Elle permet également l'utilisation d'antennes plus petites. L'augmentation de la bande passante, combinée à des fréquences de fonctionnement plus élevées, représente un défi de taille pour les ingénieurs RF lors des tests de systèmes, modules et composants satellitaires.
Cet article décrit, premièrement, les applications satellitaires nécessitant généralement des mesures de puissance et, deuxièmement, les facteurs importants à prendre en compte lors du choix de solutions de mesure et de détection de puissance. Il explique également comment ces solutions contribuent à simplifier votre travail et à améliorer la précision, la fiabilité et la couverture de vos tests.
2.0 Applications satellitaires :
Les mesures de puissance sont essentielles lors des tests liés aux satellites. À titre d'exemple, les sections suivantes décrivent trois applications principales où des mesures de puissance sont nécessaires :
• Surveillance continue de la puissance reçue au niveau d'une tour d'antenne satellitaire. En raison de la grande distance entre les satellites et les stations au sol, le signal reçu par ces dernières est généralement très faible (inférieur à -100 dBm). Ce phénomène peut s'aggraver dans certaines conditions météorologiques, telles que la couverture nuageuse, l'humidité ou des variations de température extrêmes, qui entraînent une forte atténuation atmosphérique. Un mauvais alignement de l'antenne peut également conduire à une dégradation de la puissance. La surveillance continue des signaux distants est essentielle pour garantir un rapport signal/bruit suffisamment élevé pour le bon fonctionnement de la liaison de communication. Pour des mesures précises, un analyseur de spectre associé à un capteur de puissance peut être utilisé.
• Tests de fabrication des satellites. Avant son lancement dans l'espace, un satellite doit subir des tests rigoureux dans une chambre thermique sous vide afin de simuler les conditions environnementales extrêmes de l'espace. Ces tests, d'une durée de plusieurs mois, sont menés 24 h/24 et 7 j/7. Durant cette période, les chambres alternent cycliquement entre hautes et basses températures et autres conditions environnementales. Des ports latéraux permettent de connecter divers équipements de test, installés sur plusieurs racks, au satellite à l'intérieur de la chambre. La mesure de la puissance est cruciale pendant la phase de test car elle permet de contrôler la puissance de sortie des émetteurs et de détecter les instabilités, les pics de puissance et les anomalies. Jusqu'à 20 wattmètres et capteurs peuvent être connectés simultanément au satellite pour effectuer des tests complets sur les bandes Ku et Ka. Les mesures de puissance sont relevées environ une fois par seconde pour garantir leur stabilité. Un enregistreur graphique à bande continue est connecté à la sortie d'enregistrement du wattmètre pour consigner les données. Si la puissance émise commence à fluctuer, le logiciel de test arrête le satellite afin d'éviter tout dommage. Étant donné que les coûts des tests avoisinent le million de dollars par jour, il est essentiel de garantir des mesures précises et fiables.
• Tests des composants satellitaires. Les amplificateurs à tube à ondes progressives (TWTA) et les répéteurs sont des composants essentiels des systèmes de communication par satellite et nécessitent des mesures de puissance précises. Les amplificateurs à tube à ondes progressives (TWTA) sont utilisés dans les transpondeurs satellitaires lorsque le signal d'entrée est très faible et qu'un signal de sortie plus élevé est requis. Les TWTA sont couramment utilisés dans les satellites en raison de leur large couverture de fréquence et de leur capacité de puissance élevée. Pour s'assurer que les TWTA peuvent générer une puissance de sortie suffisante pour que le transpondeur du satellite fonctionne correctement, leur puissance de sortie doit être testée. Les répéteurs, quant à eux, sont utilisés pour amplifier et retransmettre le signal à une fréquence différente. Les répéteurs font office de récepteurs, de convertisseurs de fréquence et d'émetteurs. Les répéteurs, parfois appelés « transpondeurs », se composent généralement d'un amplificateur à faible bruit, d'un mélangeur ou d'un oscillateur local, et d'un amplificateur de puissance, tel qu'un TWTA. Le récepteur et l'émetteur fonctionnant simultanément et à proximité les uns des autres, des tests approfondis sont nécessaires pour s'assurer que l'émetteur n'interfère pas avec le récepteur.
3.0 Facteurs importants lors du choix des wattmètres et des capteurs.
Compte tenu de la grande variété d'exigences présentées ci-dessus, il est essentiel d'étudier attentivement tous les facteurs pertinents afin de sélectionner le wattmètre et le capteur appropriés. Voici quelques-uns des facteurs les plus importants :
• Gamme de fréquences. De nombreux systèmes de communication par satellite fonctionnent à des fréquences micro-ondes, telles que la bande X (8 à 12 GHz), la bande Ku (11 à 15 GHz) et la bande Ka (18 à 40 GHz). Il est important de choisir un capteur de puissance capable de couvrir ces hautes fréquences.
• Surveillance à distance à long terme. Dans les applications satellitaires nécessitant la surveillance à distance d'une antenne-relais ou le test d'un satellite en chambre à vide, la distance entre la salle de contrôle et le point de mesure peut atteindre plusieurs dizaines de mètres. Les solutions conventionnelles de mesure et de détection de puissance sont limitées par une longueur de câble maximale d'environ 60 mètres. Pour les capteurs de puissance USB, cette limite est de cinq mètres. Cependant, un hub ou un prolongateur USB réseau permet d'étendre cette longueur jusqu'à 90 mètres (selon ses spécifications). Le capteur choisi doit par ailleurs assurer un enregistrement des données à long terme, jusqu'à un an, et alerter l'utilisateur en cas de dépassement des limites de puissance. Les amplificateurs RF des satellites génèrent plusieurs dixièmes de kilowatt de puissance RF ; il est donc essentiel de les désactiver dès que des niveaux de puissance supérieurs à la limite sont détectés, afin d'éviter tout dysfonctionnement ou dommage irréparable.
Figure 2 : La longueur maximale du câble d'un capteur de puissance USB peut être étendue à 90 mètres grâce à un hub ou un prolongateur USB réseau.
• Mise à zéro et étalonnage. Lors de la surveillance à distance d'une antenne satellite ou de tests en chambre à vide, le capteur n'est pas toujours accessible. Il doit donc être capable d'effectuer des tests précis et continus sans intervention humaine. Le choix d'un capteur de puissance adapté doit prendre en compte des fonctionnalités telles que la mise à zéro et l'étalonnage internes, ainsi qu'une excellente stabilité en cas de désynchronisation prolongée. Les capteurs dotés d'une mise à zéro et d'un étalonnage internes intègrent une source de référence CC et un circuit de commutation, permettant ainsi d'effectuer ces opérations directement sur le dispositif testé. Ceci élimine la nécessité de connecter et déconnecter le capteur d'une source d'étalonnage externe, réduisant ainsi la durée des tests, l'incertitude de mesure et l'usure des connecteurs. Le capteur peut rester connecté aux terminaux satellites pendant des mois sans intervention humaine.
Le fonctionnement multicanal est également essentiel. De par leur format compact et l'absence de panneau avant, les capteurs de puissance USB intègrent souvent un logiciel propriétaire. Il est important de choisir un capteur de puissance USB capable de surveiller et d'afficher simultanément les mesures de plusieurs capteurs (jusqu'à 20). Ceci permet de surveiller en continu de nombreux émetteurs satellites et d'effectuer des opérations mathématiques inter-canaux, telles que des calculs de rapport et de delta. Grâce à cette solution, il n'est plus nécessaire de consacrer du temps ni des efforts au développement d'un logiciel personnalisé pour surveiller plusieurs sorties d'émetteurs.
• Performances à températures variables. Lors des tests rigoureux en chambre à vide, le satellite est soumis à des températures extrêmes. Il est donc crucial que le capteur de puissance intègre des facteurs d'étalonnage compensés en température afin de garantir la précision des mesures sur une large plage de températures. Ces facteurs de correction sont stockés dans la mémoire du capteur pour compenser les variations dues aux fréquences, aux niveaux de puissance et à la température. La thermistance intégrée du capteur détecte les variations de température ambiante ; le facteur de correction approprié est ainsi appliqué pour compenser toute désynchronisation liée à la température. Ceci garantit une haute précision du capteur de puissance USB sur une large plage de températures.
• Types de mesures. Pour la surveillance courante des performances du satellite, les mesures de puissance moyenne disponibles sur la plupart des wattmètres ou capteurs sont suffisantes. Toutefois, la sortie d'un enregistreur de données intégré peut s'avérer très utile pour l'archivage des résultats de mesure. La sortie de l'enregistreur peut être activée pour fournir une tension proportionnelle à la puissance moyenne mesurée, comprise entre 0 et 1 V. Ceci permet à l'utilisateur de connecter un traceur de cartes ou un enregistreur graphique à bande continue afin d'imprimer l'historique des mesures. Cette fonction est très utile pour le dépannage.
Figure 3. Le format d'affichage multiliste du logiciel Power Analysis Manager N1918A d'Agilent prend en charge plus de 20 capteurs de puissance USB simultanés.
4.0 Conclusion
Les tests de satellites, qu'il s'agisse de composants, de modules ou du système complet, sont de plus en plus complexes et exigent une précision et une fiabilité élevées. Les défauts et la non-conformité aux spécifications peuvent avoir de graves conséquences et, dans certains cas, mettre des vies en danger. Par conséquent, les fabricants doivent proposer des produits de haute qualité et d'une fiabilité maximale. Des tests de satellites efficaces nécessitent l'association d'équipements de test performants et de tests complets afin de répondre aux exigences élevées des clients. Fort de 50 ans d'expérience dans la fabrication d'instruments de mesure de puissance de haute qualité, Agilent propose une large gamme d'équipements de mesure de puissance adaptés à des tests de satellites précis et fiables. Pour plus d'informations sur les solutions de mesure de puissance recommandées par Agilent pour les tests de satellites, veuillez consulter la note d'application sur la page « Conseils et astuces pour la mesure de puissance » (www.agilent.com/find/rfpowertips).
Sook Hua Wong (
Planificateur de produits, Agilent Technologies, Inc.
