1、低軌寬帶通信衛(wèi)星天線的演進(jìn)和測(cè)試挑戰(zhàn)

低軌寬帶通信衛(wèi)星的有效載荷由轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)和天線分系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，它們配合起來完成信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。

天線分系統(tǒng)完成空間中的電磁波信號(hào)和設(shè)備中的電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。其中接收天線接收地球站或地面終端發(fā)射的上行信號(hào)，并將其送至轉(zhuǎn)發(fā)器的接收機(jī)；發(fā)射天線將轉(zhuǎn)發(fā)器中發(fā)射機(jī)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成空間電磁波發(fā)送到地球站或地面終端。

對(duì)于低軌寬帶通信衛(wèi)星來說

有源相控陣天線能夠?qū)崿F(xiàn)多波束的發(fā)射接收，同時(shí)和多個(gè)地球站或地面終端通信，從而提高系統(tǒng)容量；

有源相控陣天線的波束窄，指向性強(qiáng)，合成后的功率大，有利于地面終端的小型化；

另外有源相控陣天線很容易實(shí)現(xiàn)波束的掃描和重構(gòu)，系統(tǒng)靈活性強(qiáng)；

單個(gè)陣元的損壞只會(huì)對(duì)部分波束有影響，不會(huì)影響整個(gè)天線系統(tǒng)的工作，系統(tǒng)對(duì)失效的冗余度高。

因此，在低軌衛(wèi)星通信衛(wèi)星上，有源相控陣天線的應(yīng)用越來越廣泛。

有源相控陣天線包含了成百上千個(gè)陣元，每個(gè)陣元都是一個(gè)TR組件，包含Tx和Rx，在Tx和Rx中通常都包含移相器和衰減器。通過對(duì)多個(gè)陣元的移相和衰減進(jìn)行控制（波控），能夠?qū)崿F(xiàn)它們合成后的信號(hào)在某個(gè)方向加強(qiáng)，在其它方向減弱，從而實(shí)現(xiàn)很窄的波束和很低的副瓣。

傳統(tǒng)的相控陣天線通常是把多個(gè)TR組件模塊通過電纜或波導(dǎo)連接到一起構(gòu)成的，而現(xiàn)在新的趨勢(shì)是把多個(gè)TR組件集成到同一個(gè)射頻芯片上，這進(jìn)一步提高了相控陣天線的集成度。這進(jìn)一步提高了相控陣天線的集成度，如圖1所示。

圖1 四合一TR組件芯片

為了保證天線分系統(tǒng)的工作性能，我們需要對(duì)它進(jìn)行性能測(cè)試。除了傳統(tǒng)的天線測(cè)試參數(shù)之外，低軌寬帶通信衛(wèi)星的天線分系統(tǒng)還引入了一些新的需求和挑戰(zhàn)：

很多時(shí)候，低軌寬帶通信衛(wèi)星的相控陣天線和發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的放大器射頻芯片直接物理鍵合到了一起，無法引出射頻測(cè)試接口，收發(fā)信機(jī)的測(cè)試都需要在空口（OTA）進(jìn)行。

除了需要測(cè)試傳統(tǒng)的天線性能，如工作頻率、增益、極化、方向圖、發(fā)射EIRP、接收G/T等參數(shù)之外，還需要在空口測(cè)量收發(fā)信機(jī)的調(diào)制解調(diào)性能，如ACPR（鄰道抑制比）和EVM（矢量誤差幅度），還有更高層的信令測(cè)試，如吞吐量、阻塞率、時(shí)延等。

低軌寬帶通信衛(wèi)星采用頻率更高的Ku/Ka/Q/V頻段來滿足大帶寬的應(yīng)用需求，對(duì)測(cè)試儀器在毫米波頻段的射頻性能（如動(dòng)態(tài)范圍、本底EVM）提出了更高的要求。

空口測(cè)試需要在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期進(jìn)行，包括研發(fā)、器件測(cè)試驗(yàn)證、系統(tǒng)集成、一致性測(cè)試、產(chǎn)線測(cè)試、安裝維護(hù)，大量的測(cè)試要求極高的測(cè)試效率。

相控陣天線測(cè)試掃描的維度仍然有頻率、轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和被測(cè)天線輸出通道數(shù)三個(gè)維度。使用多端口PXI矢網(wǎng)，可以不用開關(guān)矩陣切換被測(cè)天線的不同輸出通道分別采集，而是用多個(gè)并行工作的接收機(jī)同時(shí)采集所有被測(cè)天線輸出通道的數(shù)據(jù)，減少了一個(gè)掃描維度，從而可以把測(cè)試時(shí)間縮短一個(gè)數(shù)量級(jí)(取決于被測(cè)相控陣天線的輸出通道數(shù))。

Keysight M980xA系列多端口PXI矢網(wǎng)，能夠完美匹配多通道TR組件和相控陣天線的測(cè)試需求。

今天我們討論全新的基于多端口PXI矢網(wǎng)的相控陣天線測(cè)試方法：

利用模塊化矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀M980xA平臺(tái)可以完成天線的近場(chǎng)，遠(yuǎn)場(chǎng)和緊縮場(chǎng)的測(cè)試。小K會(huì)逐一進(jìn)行介紹。

2、基于多端口PXI矢網(wǎng)的近場(chǎng)天線測(cè)試

類似地，使用多端口PXI矢網(wǎng)也能大大提高近場(chǎng)天線測(cè)試的效率，圖2是一個(gè)用于接收的相控陣天線測(cè)試場(chǎng)景。

圖2 基于多端口PXI矢網(wǎng)的近場(chǎng)接收天線測(cè)試

多端口PXI矢網(wǎng)的其中一個(gè)端口用來給發(fā)射天線提供饋源激勵(lì)，被測(cè)相控陣天線的多通道輸出可以直接用多端口PXI矢網(wǎng)的其它測(cè)試端口一次性接收采集。

發(fā)端饋源探頭（天線）以被測(cè)天線孔徑的半波長(zhǎng)為間隔進(jìn)行掃描，在每一個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)和每個(gè)發(fā)端饋源探頭位置，都需要重復(fù)以上測(cè)量過程。

多端口PXI矢網(wǎng)帶來的速度提升取決于被測(cè)相控陣天線的接收通道個(gè)數(shù)。

對(duì)用于發(fā)射的相控陣天線的近場(chǎng)測(cè)試，通常的做法是

以被測(cè)發(fā)射天線為中心搭建一個(gè)拱面，在拱面上安裝一個(gè)可以精確移動(dòng)位置的接收探頭，或者在拱面不同位置安裝多個(gè)探頭完成不同位置的數(shù)據(jù)采集。

這些探頭通過開關(guān)矩陣連接到PNA矢網(wǎng)的測(cè)試端口。在每個(gè)被測(cè)發(fā)射天線的波束角度，都需要在拱面上的所有位置進(jìn)行信號(hào)的采集。

通過探頭的機(jī)械移動(dòng)，或者開關(guān)矩陣切換不同探頭的采集，測(cè)量的時(shí)間是非常長(zhǎng)的。

使用多端口PXI矢網(wǎng)的多個(gè)測(cè)試端口連接所有的接收探頭，可以一次性采集被測(cè)發(fā)射天線每個(gè)波束角度下所有拱面位置上的信號(hào)，大大提高測(cè)試效率，如圖3所示。

圖3 基于多端口PXI矢網(wǎng)的近場(chǎng)發(fā)射天線測(cè)試

3、基于多端口PXI矢網(wǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)天線測(cè)試

圖4是采用了多端口PXI矢網(wǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)相控陣天線測(cè)試系統(tǒng)。

圖4 基于多端口PXI矢網(wǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)天線測(cè)試

發(fā)端仍然用信號(hào)源做饋源，并通過源天線發(fā)射信號(hào)；接收端用多端口PXI矢網(wǎng)代替了基于PNA的外混頻接收系統(tǒng)。

由于PXI矢網(wǎng)的尺寸很小，集成度很高，因此可以放置在靠近被測(cè)天線的位置，減小被測(cè)天線和矢網(wǎng)之間的線損。PXI矢網(wǎng)的動(dòng)態(tài)范圍非常高，可以滿足對(duì)靈敏度要求很高的天線測(cè)試需求。

通過多端口PXI矢網(wǎng)每個(gè)端口里邊的測(cè)量接收機(jī)，可以同時(shí)測(cè)量參考天線和被測(cè)相控陣天線所有輸出通道的射頻信號(hào)。

多端口PXI矢網(wǎng)和發(fā)射端信號(hào)源、天線轉(zhuǎn)臺(tái)通過觸發(fā)電纜進(jìn)行觸發(fā)同步，可以通過程控自動(dòng)完成不同頻率、不同轉(zhuǎn)臺(tái)角度的多通道數(shù)據(jù)采集。

基于PXI矢網(wǎng)平臺(tái)的緊縮場(chǎng)測(cè)試以及傳統(tǒng)PNA臺(tái)式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的完整天線測(cè)試方案也包含在原始文檔中。