Jste zde

Testovací systém NI pro fázové antény s vysokou propustností

LabVIEW a NI TestStand spolu s hardware PXI pomohly zkrátit délku testu ze 6 minut na několik sekund na jedno zařízení. Přitom byla dosažena vysoká propustnost testů a krátká doba potřebná pro vývoj. 
 

Zadání

U chytrých telefonů, tabletů a dalších podobných zařízení je dnes už očekáváno rychlé a spolehlivé datové připojení. Nicméně kvůli omezením stávajících antén pro satelitní komunikaci, prostředky jako jsou vojenská letadla či příměstské vlaky zřídkakdy nabízejí odpovídající komunikační infrastrukturu. Společnost Phasor Solutions vyvinula anténu s elektronickým řízením směru pro uspokojení této poptávky a nyní řeší výrobu a testování velkého objemu těchto antén.
 

Řešení

S použitím softwaru NI LabVIEW a NI TestStand a hardwaru PXI jsme vyvinuli strategii pro testování, která odpovídá našim krátkodobým požadavkům na charakterizaci i požadavkům výroby pro testování polovodičových obvodů. Náš systém pomáhá s návrhem a testováním fázových satelitních antén ve velkých objemech. Antény umožňují kvalitní digitální komunikaci v řadě dopravních prostředků, bez ohledu na místo a rychlost.
 
Obr. 1: První zaručeně funkční plochá fázová anténa s vysokým ziskem pro satelitní komunikaci za pohybu
 

Mobilní satelitní komunikace

V informačním věku se přístup k širokopásmové komunikační sítí stává spíše nutností než luxusem, v závislosti na situaci.
 
Někteří vojáci vyslaní do odlehlých míst jsou odříznuti od základního pohodlí, jako je tekoucí voda či elektřina. Získání přístupu k informacím a komunikace s kolegy a nadřízenými je v takových situacích potřeba, kterou je nezbytné naplnit. Blíže k domovu může jít zase o člověka, který pravidelně létá či dojíždí, a jehož produktivita může být omezena chybějícím připojením k internetu v letadlech či ve vlacích.
 
Cestující na lodích, ve vojenských prostředcích, v letadlech či ve vlacích mají na palubě omezený nebo dokonce žádný přístup ke komunikační infrastruktuře. Ve společnosti Phasor Solutions se snažíme tento problém překonat prostřednictvím vývoje fázových antén pro satelitní komunikaci. Tyto antény mohou zprostředkovat širokopásmovou komunikaci uživatelům, ať už se pohybují rychlostí 700 km/h v letové hladině, či se nacházejí na těch nejodlehlejších koutech naší planety.
 

Fázová anténa

Fázová anténa nahrazuje antény s mechanickým pohybem, její výška je menší než 1 palec a hodí se na jakýkoliv povrch. Tyto antény pro satelitní komunikaci jsou určeny do letadel, vlaků, pozemních dopravních prostředků, lodí, jachet a bezpilotních letadel. Širokopásmová komunikace za pohybu je díky nim rychlejší, levnější a spolehlivější za všech okolností – bez ohledu na to, kde se nacházíte či jak rychle se pohybujete. Už samotná fyzická podoba těchto antén, při porovnání s tradičními parabolickými satelitními anténami, představuje jejich nezpochybnitelnou výhodu.
 
Fázové antény určené pro komunikaci v pásmech X, Ku či Ka jsou založeny na patentovaných mikrovlnných integrovaných polovodičových obvodech, které elektronicky tvarují, směrují a sledují signál. Odpadá tak potřeba fyzicky směrovat anténu na satelit. 
 
Návrh antény je založen na proprietárních polovodičových prvcích, které zahrnují analogovou, digitální i VF technologii a umožňují tvarování svazku, zarovnávání a sledování satelitního signálu.
 
Obr. 2: ‘System on a Chip’
 

Přístup

Kvůli obrovskému zájmu o fázové antény očekáváme výrobu polovodičových prvků v objemech stovek milionů. V počátečních fázích vývoje a testování jsme používali tradiční přístup se stolními přístroji, jejichž automatizace probíhala s pomocí textově založených jazyků. Nicméně naše potřeba testování antén ve velkých objemech ukázala, že tyto tradiční postupy jsou pro naše účely příliš pomalé. Proto jsme ve spolupráci s NI nadefinovali a uvedli do provozu testovací strategii pro polovodiče, která pokrývá jak krátkodobé požadavky na charakterizaci, tak výrobní požadavky při plném objemu. Řešení definované společně s NI bylo založeno na integrovaném balíku hardwaru a softwaru.
 
Vývoj testovací strategie začal návrhem flexibilního produkčního testovacího systému, který umožňuje rychlou konfiguraci testů pro různé polovodičové prvky, které plánujeme pro pásma X, Ku a Ka.
 
Odborníci na VF technologie z NI rychle a efektivně demonstrovali možnou konfiguraci systému a prototyp testovací stanice. Jejich odhodlání bylo patrné od samého počátku. Byli jsme v přímém kontaktu s týmem z americké pobočky, který spolupracoval s odborníky ve Velké Británii a který nám prezentoval plán pro dosažení úspěšného výsledku s NI.
 

Vývoj a testování s National Instruments

Pro implementaci naší testovací strategie jsme nakonec zvolili kompletní hardwarové a softwarové řešení. Skládalo se ze softwaru NI LabVIEW a NI TestStand Jeho hardwarová část byla tvořena systémem PXI s digitální vstupně výstupní kartou řady R s integrovaným obvodem FPGA (NI PXI-7811R), dále VF signálovým generátorem (NI PXI-5651), vysokorychlostním digitizérem (NI PXI-5105) a vestavným kontrolérem (NI PXI-8102). Nedílnou součástí byly také napájecí zdroje a měřiče.

Obvod FPGA posloužil k řízení našeho obvodu typu system-on-a-chip a VF signálový generátor poskytnul referenční signál pro naše VF signály. Vysokorychlostní digitizér měřil signální odezvu v průběhu testu a napájecí zdroj (NI PXI-4110) napájel obvody při testování.

Tato metoda řeší digitální, analogové i VF aspekty testování našeho obvodu system-on-a-chip, zatímco nástroje NI TestStand a LabVIEW pomohly s vývojem softwaru pro čip a tvorbou testovacího programu. Snadnost používání LabVIEW a NI TestStand, spolu s efektivitou hardwaru PXI, nám pomohly zkrátit délku testu ze 6 minut na několik sekund na jedno zařízení. Vysoká propustnost testů a krátká doba potřebná pro vývoj s výslednými úsporami a konzistentní podporou, to vše nám pomohlo dosáhnout našich cílů s nevídanou rychlostí.
 
"Snadnost používání LabVIEW a NI TestStand, spolu s efektivitou hardwaru PXI,
nám pomohly zkrátit délku testu ze 6 minut na několik sekund na jedno zařízení.
Vysoká propustnost testů a krátká doba potřebná pro vývoj s výslednými úsporami
a konzistentní podporou, to vše nám pomohlo
dosáhnout našich cílů s nevídanou rychlostí."  
 
Ve světě, kde se vzdálenosti neustále zkracují, umožňuje společnost Phasor Solutions komunikovat bez ohledu na to, kde se nacházíte či kam směřujete. Nic z toho by nebylo možné bez pomoci našeho podpůrného systému, který zahrnuje výzkumníky, investory, techniky a společnost NI. Ze svého systému jsme nadšeni a profesionální přístup ze strany NI můžeme doporučit i jiným společnostem.
 
 
Informace o autorovi:
Derek Wilson
Soukromá britská společnost Phasor Solutions Ltd jako první na světě představila fázovou anténu s vysokým ziskem, nízkým profilem a přijatelnou cenou. Anténa byla navržena pro komerční i obranné aplikace a společnost nedávno oznámila implementaci způsobu testování s vysokou propustností společně s National Instruments a připravuje se na uvedení produktu na trh v roce 2014.
 
National Instruments (Czech Republic), s.r.o.
Sokolovská 136D 
186 00 Praha 8
Česká republika
Tel: +420 224 235 774
Fax: +420 224 235 749
 
CZ: 800 267 267
SK: 00 800 182 362
 
 
Hodnocení článku: