1、低軌寬帶通信衛(wèi)星天線的演進和測試挑戰(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和設(shè)備中的電信號的轉(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，并將其送至轉(zhuǎn)發(fā)器的接收機；發(fā)射天線將轉(zhuǎn)發(fā)器中發(fā)射機的電信號轉(zhuǎn)換成空間電磁波發(fā)送到地球站或地面終端。
對于低軌寬帶通信衛(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，同時和多個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，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現(xiàn)波束的掃描和重構(gòu)，系統(tǒng)靈活性強；
單個陣元的損壞只會對部分波束有影響，不會影響整個天線系統(tǒng)的工作，系統(tǒng)對失效的冗余度高。
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陣元，每個陣元都是一個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。通過對多個陣元的移相和衰減進行控制（波控），能夠?qū)崿F(xiàn)它們合成后的信號在某個方向加強，在其它方向減弱，從而實現(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)在新的趨勢是把多個TR組件集成到同一個射頻芯片上，這進一步提高了相控陣天線的集成度。這進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，我們需要對它進行性能測試。除了傳統(tǒng)的天線測試參數(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)：
很多時候，低軌寬帶通信衛(wèi)星的相控陣天線和發(fā)射機、接收機的放大器射頻芯片直接物理鍵合到了一起，無法引出射頻測試接口，收發(fā)信機的測試都需要在空口（OTA）進行。
除了需要測試傳統(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，還需要在空口測量收發(fā)信機的調(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試，如吞吐量、阻塞率、時延等。
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，對測試儀器在毫米波頻段的射頻性能（如動態(tài)范圍、本底EVM）提出了更高的要求。
空口測試需要在產(chǎn)品的整個生命周期進行，包括研發(fā)、器件測試驗證、系統(tǒng)集成、一致性測試、產(chǎn)線測試、安裝維護，大量的測試要求極高的測試效率。
相控陣天線測試掃描的維度仍然有頻率、轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動角度和被測天線輸出通道數(shù)三個維度。使用多端口PXI矢網(wǎng)，可以不用開關(guān)矩陣切換被測天線的不同輸出通道分別采集，而是用多個并行工作的接收機同時采集所有被測天線輸出通道的數(shù)據(jù)，減少了一個掃描維度，從而可以把測試時間縮短一個數(shù)量級(取決于被測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)的相控陣天線測試方法：
利用模塊化矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀M980xA平臺可以完成天線的近場，遠場和緊縮場的測試。小K會逐一進行介紹。
2、基于多端口PXI矢網(wǎng)的近場天線測試
類似地，使用多端口PXI矢網(wǎng)也能大大提高近場天線測試的效率，圖2是一個用于接收的相控陣天線測試場景。
圖2 基于多端口PXI矢網(wǎng)的近場接收天線測試
多端口PXI矢網(wǎng)的其中一個端口用來給發(fā)射天線提供饋源激勵，被測相控陣天線的多通道輸出可以直接用多端口PXI矢網(wǎng)的其它測試端口一次性接收采集。
發(fā)端饋源探頭（天線）以被測天線孔徑的半波長為間隔進行掃描，在每一個測試頻點和每個發(fā)端饋源探頭位置，都需要重復(fù)以上測量過程。
多端口PXI矢網(wǎng)帶來的速度提升取決于被測相控陣天線的接收通道個數(shù)。
對用于發(fā)射的相控陣天線的近場測試，通常的做法是
以被測發(fā)射天線為中心搭建一個拱面，在拱面上安裝一個可以精確移動位置的接收探頭，或者在拱面不同位置安裝多個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)的測試端口。在每個被測發(fā)射天線的波束角度，都需要在拱面上的所有位置進行信號的采集。
通過探頭的機械移動，或者開關(guān)矩陣切換不同探頭的采集，測量的時間是非常長的。
使用多端口PXI矢網(wǎng)的多個測試端口連接所有的接收探頭，可以一次性采集被測發(fā)射天線每個波束角度下所有拱面位置上的信號，大大提高測試效率，如圖3所示。
圖3 基于多端口PXI矢網(wǎng)的近場發(fā)射天線測試
3、基于多端口PXI矢網(wǎng)的遠場天線測試
圖4是采用了多端口PXI矢網(wǎng)的遠場相控陣天線測試系統(tǒng)。
圖4 基于多端口PXI矢網(wǎng)的遠場天線測試
發(fā)端仍然用信號源做饋源，并通過源天線發(fā)射信號；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天線的位置，減小被測天線和矢網(wǎng)之間的線損。PXI矢網(wǎng)的動態(tài)范圍非常高，可以滿足對靈敏度要求很高的天線測試需求。
通過多端口PXI矢網(wǎng)每個端口里邊的測量接收機，可以同時測量參考天線和被測相控陣天線所有輸出通道的射頻信號。
多端口PXI矢網(wǎng)和發(fā)射端信號源、天線轉(zhuǎn)臺通過觸發(fā)電纜進行觸發(fā)同步，可以通過程控自動完成不同頻率、不同轉(zhuǎn)臺角度的多通道數(shù)據(jù)采集。
基于PXI矢網(wǎng)平臺的緊縮場測試以及傳統(tǒng)PNA臺式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的完整天線測試方案也包含在原始文檔中。
