雷达数字 T/R 组件自动测试系统校准方法的研究

随着现代雷达系统向数字化、模块化、高集成方向发展，数字 T/R 组件作为雷达发射与接收链路中的重要单元，其工作性能直接关系到雷达波束控制、信号处理及系统响应的整体效果。为满足高精度、高效率的测试需求，基于自动测试系统的 T/R 组件测试平台应运而生。然而，测试系统自身的误差积累、环境变化和硬件漂移等因素，均可能造成测量结果的偏差，严重影响测试的可重复性与可信度。本文基于实际 T/R 测试系统架构，探讨校准参数体系、校准方法选择及应用效果，为提升雷达测试系统的标准化、智能化和高精度提供技术参考。

1 数字 T/R 组件测试系统的校准需求分析

1.1T/R 组件主要测试参数及精度要求

数字 T/R 组件的主要测试参数包括发射功率、接收增益、输入输出驻波比、幅度一致性、相位一致性、噪声系数、频率响应等。发射功率测试需达到 ±0.2dB 的精度，以确保雷达发射能量的准确性；接收增益的测量误差应控制在 ±0.3dB 以内，保障信号接收的灵敏度；幅度一致性要求在 ±0 .5dB 范围内，相位一致性需控制在 ±3^∘ 以内，这对雷达波束形成至关重要；驻波比测试精度需 ⩽0.05 ，避免能量反射影响组件寿命；频率响应在工作频段内波动应 ，以保证宽频带信号的传输质量。这些参数的高精度要求，决定了测试系统必须通过严格校准才能实现可靠测量。

1.2 测试系统误差来源及其影响

测试系统的误差来源主要包括硬件和软件两方面。硬件方面，射频线缆的损耗随频率变化会引入幅度误差，连接器的不一致性可能导致相位偏移，测试仪器自身的漂移（如信号源功率波动、频谱仪分辨率带宽误差）会影响测量精度，开关矩阵的切换损耗差异也会带来通道误差。软件方面，数据采集时的量化误差、算法模型的近似处理以及温度变化引起的参数漂移补偿不足，都会累积为系统误差。这些误差会直接导致测试参数偏离真实值，例如相位误差可能使雷达波束指向偏移，幅度误差会降低目标探测的信噪比，严重时甚至影响雷达的目标识别与跟踪能力，因此必须识别并量化这些误差来源。

1.3 校准在自动测试系统中的作用与意义

校准在自动测试系统中起着保障测量准确性和可靠性的核心作用。通过校准可修正系统硬件和软件引入的固有误差，使测试结果更接近真实值，确保不同批次、不同时间的测试数据具有可比性。在批量生产场景中，校准能统一测试标准，避免因系统差异导致的产品误判；在长期使用过程中，定期校准可补偿设备老化带来的性能漂移，维持测试系统的稳定性。校准数据可为测试系统的性能优化提供依据，帮助识别薄弱环节。对于数字 T/R 组件这类高精度器件，校准是验证其是否满足设计指标的前提，直接关系到雷达系统的整体性能，是保证测试数据可信度的关键环节。

2 自动测试系统的关键校准方法设计

2.1 幅度与相位通道一致性校准技术

幅度与相位通道一致性校准技术旨在消除多通道间的固有差异。首先通过高精度信号源向各通道输入相同幅度和相位的参考信号，利用矢量网络分析仪采集各通道的输出信号，计算幅度偏差和相位偏差。对于幅度校准，采用分段拟合方式，在不同频率点建立校准系数表，测试时根据工作频率调用对应系数进行补偿；相位校准则通过相位差测量，构建相位补偿模型，实时修正通道间的相位差。

2.2 基于频谱分析的频率响应校准方法

基于频谱分析的频率响应校准方法用于修正系统在不同频率点的幅度和相位响应偏差。利用扫频信号源在工作频段内产生连续扫频信号，通过测试系统传输后由频谱分析仪记录各频率点的幅度和相位数据。将实测数据与理想响应曲线对比，生成频率响应校准曲线，其中幅度响应以 dB 为单位，相位响应以度为单位。校准过程中，需考虑测试系统的带宽限制，在关键频段加密采样点以提高校准精度。实际应用时，测试系统根据输入信号的频率自动调用对应校准点的补偿值，使整个工作频段内的频率响应误差控制在 ±0.3dB （幅度）和 ±2^∘ °（相位）以内，确保宽频带信号测试的准确性。

2.3 时间延迟与通道匹配的多维协同校准策略

时间延迟与通道匹配的多维协同校准策略针对多通道间的时间同步误差和传输特性差异。采用高精度时间间隔测量仪，通过向各通道输入同步触发信号，记录信号到达各通道的时间差，生成时间延迟校准参数，实现纳秒级时间同步。结合矢量网络分析技术，测量各通道在不同频率下的传输系数，建立包含幅度、相位、时间延迟的多维匹配模型。校准过程中，通过迭代优化算法调整各通道的延迟补偿值和增益参数，使通道间的时间延迟偏差控制在 1ns 以内，传输特性差异降至最小。该策略尤其适用于相控阵雷达中 T/R 组件的波束合成测试，能有效减少因通道失配导致的波束旁瓣抬高问题。

3 校准方法的应用验证与优化建议

3.1 校准流程设计与自动化实现

校准流程设计遵循“初始化-参数配置-数据采集-校准计算-参数存储-验证测试”的逻辑。首先对测试系统进行初始化，检查硬件连接和仪器状态；然后通过人机界面配置校准参数，如校准频率点、信号功率、采样点数等；接着自动控制信号源、开关矩阵等设备，按预设序列向各通道输入校准信号，同步采集各测试仪器的测量数据；利用校准算法对原始数据进行处理，生成校准系数并存储至系统数据库；最后通过验证测试确认校准效果，若误差超差则自动触发二次校准。自动化实现基于 LabVIEW 平台开发校准控制程序，集成仪器驱动接口和数据处理模块，支持一键式校准操作，将单次校准时间从传统手动操作的 2 小时缩短至 15 分钟，大幅提升校准效率。

3.2 校准效果对比分析及误差评估

通过对比校准前后的测试数据评估校准效果。选取 10 组不同批次的数字 T/R 组件进行测试，校准前幅度一致性最大误差为 ±2.3dB ，相位一致性最大误差为 ±15^∘ °；校准后幅度一致性控制在 ±0.4dB 以内，相位一致性优化至 ±2.5^∘ °，均满足精度要求。频率响应方面，校准前在工作频段内波动达 ±3dB ，校准后降至 ±0.8dB 。误差评估采用 3σσ 准则，计算校准后各参数的标准差，其中幅度测量标准差 ⩽0.1dB ，相位测量标准差 ⩽0.5^∘ ，时间延迟测量标准差 ⩽0.3ns ，表明校准方法具有良好的稳定性。

4 结语

自动测试系统的精度保障对于雷达数字 T/R 组件的性能评估至关重要，校准作为核心环节，直接影响测试系统的可信度与数据质量。本文提出的多维协同校准方法，结合幅度、相位、频率和时间等关键参数，构建了系统化的校准流程，显著提升了测试系统的综合性能。实践验证表明，该方法具备良好的通用性与可扩展性，适用于多型号 T/R 组件的测试校准需求。未来可进一步融入智能算法，实现校准流程的自适应优化与远程自动化运行，推动雷达测试系统向高效、智能、标准化方向发展。

参考文献

[1]李志强，陈永军.雷达 T/R 组件自动测试系统的校准技术研究[J].电子测量技术,2023,46(4):58–62.

[2]王立新，周明.基于误差建模的自动测试系统校准方法分析[J].测控技术,2022,41(9):74–78.

[3]刘晓东，赵宇.多通道雷达 T/R 组件相位一致性测试及校准方法[J].微波学报,2023,39(5):81–85.