【導讀】各種尺寸、軌道和頻率的衛星越來(lái)越多地使用相控陣天線(xiàn)和數字波束形成技術(shù)，以化接收和傳輸的輻射方向圖。確定傳入信號的到達方向可提高接收信號強度，并降低衰落、干擾和旁瓣電平，從而提高高吞吐量有效載荷的容量。還實(shí)現了更高的空間分集、更好的頻率復用和更的用戶(hù)定位。
為了提供下一代衛星應用，航天器越來(lái)越多地使用相控陣來(lái)組合多個(gè)單獨的天線(xiàn)元件，以提高整體性能、增加增益、消除干擾并控制陣列，使其在特定方向上靈敏。這允許運營(yíng)商更改和優(yōu)化接收和傳輸，以實(shí)時(shí)響應不斷變化的鏈路要求。
各種尺寸、軌道和頻率的衛星越來(lái)越多地使用相控陣天線(xiàn)和數字波束形成技術(shù)，以化接收和傳輸的輻射方向圖。確定傳入信號的到達方向可提高接收信號強度，并降低衰落、干擾和旁瓣電平，從而提高高吞吐量有效載荷的容量。還實(shí)現了更高的空間分集、更好的頻率復用和更的用戶(hù)定位。
在開(kāi)發(fā)高通量衛星時(shí)，相控陣天線(xiàn)會(huì )在航天器開(kāi)發(fā)的所有階段進(jìn)行測試：從初始原型制作 (EM) 階段的單個(gè)元件和完整陣列的性能表征，到與主要有效載荷集成時(shí)。隨后在鑒定 (EQM) 階段使用熱真空室在代表性環(huán)境中對整個(gè)航天器進(jìn)行驗證。在整個(gè)操作過(guò)程中，定期對傳輸鏈路進(jìn)行在軌檢查以監測和確認服務(wù)質(zhì)量 (QoS)，并通過(guò)使用波束成形技術(shù)動(dòng)態(tài)更改和優(yōu)化天線(xiàn)的輻射方向圖以響應不斷變化的鏈路要求進(jìn)行接收和傳輸。
相控陣天線(xiàn)在具有特定增益、視軸（增益軸）、效率、阻抗、極化和旁瓣電平的特定頻率范圍內接收和傳輸指定帶寬的信息。天線(xiàn)在特定方向輻射 3D 場(chǎng)，所有這些參數都必須進(jìn)行測試和表征。每個(gè)元件都包含一個(gè)發(fā)射/接收模塊，如下圖所示，測試需要接收、傳輸和雙向測量。
圖 1相控陣天線(xiàn)發(fā)射/接收模塊
衛星制造商面臨的一個(gè)主要挑戰是如何在航天器開(kāi)發(fā)的所有階段準確地測試處于接收模式的相控陣天線(xiàn)。在無(wú)線(xiàn) (OTA) 測量之前，需要測試各個(gè)元件中的每個(gè)低噪聲放大器 (LNA)。使用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀 (VNA) 或 CW 信號源和頻譜分析儀可以表征增益、噪聲系數、壓縮和互調失真。單個(gè) VNA 無(wú)需重新連接即可表征上述指標。
對于 OTA 測試，關(guān)鍵測量是接收功率電平和各個(gè)元件之間的相位差，以確定到達方向。ZNBT或ZVA等多通道 VNA可用于執行此類(lèi)測試，如下圖所示。被測接收天線(xiàn) (AUT) 連接到 VNA，在發(fā)射端，喇叭天線(xiàn)正在廣播已知的 CW 信號。
圖 2在接收模式下測試相控陣天線(xiàn)的測量設置
衛星制造商面臨的第二個(gè)關(guān)鍵挑戰是如何在發(fā)射模式下準確測試相控陣天線(xiàn)。在進(jìn)行 OTA 測量之前，需要測試各個(gè)元件中的每個(gè)功率放大器。使用 VNA 或 CW 信號源和頻譜分析儀表征增益、噪聲系數、壓縮和互調失真。對于 OTA 測試，關(guān)鍵測量是有效輻射功率 (ERP) 和脈沖形狀。
多通道相位相干信號用于驅動(dòng)相控陣 AUT，頻譜分析儀連接到參考喇叭天線(xiàn)以測量接收輻射方向圖以及旁瓣減少和調零的水平，如下所示。
當被測天線(xiàn)傳輸的 CW 測試信號被調制載波取代時(shí)，信號分析儀用于測量和誤差矢量幅度 (EVM) 和誤碼率 (BER) 等指標。
圖 3在發(fā)射模式下測試相控陣天線(xiàn)的測量設置
衛星制造商關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題是如何可靠地產(chǎn)生多個(gè)相位相干輸出來(lái)測試天線(xiàn)。隨著(zhù)時(shí)間的推移，一致性在信號發(fā)生器之間保持固定的、定義的、相對相位關(guān)系，并且存在許多方法來(lái)穩定載波的相對相位，例如 10 MHz 或 1 GHz 參考的耦合，或公共本地振蕩器 (LO) 連接. 由于組件漂移、溫度差異以及各個(gè)信號發(fā)生器的相位噪聲在時(shí)間上不相關(guān)的事實(shí)，前兩種技術(shù)都無(wú)法提供足夠的長(cháng)期穩定性，如下圖所示。
LO 相位相干選項可用于確保多個(gè)儀器之間的穩定相對相位。這不適用于模擬信號發(fā)生器，因為它們無(wú)法為具有 LO 耦合的每個(gè) RF 載波設置單獨的相位。
圖 4 10 MHz、1 GHz 和 LO 耦合以生成多個(gè)相位相干信號
OEM 努力測量傳輸輻射模式與頻率的關(guān)系。為支持此測試，可使用軟件命令外部信號發(fā)生器輸出多達四個(gè)相位相干信號，用于電子波束形成和轉向。使用該軟件，可以繪制天線(xiàn)輻射方向圖的終二維方位角?？稍诖颂幍倪\行時(shí) Matlab 可執行文件。
圖 5相控陣輻射方向圖的二維測量
（來(lái)源：中電網(wǎng)）
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