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。現在，它是Tyco Electronics公司的總部所在地。該公司是一家國防和航天RF元件和子系統制造商。現在，Tyco Electronics M/A-COM已不再是Tyco International的子公司，它以Adams-Russell、Phoenix Microwave和Anzac等品牌生產自己的產品，這些品牌都來自于被Tyco Electronics并購的公司。

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

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圖1安裝在發射車上檢測有效載荷的螺旋天線

該公司的RF元件包括頻率轉換器、放大器、倍頻器、混頻器和交換器。其中許多元件用于如現場可更換單元（LRU）和電子戰（EW）系統這類的子系統。Tyco Electronics還生產一種用來干擾自制爆炸裝置（Improvisational Explosive Devices）無線電信號的設備，用來保護伊拉克人的生命。

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

天線增益

Tyco Electronics的天線用于通信、電子戰和導航系統。它們還被用來發送遙測信號或接收GPS信號。對于新設計，需要對天線所有特性進行完全的表征。天線工程經理Mark Marden領導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載火箭上的螺旋天線。天線的直徑決定其頻率范圍。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、航天飛船、導彈和武器上安裝的天線，需要進行全球面測試，而地基天線則只需要進行半球面測試。

工程師設計了一種方法，可以在消聲室內測量天線360°輻射方向圖。他們將被測天線相對于一個固定天線做360°轉動。圖2顯示了一個消聲室的設備布局，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。

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圖2消聲室內裝置用于將發射天線位置對準被測天線并調整被測天線采集數據

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

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

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圖3繞軸樞點轉動被測天線的機械臂

在將被測天線裝到消聲室內之前，工程師使用一個已知增益的天線為基準對設備進行校準。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進行比較。

天線環境

用于航天和國防領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。在使天線經受環境考驗之前，工程師先進行名為“驗收測試”的基準測量。通過該測試，可以向用戶證明天線符合規格要求。然后，將天線置于惡劣環境下重復性能測試，該測試被稱為“認可測試”。

認可測試包括溫度、振動和壓力測試以及高加速壽命測試。工程師可能同時設置天線的多個環境條件。在環境實驗室中，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受溫度和振動了。

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圖4工程師們可調整喇叭天線高度以適應不同的發射天線尺寸

環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。一臺升降機可使部件通過高溫和低溫箱，以產生熱應力。還有一個溫度/高度箱使部件經受寬溫度范圍和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行生產測試。“用戶對生產測試的要求差別很大，” Marden稱。“關鍵任務用的天線，如運載火箭用的天線，需要對每個單元都進行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，為了保證測試數據的安全，工程師們通常將測量值保存在一個帶移動硬盤的計算機上。該移動硬盤保存在保險箱內。
電纜問題

天線負責發送和接收RF信號，但需要由電纜和連接器將這些信號發送給電子設備。由于Tyco Electronics公司產品的專用性，該公司生產自己的電纜和連接器，然后將其組裝到電纜部件上。

“在Lowell我們生產超過300種電纜，”電纜工程經理Herb Pflanz說。“我們使用裸線、Teflon、 Kapton和Nomex制造軍用和商用客機的電纜。”電纜長度從6英寸到數百英尺不等。多數在直流到18GHz頻率范圍內工作，但也有些在26.5GHz~50GHz頻率范圍內工作。

工程師通過測量發送功率、反射功率、VSWR和插入損耗對電纜進行測試。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。用戶經常要求相位匹配誤差在±10°范圍內。為了滿足這一要求，Tyco Electronics的工程師設計了可達到最高可能傳播速度的電纜。據Pflanz稱，典型的電纜傳播速度通常在光速的76%~82%之間。

圖5具有相同物理長度但傳播速度不同的電纜會使輸出形成相位差

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入電纜的信號產生相位差。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有一個電纜特性數據庫，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，不同批生產的電纜傳播速度會有差異，因此電氣長度也有所不同。根據用戶對電纜的長度要求，該公司可供應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%，但也可能有更嚴格的要求。

連接

Tyco Electronics的工程師還設計各種標準和定制的RF連接器。這些連接器在Lowell生產。一些連接器的設計很復雜，包括鍵環（keying ring）和自鎖機制，以防止不當使用連接器。還有一些則彎曲45°~ 90°。一些連接器還帶有現場可更換端頭。

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，多數在50W~500W范圍內。不過某些連接器可用于數千瓦功率的場合。工程師使用功率測試儀和網絡分析儀測量這些參數。

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

很多RF部件都帶有可調增益和頻率響應等參數的模擬輸入。LRU中基于微處理器的數字控制板帶有數模轉換器，可產生所需電壓。工程師利用數據采集系統測量和校準控制電壓。高級總工程師Ravi Hans所領導的一個有八名工程師的小組負責開發用于測試和校準RF部件的數字控制板和測試系統。

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

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

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

生產階段

總數為數百到數千的RF元件和系統必須經過生產測試。由測試工程經理Bill Kane負責Lowell和San Jose的RF元件生產設施的生產測試的開發工作。

在這個組合設施中，生產測試團隊維護著100多個測試系統。這些系統復雜程度不同，有些是實現測試臺上幾種儀表的自動化，而有些則實現一、二甚至三個機柜測試設備的自動化。這些測試系統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，自動測試系統可節省90%的單位循環時間。例如，某個復雜的電子戰系統手工測試需要超過40小時的時間，而現在可在三個溫度下在三小時內完成測試。此外，這些測試系統還具有“啟動了就不用管”的能力，這樣，一個操作人員就可以同時運行幾個測試，還可以不需要操作員在夜間進行測試。
在Tyco Electronics，測試工程師開發的系統既有政府資助的也有公司出資的。政府資助的系統專用于測試特定范圍的一些產品，而公司出資的系統則可用于測試各種產品。測試工程師通常會對公司出資的系統進行重新配置，用最新的設備和軟件滿足新項目的需求。

四個單機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。網絡分析儀、頻譜分析儀和數字萬用表則測量大多數參數。

“我們開發了自動測試站，設計工程師則可進行實驗臺測試。” Kane說。“在開發產品期間使用自動測試儀。在進行設計工程階段，我們經常編寫他們需要的自動化代碼。在隨后的生產中我們會重復使用此代碼。”

Kane小組的軟件工程師已使用Agilent Vee開發了一個測試功能庫，他們經常使用該庫測試新產品。測試軟件將測量結果存在數據庫中，可為每個部件生成多達90頁的數據，具體數據量隨測試長度而異。非保密數據存在一個Oracle數據庫中，工程師可以對此數據進行分析，找出需要數天測試才能表現出的趨勢，以對生產工藝進行改進。

Tyco Electronics的工程師對軍事和航天領域所用的天線、元件和系統進行廣泛的測試。“為項目開發團隊所提供的構建室內自動測試系統的能力使開發周期和成本得到巨大的改善。”該部門質量經理和運營執行官John說。