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摘要：针对类型不同、校准方法相似的无线通信仪器校准过程中测试点多，手动测试效率低，单个仪器自动测试系统占用测试资源，设备利用率低等问题，在VB6.0开发环境下，采用软件模块化设计的方法，搭建基于GPIB（general-purpose interface bus）总线的无线通信自动校准系统，实现PC对仪器的通信，参数设置，数据的读写与处理，自动生成校准证书，最终实现多种无线通信仪器在同一个平台下进行自动校准，实际应用表明，该系统可扩展性强，可靠性高，实用性强，应用价值高，
关键词：无线通信仪器；VB；通用自动校准系统；GPIB
中图分类号：TN923 文献标志码：A 文章编号：1007-2683（2013）02-0101-04
0、引言
随着无线通信技术的飞速发展，消费者对通信产品的质量要求也越来越高，种类繁多的无线通信仪器在通信行业中的应用无处不在，这就对无线通信仪器的测试计量提出了更高的要求，具体表现在测试点密集，准确度要求高，测试速度快等方面，相比之下，手动测试效率低，速度慢且测试数据不易管理。
目前国内计量机构有关无线通信仪器的自动校准系统都是针对某一种具体仪器而单独开发的，设备利用率低，鉴于无线通信仪器的校准参数主要集中在频率、电平、数字调制等几种参数，又考虑到校准方法及校准设备的通用性，校准工作的复杂性，控制仪器的快速性以及软件代码的可重用性，在VB 6.O环境下设计了基于GPIB的无线通信自动校准系统，不同类型的无线通信仪器控制指令，校准方法以及测试点都略有不同，本系统采用仪器控制指令、参数设置、测试程序分离的方法来提高系统的可扩展性，便于对已有测试系统的管理和扩充。
1、自动测试系统概述
自动测试系统是在仪器总线（GPIB、VXI、PXI等）或标准的测控系统总线的基础上组建的，通过对被测设备的测试测量、故障诊断、数据分析处理、数据存储以及传输，并将测试结果以恰当的方式显示或输出的系统，它将人工智能、数据库管理、虚拟仪器、计算机、信息和现代微电子等领域的热点技术结合在一起，并应用于仪器中从而形成一个测试功能更齐全、更强大的平台，具有速度快、精确度高、功能多、参数多以及测量范围宽等特点，在现代电子设备的维修和测试方面提供了最有力的保障。
2、系统硬件组成
GPIB自动测试系统通过GPIB线缆将工控机、GPIB卡和程控仪器相连，程控仪器的数量不能超过14台，两台仪器之间的距离不超过2 m，线缆的总长度不超过20 m，硬件连接好之后，还需安装AgilentIO Libraries Suite，并给程控仪器设置不同的GPIB地址。
无线通信自动校准系统主要分为3个部分：计算机，标准器和被校准仪器，系统硬件结构如图1所示。
3、系统软件设计
系统选用Visual Basic开发软件。VB作为面向对象的可视化编程软件，具有操作简单、界面友好、高效率开发、功能强大等特点，更重要的是VB可以非常简单的与数据库进行连接，仪表驱动程序的开发采用可编程仪器的标准命令SCPI，SCPI标准是在IEEE488.2基础上提出的，避免了其他软件开发程序借口与测试主程序兼容不易实现的问题。
系统软件部分采用模块化设计，主要包括：上层操作界面模块，底层仪器驱动模块，测试界面模块，数据库管理模块，测试结果处理模块等5个部分，模块化设计让这些软件相互独立，通过接口来进行交互，便于系统的更新和管理，很大程度上提高了该软件的可重用性。
上层操作界面模块采用经典的Windows图形界面，该界面实现了仪器类型、生产厂家、出厂编号的自动识别，针对仪器的指标和客户要求制定不同的测试模版，根据需要手动进行选择，然后，底层仪器驱动模块是整个软件构架中，测试程序与仪器通信的接口函数。主要的功能是将上层程序对仪表的控制命令转化为仪表可识别的GPIB指令，再通过GPIB总线发送给仪器，测试过程中，测试界面模块依据测试项目编号调用数据库中的测试模版和控制指令，底层仪器驱动模块根据GPIB地址将控制指令发送给仪器，返回的数据通过GPIB总线发送给测试界面模块。
测试界面模块是整个软件设计的核心，也是测试过程中至关重要的部分，主要的功能是：测试执行，数据处理和返回，结果显示，该模块通过VB中ADO控件访问数据库实现与数据库的连接，再通过数据库感知控件Datagrid实现与数据库的绑定。以及实现数据库信息的动态显示，根据上层控制界面模块选择的测试模版，调用参数设置模版，并在测试界面中显示，校准参数与GPIB命令的调用依据测试项目编号，GPIB地址等相关信息一一对应，测试结果经过处理后在测试界面显示。
数据库管理模块是上层应用程序与后台数据库通信的接口函数，主要功能是为其他几个模块服务，被测设备的基本信息依据出厂编号、仪器类型保存，测试结果依据出厂编号、测试项目编号以及测试参数等信息保存，仪器控制指令依据测试项目编号和GPIB地址保存，测试模版依据测试项目编号、校准参数保存，这些组合起来的信息是一一对应的，确保了保存过程中的准确性。
测试结果处理模块的功能是将数据库中的测试结果导出excel，保存，打印等。
4、自动校准的实现
4.1 自动校准过程
无线通信仪器的校准项目，通常包括：RF信号源输出电平校准；RF分析仪输入电平校准；RF信号源调制参数校准；RF分析仪解调参数校准；RF信号源输出谐波校准和RF信号源输出频率校准6个大项，RF信号源调制参数校准和RF分析仪解调参数校准，依据数字调制标准有不同的测试子项目，
以Agilent公司的E5515C综合测试仪的RF信号源输出电平校准为例，来说明无线通信仪器自动校准的过程，其中，标准器选用Agilent公司的E4440A频谱分析仪，R&S公司NRP 2功率计，RF信号源输出电平是E5515C综测仪最重要的测试项目之一，依据Agilent公司E5515C综测仪的校准参数指标，RF信号源输出电平需要校准850 MHz。950 MHz，1800 MHz，1900 MHz 4个频段，输出电平从-14 dBm至一114 dBm，每步减小5 dB，允许误差为1 dB，仪器连线如图2所示。 RF信号源输出电平校准采用大电平和小电平分开校准的方法，大电平用功率计校准，小电平用频谱仪校准，NPR2功率探头的功率电平测试范围为-67 dBm至+23 dBm，测量不确定度小于0.1 dB，因此小电平校准需要使用频谱仪，具体方法是以一14 dBm的功率计实测电平Ps为参考，用E5515C综测仪输出一14 dBm载波信号到频谱仪，设置频谱仪delta，消除射频线缆衰减引起的误差，E5515C综测仪再输出x dBm的信号，频谱仪读数P△即是X与参考点的相对值，因此x的实测值y可以表示为：
y=Ps+P△具体的自动校准流程如图3所示，有以下几点说明：
1）无论超差与否都得关闭E5515C综测仪通道输出，因为在有信号输出的情况下，拆下射频线会对频谱仪造成损伤 。
2）频谱仪PRESET，初始化频谱仪，避免误操作；频谱仪的SPAN即跨度设置，相当于一个带通滤波器，同打开频谱仪预放功能一样，是为了避免杂波影响和消除本底噪声，提高信号的纯度，确保测量精确性。
3）设置频谱仪分辨带宽RBW的步骤，由于只是在某几个参考点设置，因此不能够写入循环，RBW设置越小，测量小电平时信号越稳定，频谱仪读数越准，但RBW越小，频谱仪扫描时间越长，意味着测试时间越长，确定一个合理的RBW在不影响信号稳定的同时尽量减小测试时间就显得非常重要。
4）频谱仪delta只在以-14 dBm做参考的时候设置，因此该步骤也不写入循环，需要单独在程序里执行。
4.2 自动校准系统分析
为了验证自动测试结果的可靠性，进行了大量的手动测试与自动测试的比对实验，以不同时间做出的一组频率为850 MHz比对实验结果为例，该组数据是经过20次平均之后的结果，如表1所示，手动测试和自动测试的差值远小于测量不确定度，此外，在实际的应用过程中，对手动测试和自动测试的时间进行了对比，就该测试项目而言，手动测试所需的时间是自动测试的lO倍以上，而全部的自动测试项目所需要的时间约为30 min，而手动完成所有的测试项目则需要6 h以上，实验表明：无线通信自动校准系统不仅具有较高的可靠性，而且测试效率比起手动测试有很大的提高。
5、结论
无线通信自动校准系统的设计，在普通校准系统提高测试速率，测试精确度和稳定度的基础上，又大大提高了系统的集成度，节省了测试资源，以及扩展性强等特点也为其它的通用自动校准系统的设计提供了一个非常好的参考，随着系统的不断扩展，如何优化系统和提高软件的人性化操作将是下一步的重点研究方向。
关键词：无线通信仪器；VB；通用自动校准系统；GPIB
中图分类号：TN923 文献标志码：A 文章编号：1007-2683（2013）02-0101-04
0、引言
随着无线通信技术的飞速发展，消费者对通信产品的质量要求也越来越高，种类繁多的无线通信仪器在通信行业中的应用无处不在，这就对无线通信仪器的测试计量提出了更高的要求，具体表现在测试点密集，准确度要求高，测试速度快等方面，相比之下，手动测试效率低，速度慢且测试数据不易管理。
目前国内计量机构有关无线通信仪器的自动校准系统都是针对某一种具体仪器而单独开发的，设备利用率低，鉴于无线通信仪器的校准参数主要集中在频率、电平、数字调制等几种参数，又考虑到校准方法及校准设备的通用性，校准工作的复杂性，控制仪器的快速性以及软件代码的可重用性，在VB 6.O环境下设计了基于GPIB的无线通信自动校准系统，不同类型的无线通信仪器控制指令，校准方法以及测试点都略有不同，本系统采用仪器控制指令、参数设置、测试程序分离的方法来提高系统的可扩展性，便于对已有测试系统的管理和扩充。
1、自动测试系统概述
自动测试系统是在仪器总线（GPIB、VXI、PXI等）或标准的测控系统总线的基础上组建的，通过对被测设备的测试测量、故障诊断、数据分析处理、数据存储以及传输，并将测试结果以恰当的方式显示或输出的系统，它将人工智能、数据库管理、虚拟仪器、计算机、信息和现代微电子等领域的热点技术结合在一起，并应用于仪器中从而形成一个测试功能更齐全、更强大的平台，具有速度快、精确度高、功能多、参数多以及测量范围宽等特点，在现代电子设备的维修和测试方面提供了最有力的保障。
2、系统硬件组成
GPIB自动测试系统通过GPIB线缆将工控机、GPIB卡和程控仪器相连，程控仪器的数量不能超过14台，两台仪器之间的距离不超过2 m，线缆的总长度不超过20 m，硬件连接好之后，还需安装AgilentIO Libraries Suite，并给程控仪器设置不同的GPIB地址。
无线通信自动校准系统主要分为3个部分：计算机，标准器和被校准仪器，系统硬件结构如图1所示。
3、系统软件设计
系统选用Visual Basic开发软件。VB作为面向对象的可视化编程软件，具有操作简单、界面友好、高效率开发、功能强大等特点，更重要的是VB可以非常简单的与数据库进行连接，仪表驱动程序的开发采用可编程仪器的标准命令SCPI，SCPI标准是在IEEE488.2基础上提出的，避免了其他软件开发程序借口与测试主程序兼容不易实现的问题。
系统软件部分采用模块化设计，主要包括：上层操作界面模块，底层仪器驱动模块，测试界面模块，数据库管理模块，测试结果处理模块等5个部分，模块化设计让这些软件相互独立，通过接口来进行交互，便于系统的更新和管理，很大程度上提高了该软件的可重用性。
上层操作界面模块采用经典的Windows图形界面，该界面实现了仪器类型、生产厂家、出厂编号的自动识别，针对仪器的指标和客户要求制定不同的测试模版，根据需要手动进行选择，然后，底层仪器驱动模块是整个软件构架中，测试程序与仪器通信的接口函数。主要的功能是将上层程序对仪表的控制命令转化为仪表可识别的GPIB指令，再通过GPIB总线发送给仪器，测试过程中，测试界面模块依据测试项目编号调用数据库中的测试模版和控制指令，底层仪器驱动模块根据GPIB地址将控制指令发送给仪器，返回的数据通过GPIB总线发送给测试界面模块。
测试界面模块是整个软件设计的核心，也是测试过程中至关重要的部分，主要的功能是：测试执行，数据处理和返回，结果显示，该模块通过VB中ADO控件访问数据库实现与数据库的连接，再通过数据库感知控件Datagrid实现与数据库的绑定。以及实现数据库信息的动态显示，根据上层控制界面模块选择的测试模版，调用参数设置模版，并在测试界面中显示，校准参数与GPIB命令的调用依据测试项目编号，GPIB地址等相关信息一一对应，测试结果经过处理后在测试界面显示。
数据库管理模块是上层应用程序与后台数据库通信的接口函数，主要功能是为其他几个模块服务，被测设备的基本信息依据出厂编号、仪器类型保存，测试结果依据出厂编号、测试项目编号以及测试参数等信息保存，仪器控制指令依据测试项目编号和GPIB地址保存，测试模版依据测试项目编号、校准参数保存，这些组合起来的信息是一一对应的，确保了保存过程中的准确性。
测试结果处理模块的功能是将数据库中的测试结果导出excel，保存，打印等。
4、自动校准的实现
4.1 自动校准过程
无线通信仪器的校准项目，通常包括：RF信号源输出电平校准；RF分析仪输入电平校准；RF信号源调制参数校准；RF分析仪解调参数校准；RF信号源输出谐波校准和RF信号源输出频率校准6个大项，RF信号源调制参数校准和RF分析仪解调参数校准，依据数字调制标准有不同的测试子项目，
以Agilent公司的E5515C综合测试仪的RF信号源输出电平校准为例，来说明无线通信仪器自动校准的过程，其中，标准器选用Agilent公司的E4440A频谱分析仪，R&S公司NRP 2功率计，RF信号源输出电平是E5515C综测仪最重要的测试项目之一，依据Agilent公司E5515C综测仪的校准参数指标，RF信号源输出电平需要校准850 MHz。950 MHz，1800 MHz，1900 MHz 4个频段，输出电平从-14 dBm至一114 dBm，每步减小5 dB，允许误差为1 dB，仪器连线如图2所示。 RF信号源输出电平校准采用大电平和小电平分开校准的方法，大电平用功率计校准，小电平用频谱仪校准，NPR2功率探头的功率电平测试范围为-67 dBm至+23 dBm，测量不确定度小于0.1 dB，因此小电平校准需要使用频谱仪，具体方法是以一14 dBm的功率计实测电平Ps为参考，用E5515C综测仪输出一14 dBm载波信号到频谱仪，设置频谱仪delta，消除射频线缆衰减引起的误差，E5515C综测仪再输出x dBm的信号，频谱仪读数P△即是X与参考点的相对值，因此x的实测值y可以表示为：
y=Ps+P△具体的自动校准流程如图3所示，有以下几点说明：
1）无论超差与否都得关闭E5515C综测仪通道输出，因为在有信号输出的情况下，拆下射频线会对频谱仪造成损伤 。
2）频谱仪PRESET，初始化频谱仪，避免误操作；频谱仪的SPAN即跨度设置，相当于一个带通滤波器，同打开频谱仪预放功能一样，是为了避免杂波影响和消除本底噪声，提高信号的纯度，确保测量精确性。
3）设置频谱仪分辨带宽RBW的步骤，由于只是在某几个参考点设置，因此不能够写入循环，RBW设置越小，测量小电平时信号越稳定，频谱仪读数越准，但RBW越小，频谱仪扫描时间越长，意味着测试时间越长，确定一个合理的RBW在不影响信号稳定的同时尽量减小测试时间就显得非常重要。
4）频谱仪delta只在以-14 dBm做参考的时候设置，因此该步骤也不写入循环，需要单独在程序里执行。
4.2 自动校准系统分析
为了验证自动测试结果的可靠性，进行了大量的手动测试与自动测试的比对实验，以不同时间做出的一组频率为850 MHz比对实验结果为例，该组数据是经过20次平均之后的结果，如表1所示，手动测试和自动测试的差值远小于测量不确定度，此外，在实际的应用过程中，对手动测试和自动测试的时间进行了对比，就该测试项目而言，手动测试所需的时间是自动测试的lO倍以上，而全部的自动测试项目所需要的时间约为30 min，而手动完成所有的测试项目则需要6 h以上，实验表明：无线通信自动校准系统不仅具有较高的可靠性，而且测试效率比起手动测试有很大的提高。
5、结论
无线通信自动校准系统的设计，在普通校准系统提高测试速率，测试精确度和稳定度的基础上，又大大提高了系统的集成度，节省了测试资源，以及扩展性强等特点也为其它的通用自动校准系统的设计提供了一个非常好的参考，随着系统的不断扩展，如何优化系统和提高软件的人性化操作将是下一步的重点研究方向。