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商业航天Q/V和E频段测试解决方案

发布日期:2024-04-25     作者: 安泰测试     浏览数:   

  随着商业航天的快速发展和用户需求不断扩展,各种新型应用对通信卫星系统提出大通信容量、高数据传输速率和超宽带的需求,卫星频谱和轨道资源的需求也不断增加,通信卫星常规使用的C和Ku等微波资源趋于饱和,未来卫星通信正在向Q/V/E等更高频段扩展。同时由于Q/V/E频段卫星通信具有高带宽、波束定向性好、干扰源少等优势,已成为下一代超高通量卫星系统的关键技术,如当前SpaceX公司的星链2代卫星即已经采用E频段进行卫星与地面站间的馈电链路通信以提升传输速率。

  通常Q/V/E频段是指无线电频谱33-86GHz之间的频率范围,对于卫星应用而言Q频段范围为33GHz至50GHz,V频段则与50GHz至75GHz相对应,E频段多指71~76 GHz/81~86 GHz。该频段最主要优势是频谱资源丰富,目前除了毫米波雷达和科学研究之外没有大量用于商业通信领域。此外Q/V/E频率的可用带宽更宽,支持比Ka频段更高的通信数据率,并且可以使用尺寸更小定向性更强的终端或地面站天线。

  由于Q/V/E频段通信卫星独特的技术优势,其应用场景也在不断地深化和拓展。当应用于关口站链路通信时,Q/V/E频段相较Ka频段能够提供更高的数据传输速率,从而减少地面关口站的数量;能够释放当前使用的Ka频段,从而将Ka频段转移到用户终端通信。对于星间链路通信,采用成熟的Q/V/E频段通信也是激光链路之外一种有吸引力的选择。此外Q/V/E频段还可以应用于超高速率宽带互联网接入,将终端直接接入超高速卫星宽带互联网。

  Q/V/E频段是新一代高通量宽带卫星的首选频谱,同时更高的频率、更大的带宽也对测试测量提出了更高的要求。*****该频段的测试面临如下主要挑战:

  该频段的频率较传统卫星通信的Ka频段更高,相应的测试仪表也需要满足更高的频率要求。

  高通量卫星通常具有更大的调制带宽,调制样式也更为复杂,这要求测试仪表除具有大带宽的特性外,还应具有良好的频率响应以进行高质量的信号生成与分析。

  更高的调制阶数对系统的EVM指标带来的更高的要求,测试仪表应具有优异的EVM性能以满足相应的测试要求。

  更高的带宽导致在固定功率下信号的信噪比(SNR)下降,对仪表的底噪具有更高的要求。

  高通量卫星测试频段更宽,宽频跨对测试系统的杂散提出了更高的要求。

  应用场景与技术要求Your task

  应用场景:

  对Q/V/E频段的高通量卫星进行测试,测试需求包括数字调制信号的产生与解调、瞬态信号分析、放大器测量、群时延测量等。

  技术需求分析:

  对于Q/V/E频段的高通量卫星测试而言需求矢量信号源产生高频大带宽的数字调制信号,信号频率最高需至86GHz,同时需要较宽的内部调制带宽以满足高速调制的要求;

  信号与频谱分析仪应支持进行Q/V/E频段信号的测量分析,除频谱测试外,还应支持噪声系数测试/瞬态信号分析/NPR测试等以满足高通量卫星测试需求;

  高通量卫星的调制方式更为复杂,矢量信号源应支持高阶数字调制信号及OFDM(正交频分复用)信号的生成,同样的信号与频偏分析仪应支持上述复杂信号的分析与解调;

  应支持Q/V/E频段的S参数测试以对高通量卫星组件及模块的回波/增益/插损/群时延等指标进行测试。

  罗德与施瓦茨解决方案Our solution

  罗德与施瓦茨具备完整的Q/V/E频段测试方案,提供包括矢量信号发生器、信号与频谱分析仪及矢量网络分析仪在内的测试仪表,为高通量卫星研发提供了有力的测试支持。

  R&S®SMW200A矢量信号发生器频率范围从100KHz最高可至67 GHz。高达2 GHz的I/Q调制带宽可以满足未来高通量卫星大带宽信号的研发和测试需求。SMW200A在2 GHz带宽上具有小于0.4 dB(测量值)的优异调制频率响应,得益于优异的频率响应,所生成的数字调制信号具有优秀的EVM指标。SMW200A在不影响信号质量的情况下支持多达2个基带模块和4个衰落模拟器模块。因此,SMW200A可以创建先前需要多台仪器完成才可创建的信号场景。

商业航天Q/V和E频段测试解决方案(图1)


R&S®FSW信号与频谱分析仪

  R&S®FSW信号与频谱分析仪频率范围介于2 Hz至90 GHz(使用罗德与施瓦茨的外部谐波混频器时最高可达500 GHz),分析带宽高达8.3 GHz,在邻道泄漏比(ACLR)和谐波测量的相位噪声、显示平均噪声电平、互调抑制以及动态范围方面具备卓越的射频性能,可以满足Q/V频段高通量卫星中的宽带调制信号或跳频信号分析需求。此外R&S®FSW还可配备矢量信号分析、OFDM信号分析、瞬态分析、多载波群延时测量、放大器测量、噪声功率比(NPR)及DVB-S2X调制分析等选件,非常适用于卫星射频测试。

商业航天Q/V和E频段测试解决方案(图2)


R&S®FSW信号与频谱分析仪

  对于Q/V频段信号生成与分析方案,罗德与施瓦茨公司还提供基于中端仪表的配合前端模块的,以具有竞争力的价格提供出色的射频性能。R&S公司中端仪表SMM100A矢量信号发生器及FSVA3000/FSV3000信号和频谱分析仪配合配合R&S®FE50DTR(双发射/接收)前端模块时可进行36GHz至50GHz的信号生成与分析,支持高达1GHz的信号生成和分析带宽,可为高通量卫星测试生成和分析信号。FE50DTR射频前端内置高性能低相噪的VCO,支持进行高质量的信号生成与分析。FE50DTR射频前端还特别适用于暗室OTA测试,此时可以将射频前端安装在测试端口附近,以较低的中频进行低损耗的传输从而提升接收灵敏度及天线端口的发射功率。

商业航天Q/V和E频段测试解决方案(图3)


利用FE50DTR射频前端的Q/V频段测试

  对于频率更高的E频段测试,信号的产生可利用矢量信号发生器SMW200A或SMM100A配合FE110ST前端,信号的解调即可直接利用频率高达90GHz的FSW信号与频谱分析仪,也可以利用频率较低的FSW信号与频谱分析仪配合FE110SR前端。FE110ST/FE110SR前端工作频率70GHz至110GHz,完美契合E频段应用。FE110ST前端最大带宽可达4GHz,FE110SR前端最大带宽为10GHz,可满足大带宽信号的生成与分析需求。该系列射频前端使用简便,仅需参考频率/中频/LAN三根线缆连接即可,可直接利用信号源/频谱仪主机进行控制。

商业航天Q/V和E频段测试解决方案(图4)


利用FE110ST/SR射频前端的E频段测试

  R&S®ZNA矢量网络分析仪主机频率最高至67GHz(使用罗德与施瓦茨的毫米波变频器时可扩展至1.1THz),具有优异的稳定性、极低的迹线噪声以及出色的原始参数,非常适用于高通量卫星应用组件及模块的开发和测试。R&S®ZNA内置有四个相位相参的激励源,可以独立控制每个端口输出信号的频率和相位,还可以选配内置第二个本振(LO)信号源。这种硬件设计上的特性简化了测试配置,也缩短了测试时间,非常适用于变频器和混频器件的测量。使用ZNA测量混频器与测量非变频器件S参数的连接方法一样容易,无需参考混频器就可以测量混频器的相位信息,可使用独特的双音法测量内置本振变频器件的相位和群时延。R&S®ZNA-K30噪声系数测量选件进一步增强了ZNA的能力,为放大器和变频器的全参数测量提供了一个功能丰富且强大的测试系统,单次连接即可提供完整的设备特性参数。

商业航天Q/V和E频段测试解决方案(图5)


R&S®ZNA矢量网络分析仪

  应用示例:Q/V频段数字调制信号的生成与分析

  R&S®SMW200A可实时生成数字调制信号,可支持ASK、PSK、MSK、FSK、QAM等及用户自定义数字调制样式,最高可支持4096QAM调制。R&S®FSW-K70矢量信号分析选件有助于用户灵活分析精确到比特级的数字调制单载波,支持从MSK到4096QAM的灵活调制分析,此外用户可定义的星座图和映射以满足卫星领域的特定需求。R&S®FSW-K70M多调制分析选件还可以支持分析DVB-S2(X)等具有多种调制的矢量调制信号。

商业航天Q/V和E频段测试解决方案(图6)


基于R&S®SMW200A与R&S®FSW的Q/V频段256QAM调制信号分析

  OFDM通过频分复用实现高速串行数据的并行传输,属于正交多载波调制的一种。它具有较好的抗多径衰落的能力,能够支持多用户接入,当前已经在低轨卫星通信等领域投入商用。R&S®SMW-K114 OFDM信号生成选件可实时生成用户自定义的OFDM信号。R&S®FSW‑K96 OFDM信号分析选件可轻松分析自定义OFDM信号,灵活且不受标准约束,能够极为灵活地进行配置和设置测量参数。集成式配置文件向导可在几分钟内创建描述导频、数据资源和调制的配置文件。R&S®FSW-K96还支持使用信号发生器自动生成的配置文件全面分析使用R&S®SMW-K114 OFDM信号生成选件生成的信号。

商业航天Q/V和E频段测试解决方案(图7)


基于R&S®SMW200A与R&S®FSW的Q/V频段自定义OFDM信号分析

  请参考下图配置您需要的频谱和信号分析仪:

商业航天Q/V和E频段测试解决方案(图8)


  在兼顾Q/V/E频段的测试测量应用的***为保护仪表投资,罗德与施瓦茨支持客户通过射频前端扩展至W和D频段的其他应用,请参考下图配置您需要的测试仪表:

商业航天Q/V和E频段测试解决方案(图9)



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