1、低軌寬帶通信衛星天線的演進和測試挑戰

低軌寬帶通信衛星的有效載荷由轉發器分系統和天線分系統兩部分構成，它們配合起來完成信號的轉發任務。

天線分系統完成空間中的電磁波信號和設備中的電信號的轉換。其中接收天線接收地球站或地面終端發射的上行信號，并將其送至轉發器的接收機；發射天線將轉發器中發射機的電信號轉換成空間電磁波發送到地球站或地面終端。

對于低軌寬帶通信衛星來說

有源相控陣天線能夠實現多波束的發射接收，同時和多個地球站或地面終端通信，從而提高系統容量；

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波束的掃描和重構，系統靈活性強；

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的工作，系統對失效的冗余度高。

因此，在低軌衛星通信衛星上，有源相控陣天線的應用越來越廣泛。

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），能夠實現它們合成后的信號在某個方向加強，在其它方向減弱，從而實現很窄的波束和很低的副瓣。

傳統的相控陣天線通常是把多個TR組件模塊通過電纜或波導連接到一起構成的，而現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的工作性能，我們需要對它進行性能測試。除了傳統的天線測試參數之外，低軌寬帶通信衛星的天線分系統還引入了一些新的需求和挑戰：

很多時候，低軌寬帶通信衛星的相控陣天線和發射機、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，收發信機的測試都需要在空口（OTA）進行。

除了需要測試傳統的天線性能，如工作頻率、增益、極化、方向圖、發射EIRP、接收G/T等參數之外，還需要在空口測量收發信機的調制解調性能，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。

低軌寬帶通信衛星采用頻率更高的Ku/Ka/Q/V頻段來滿足大帶寬的應用需求，對測試儀器在毫米波頻段的射頻性能（如動態范圍、本底EVM）提出了更高的要求。

空口測試需要在產品的整個生命周期進行，包括研發、器件測試驗證、系統集成、一致性測試、產線測試、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、轉臺轉動角度和被測天線輸出通道數三個維度。使用多端口PXI矢網，可以不用開關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據，減少了一個掃描維度，從而可以把測試時間縮短一個數量級(取決于被測相控陣天線的輸出通道數)。

Keysight M980xA系列多端口PXI矢網，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矢網的相控陣天線測試方法：

利用模塊化矢量網絡分析儀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矢網的近場天線測試

類似地，使用多端口PXI矢網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矢網的近場接收天線測試

多端口PXI矢網的其中一個端口用來給發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矢網的其它測試端口一次性接收采集。

發端饋源探頭（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端饋源探頭位置，都需要重復以上測量過程。

多端口PXI矢網帶來的速度提升取決于被測相控陣天線的接收通道個數。

對用于發射的相控陣天線的近場測試，通常的做法是

以被測發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據采集。

這些探頭通過開關矩陣連接到PNA矢網的測試端口。在每個被測發射天線的波束角度，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矢網的近場發射天線測試

3、基于多端口PXI矢網的遠場天線測試

圖4是采用了多端口PXI矢網的遠場相控陣天線測試系統。

圖4 基于多端口PXI矢網的遠場天線測試

發端仍然用信號源做饋源，并通過源天線發射信號；接收端用多端口PXI矢網代替了基于PNA的外混頻接收系統。

由于PXI矢網的尺寸很小，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之間的線損。PXI矢網的動態范圍非常高，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矢網和發射端信號源、天線轉臺通過觸發電纜進行觸發同步，可以通過程控自動完成不同頻率、不同轉臺角度的多通道數據采集。

基于PXI矢網平臺的緊縮場測試以及傳統PNA臺式矢量網絡分析儀的完整天線測試方案也包含在原始文檔中。