1、低轨宽带通信卫星天线的演进和测试挑战

低轨宽带通信卫星的有效载荷由转发器分系统和天线分系统两部分构成，它们配合起来完成信号的转发任务。

天线分系统完成空间中的电磁波信号和设备中的电信号的转换。其中接收天线接收地球站或地面终端发射的上行信号，并将其送至转发器的接收机；发射天线将转发器中发射机的电信号转换成空间电磁波发送到地球站或地面终端。

对于低轨宽带通信卫星来说

有源相控阵天线能够实现多波束的发射接收，同时和多个地球站或地面终端通信，从而提高系统容量；

有源相控阵天线的波束窄，指向性强，合成后的功率大，有利于地面终端的小型化；

另外有源相控阵天线很容易实现波束的扫描和重构，系统灵活性强；

单个阵元的损坏只会对部分波束有影响，不会影响整个天线系统的工作，系统对失效的冗余度高。

因此，在低轨卫星通信卫星上，有源相控阵天线的应用越来越广泛。

有源相控阵天线包含了成百上千个阵元，每个阵元都是一个TR组件，包含Tx和Rx，在Tx和Rx中通常都包含移相器和衰减器。通过对多个阵元的移相和衰减进行控制（波控），能够实现它们合成后的信号在某个方向加强，在其它方向减弱，从而实现很窄的波束和很低的副瓣。

传统的相控阵天线通常是把多个TR组件模块通过电缆或波导连接到一起构成的，而现在新的趋势是把多个TR组件集成到同一个射频芯片上，这进一步提高了相控阵天线的集成度。这进一步提高了相控阵天线的集成度，如图1所示。

图1 四合一TR组件芯片

为了保证天线分系统的工作性能，我们需要对它进行性能测试。除了传统的天线测试参数之外，低轨宽带通信卫星的天线分系统还引入了一些新的需求和挑战：

很多时候，低轨宽带通信卫星的相控阵天线和发射机、接收机的放大器射频芯片直接物理键合到了一起，无法引出射频测试接口，收发信机的测试都需要在空口（OTA）进行。

除了需要测试传统的天线性能，如工作频率、增益、极化、方向图、发射EIRP、接收G/T等参数之外，还需要在空口测量收发信机的调制解调性能，如ACPR（邻道抑制比）和EVM（矢量误差幅度），还有更高层的信令测试，如吞吐量、阻塞率、时延等。

低轨宽带通信卫星采用频率更高的Ku/Ka/Q/V频段来满足大带宽的应用需求，对测试仪器在毫米波频段的射频性能（如动态范围、本底EVM）提出了更高的要求。

空口测试需要在产品的整个生命周期进行，包括研发、器件测试验证、系统集成、一致性测试、产线测试、安装维护，大量的测试要求极高的测试效率。

相控阵天线测试扫描的维度仍然有频率、转台转动角度和被测天线输出通道数三个维度。使用多端口PXI矢网，可以不用开关矩阵切换被测天线的不同输出通道分别采集，而是用多个并行工作的接收机同时采集所有被测天线输出通道的数据，减少了一个扫描维度，从而可以把测试时间缩短一个数量级(取决于被测相控阵天线的输出通道数)。

Keysight M980xA系列多端口PXI矢网，能够完美匹配多通道TR组件和相控阵天线的测试需求。

今天我们讨论全新的基于多端口PXI矢网的相控阵天线测试方法：

利用模块化矢量网络分析仪M980xA平台可以完成天线的近场，远场和紧缩场的测试。小K会逐一进行介绍。

2、基于多端口PXI矢网的近场天线测试

类似地，使用多端口PXI矢网也能大大提高近场天线测试的效率，图2是一个用于接收的相控阵天线测试场景。

图2 基于多端口PXI矢网的近场接收天线测试

多端口PXI矢网的其中一个端口用来给发射天线提供馈源激励，被测相控阵天线的多通道输出可以直接用多端口PXI矢网的其它测试端口一次性接收采集。

发端馈源探头（天线）以被测天线孔径的半波长为间隔进行扫描，在每一个测试频点和每个发端馈源探头位置，都需要重复以上测量过程。

多端口PXI矢网带来的速度提升取决于被测相控阵天线的接收通道个数。

对用于发射的相控阵天线的近场测试，通常的做法是

以被测发射天线为中心搭建一个拱面，在拱面上安装一个可以精确移动位置的接收探头，或者在拱面不同位置安装多个探头完成不同位置的数据采集。

这些探头通过开关矩阵连接到PNA矢网的测试端口。在每个被测发射天线的波束角度，都需要在拱面上的所有位置进行信号的采集。

通过探头的机械移动，或者开关矩阵切换不同探头的采集，测量的时间是非常长的。

使用多端口PXI矢网的多个测试端口连接所有的接收探头，可以一次性采集被测发射天线每个波束角度下所有拱面位置上的信号，大大提高测试效率，如图3所示。

图3 基于多端口PXI矢网的近场发射天线测试

3、基于多端口PXI矢网的远场天线测试

图4是采用了多端口PXI矢网的远场相控阵天线测试系统。

图4 基于多端口PXI矢网的远场天线测试

发端仍然用信号源做馈源，并通过源天线发射信号；接收端用多端口PXI矢网代替了基于PNA的外混频接收系统。

由于PXI矢网的尺寸很小，集成度很高，因此可以放置在靠近被测天线的位置，减小被测天线和矢网之间的线损。PXI矢网的动态范围非常高，可以满足对灵敏度要求很高的天线测试需求。

通过多端口PXI矢网每个端口里边的测量接收机，可以同时测量参考天线和被测相控阵天线所有输出通道的射频信号。

多端口PXI矢网和发射端信号源、天线转台通过触发电缆进行触发同步，可以通过程控自动完成不同频率、不同转台角度的多通道数据采集。

基于PXI矢网平台的紧缩场测试以及传统PNA台式矢量网络分析仪的完整天线测试方案也包含在原始文档中。

关键词:低轨卫星 天线测试 解决方案

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来 源：是德科技

编辑：清风

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