系統(tǒng)制造商?，F(xiàn)在,，Tyco Electronics M/A-COM已不再是Tyco International的子公司，它以Adams-Russell,、Phoenix Microwave和Anzac等品牌生產(chǎn)自己的產(chǎn)品，這些品牌都來自于被Tyco Electronics并購的公司,。

　　在Lowell總部,，工程師設(shè)計各種形狀和尺寸的天線，最高頻率達(dá)60GHz,，這些天線多數(shù)都安裝在飛機(jī),、導(dǎo)彈和武器上。該公司還生產(chǎn)電纜部件,。它從原材料開始設(shè)計自己的電纜產(chǎn)品,，并在其廠房內(nèi)制造電纜連接器。

　　該公司的RF元件包括頻率轉(zhuǎn)換器,、放大器,、倍頻器、混頻器和交換器,。其中許多元件用于如現(xiàn)場可更換單元（LRU）和電子戰(zhàn)（EW）系統(tǒng)這類的子系統(tǒng),。Tyco Electronics還生產(chǎn)一種用來干擾自制爆炸裝置（Improvisational Explosive Devices）無線電信號的設(shè)備，用來保護(hù)伊拉克人的生命,。

　　測試航天和國防應(yīng)用中的RF元件和系統(tǒng)時,，Tyco Electronics的工程師需要使用多種技術(shù)。他們不僅要檢驗高頻信號的精確性,，還必須考慮到預(yù)計工作環(huán)境下的惡劣條件,。Tyco Electronics為航天和國防部門設(shè)計產(chǎn)品，這些產(chǎn)品批量不大。對這些產(chǎn)品而言,，幾千件就可以被當(dāng)作是大批量,。這些測試中既包括每項測試長達(dá)數(shù)小時的對所有單元100%特性的表征測試，也包括耗時僅數(shù)秒的簡單合格/不合格的測試,。

　　天線增益

　　Tyco Electronics的天線用于通信,、電子戰(zhàn)和導(dǎo)航系統(tǒng)。它們還被用來發(fā)送遙測信號或接收GPS信號,。對于新設(shè)計,，需要對天線所有特性進(jìn)行完全的表征。天線工程經(jīng)理Mark Marden領(lǐng)導(dǎo)一批工程師測量天線的方向圖（pattern）,、增益和電壓駐波比（VSWR）,。圖1顯示了兩個安裝在運(yùn)載火箭上的螺旋天線。天線的直徑?jīng)Q定其頻率范圍,。其它形狀的天線有平板形和錐形,，但其具體形狀和尺寸差別很大。天線工程師使用六個室內(nèi)消聲室中的一個來表征各種天線,。這些天線的尺寸從12立方英尺到60英尺×24英尺×24英尺不等,。對飛機(jī)、航天飛船,、導(dǎo)彈和武器上安裝的天線,，需要進(jìn)行全球面測試，而地基天線則只需要進(jìn)行半球面測試,。

　　工程師設(shè)計了一種方法,，可以在消聲室內(nèi)測量天線360°輻射方向圖。他們將被測天線相對于一個固定天線做360°轉(zhuǎn)動,。圖2顯示了一個消聲室的設(shè)備布局,，工程師用該消聲室改變被測天線的方位角和仰角。典型情況下,，定位器以0.5°和更小的間隔移動被測天線,。雖然在測試中固定天線的位置不變，但其高度是可調(diào)的,，因為它安裝在一個可伸縮的桿上,。“被測天線變成了‘宇宙的中心’”，Marden這樣描述,。

　　圖3顯示了一個在消聲室內(nèi)測試的錐形天線,。由一個激光瞄準(zhǔn)裝置將被測天線對準(zhǔn)固定天線，并在測試期間保持被測天線旋轉(zhuǎn)中心的位置不變,。圖4顯示了一個在消聲室內(nèi)的固定喇叭天線,。

　　工程師通過Agilent 網(wǎng)絡(luò)分析儀測量電磁場振幅和相位（不是所有用戶都要求進(jìn)行相位測量）。每個頻率進(jìn)行約3萬次測量。每次測試在覆蓋天線頻率范圍的8個~10個頻率下進(jìn)行,。一次測試需要進(jìn)行30分鐘~2小時,。測試的安裝和校準(zhǔn)工作則需要約4個小時。

　　在將被測天線裝到消聲室內(nèi)之前,，工程師使用一個已知增益的天線為基準(zhǔn)對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn),。這樣可以提供一組參考測量值，工程師可以與此被測天線的響應(yīng)進(jìn)行比較,。

　　天線環(huán)境

　　用于航天和國防領(lǐng)域的天線需要在很寬的溫度范圍下工作,，還必須能耐受沖擊、振動和壓力,。在使天線經(jīng)受環(huán)境考驗之前,，工程師先進(jìn)行名為“驗收測試”的基準(zhǔn)測量。通過該測試,，可以向用戶證明天線符合規(guī)格要求,。然后，將天線置于惡劣環(huán)境下重復(fù)性能測試,，該測試被稱為“認(rèn)可測試”,。

　　認(rèn)可測試包括溫度、振動和壓力測試以及高加速壽命測試,。工程師可能同時設(shè)置天線的多個環(huán)境條件,。在環(huán)境實驗室中，用一個帶加熱器和LN2（冷卻用）的溫控箱使天線處于±300°F的溫度下,。該溫控箱可以放在一個振動臺上,，這樣工程師們就可以使天線同時經(jīng)受溫度和振動了,。

　　環(huán)境實驗室還有幾個熱電偶溫控箱,，其中包括一個溫度沖擊箱。一臺升降機(jī)可使部件通過高溫和低溫箱,，以產(chǎn)生熱應(yīng)力,。還有一個溫度/高度箱使部件經(jīng)受寬溫度范圍和10萬英尺高度的考驗。濕度箱則模擬干燥和潮濕的氣候,。

　　Marden組的工程師還可以進(jìn)行生產(chǎn)測試,。“用戶對生產(chǎn)測試的要求差別很大，” Marden稱,。“關(guān)鍵任務(wù)用的天線,，如運(yùn)載火箭用的天線，需要對每個單元都進(jìn)行100%的方向圖,、增益及VSWR測量,。”

　　該公司的許多軍用天線是美國政府的保密項目，為了保證測試數(shù)據(jù)的安全，工程師們通常將測量值保存在一個帶移動硬盤的計算機(jī)上,。該移動硬盤保存在保險箱內(nèi),。

　　電纜問題

　　天線負(fù)責(zé)發(fā)送和接收RF信號，但需要由電纜和連接器將這些信號發(fā)送給電子設(shè)備,。由于Tyco Electronics公司產(chǎn)品的專用性,，該公司生產(chǎn)自己的電纜和連接器，然后將其組裝到電纜部件上,。

　　“在Lowell我們生產(chǎn)超過300種電纜,，”電纜工程經(jīng)理Herb Pflanz說。“我們使用裸線,、Teflon,、 Kapton和Nomex制造軍用和商用客機(jī)的電纜。”電纜長度從6英寸到數(shù)百英尺不等,。多數(shù)在直流到18GHz頻率范圍內(nèi)工作,，但也有些在26.5GHz~50GHz頻率范圍內(nèi)工作。

　　工程師通過測量發(fā)送功率,、反射功率,、VSWR和插入損耗對電纜進(jìn)行測試。用戶可能以dB/m或dB/100英尺的形式指定插入損耗值,。“在電纜頻率和損耗間必須進(jìn)行折衷,。電纜直徑越大，插入損耗就越小,，但頻率范圍會變低,，”Pflanz說。“由用戶指定電纜損耗,、長度和頻率范圍,，然后以此確定電纜直徑。”

　　有時,，用戶要求有一組時延,、插入損耗或相位匹配的電纜。用戶經(jīng)常要求相位匹配誤差在±10°范圍內(nèi),。為了滿足這一要求,，Tyco Electronics的工程師設(shè)計了可達(dá)到最高可能傳播速度的電纜。據(jù)Pflanz稱,，典型的電纜傳播速度通常在光速的76%~82%之間,。

　　電纜傳播速度對電纜電氣長度有影響。“由于傳播速度的不同,，12英寸電纜的電氣長度可能會跟14英寸電纜的一樣,，”Pflanz說,。圖5展示了兩條長度相同，但以不同速度傳輸信號的電纜,。這樣就會使以同一相位進(jìn)入電纜的信號產(chǎn)生相位差,。為了使輸出相位一致，兩條電纜所需的物理長度會有所不同,。

　　Tyco Electronics有一個電纜特性數(shù)據(jù)庫,，工程師可利用它來選取匹配的電纜。在一定的物理長度下,，同批生產(chǎn)的電纜電氣長度會基本相同,。但是，即使采用相同的材料和工藝制造,，不同批生產(chǎn)的電纜傳播速度會有差異,，因此電氣長度也有所不同。根據(jù)用戶對電纜的長度要求,，該公司可供應(yīng)長度不同但電氣長度匹配的電纜,。

　　用戶還可能要求提供振幅平衡電纜。通常這些電纜的插入損耗誤差為±5%,，但也可能有更嚴(yán)格的要求,。

　　連接

　　Tyco Electronics的工程師還設(shè)計各種標(biāo)準(zhǔn)和定制的RF連接器。這些連接器在Lowell生產(chǎn),。一些連接器的設(shè)計很復(fù)雜,，包括鍵環(huán)（keying ring）和自鎖機(jī)制，以防止不當(dāng)使用連接器,。還有一些則彎曲45°~ 90°,。一些連接器還帶有現(xiàn)場可更換端頭。

　　連接器的主要電氣測量包括峰值功率處理,、平均功率和插入損耗,。額定平均功率因頻率而異，多數(shù)在50W~500W范圍內(nèi),。不過某些連接器可用于數(shù)千瓦功率的場合,。工程師使用功率測試儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀測量這些參數(shù),。

　　連接器和電纜在電子設(shè)備間傳輸各種信號,。Tyco Electronics還制造各種放大器、濾波器,、LRU及其它信號處理設(shè)備,。LRU包括模擬元件，如微處理器控制的放大器和頻率轉(zhuǎn)換器,。

　　很多RF部件都帶有可調(diào)增益和頻率響應(yīng)等參數(shù)的模擬輸入,。LRU中基于微處理器的數(shù)字控制板帶有數(shù)模轉(zhuǎn)換器,，可產(chǎn)生所需電壓。工程師利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量和校準(zhǔn)控制電壓,。高級總工程師Ravi Hans所領(lǐng)導(dǎo)的一個有八名工程師的小組負(fù)責(zé)開發(fā)用于測試和校準(zhǔn)RF部件的數(shù)字控制板和測試系統(tǒng),。

　　Hans小組中的工程師用Agilent 的示波器、邏輯分析儀,、電源和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試控制板,。這些工程師開發(fā)了可同時進(jìn)行數(shù)字和RF測試的測試板。通過采用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）,，工程師可以針對每個數(shù)字控制器設(shè)置一個測試板,。“我們連接板卡的接口很獨(dú)特，需要有可重新配置的測試板,，”Hans說,。該測試板帶有RS-232和USB計算機(jī)接口，用于實現(xiàn)自動控制和配置,。

　　為了使數(shù)字測試自動化,，工程師開發(fā)了一個可重新配置的測試執(zhí)行程序，該程序使用NI公司的LabWindows/CVI編寫,。“我們可以復(fù)用工程評估代碼,，將其轉(zhuǎn)用于生產(chǎn)階段，”Hans接著說,。

　　Hans小組的工程師還與天線工程師協(xié)作開發(fā)了一種用于干擾自制爆炸裝置（IED）引爆信號的設(shè)備,。工程師設(shè)計好了軟件和固件，供士兵來編程設(shè)定該干擾裝置,。他們還開發(fā)了RF信號功率,、頻率、頻譜性能直流功耗測試系統(tǒng),。

　　生產(chǎn)階段

　　總數(shù)為數(shù)百到數(shù)千的RF元件和系統(tǒng)必須經(jīng)過生產(chǎn)測試,。由測試工程經(jīng)理Bill Kane負(fù)責(zé)Lowell和San Jose的RF元件生產(chǎn)設(shè)施的生產(chǎn)測試的開發(fā)工作。

　　在這個組合設(shè)施中,，生產(chǎn)測試團(tuán)隊維護(hù)著100多個測試系統(tǒng),。這些系統(tǒng)復(fù)雜程度不同，有些是實現(xiàn)測試臺上幾種儀表的自動化,，而有些則實現(xiàn)一,、二甚至三個機(jī)柜測試設(shè)備的自動化。這些測試系統(tǒng)不僅用于測試無源元件,，還用于測試多功能部件（MFA）,，頻率范圍為直流到50GHz。

　　典型情況下,，自動測試系統(tǒng)可節(jié)省90%的單位循環(huán)時間,。例如,，某個復(fù)雜的電子戰(zhàn)系統(tǒng)手工測試需要超過40小時的時間，而現(xiàn)在可在三個溫度下在三小時內(nèi)完成測試,。此外,，這些測試系統(tǒng)還具有“啟動了就不用管”的能力，這樣,，一個操作人員就可以同時運(yùn)行幾個測試,，還可以不需要操作員在夜間進(jìn)行測試。 　　在Tyco Electronics,，測試工程師開發(fā)的系統(tǒng)既有政府資助的也有公司出資的,。政府資助的系統(tǒng)專用于測試特定范圍的一些產(chǎn)品，而公司出資的系統(tǒng)則可用于測試各種產(chǎn)品,。測試工程師通常會對公司出資的系統(tǒng)進(jìn)行重新配置,，用最新的設(shè)備和軟件滿足新項目的需求。

　　四個單機(jī)柜測試臺用于測試三種大功率放大器,。由釘床部件將測試儀電源接到印刷電路板,。網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀和數(shù)字萬用表則測量大多數(shù)參數(shù),。

　　“我們開發(fā)了自動測試站,，設(shè)計工程師則可進(jìn)行實驗臺測試。” Kane說,。“在開發(fā)產(chǎn)品期間使用自動測試儀,。在進(jìn)行設(shè)計工程階段，我們經(jīng)常編寫他們需要的自動化代碼,。在隨后的生產(chǎn)中我們會重復(fù)使用此代碼,。”

　　Kane小組的軟件工程師已使用Agilent Vee開發(fā)了一個測試功能庫，他們經(jīng)常使用該庫測試新產(chǎn)品,。測試軟件將測量結(jié)果存在數(shù)據(jù)庫中,，可為每個部件生成多達(dá)90頁的數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)量隨測試長度而異,。非保密數(shù)據(jù)存在一個Oracle數(shù)據(jù)庫中,，工程師可以對此數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出需要數(shù)天測試才能表現(xiàn)出的趨勢,，以對生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn),。

　　Tyco Electronics的工程師對軍事和航天領(lǐng)域所用的天線、元件和系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的測試,。“為項目開發(fā)團(tuán)隊所提供的構(gòu)建室內(nèi)自動測試系統(tǒng)的能力使開發(fā)周期和成本得到巨大的改善,。”該部門質(zhì)量經(jīng)理和運(yùn)營執(zhí)行官John說,。