Consente inoltre l'utilizzo di antenne più piccole. L'aumento della larghezza di banda, combinato con frequenze operative più elevate, presenta sfide significative per gli ingegneri RF durante il collaudo di sistemi, moduli e componenti satellitari.
Questo articolo descrive, in primo luogo, le applicazioni satellitari in cui sono tipicamente richieste misurazioni di potenza e, in secondo luogo, i fattori importanti da considerare nella scelta di soluzioni di misuratori e sensori di potenza. Spiega inoltre come queste soluzioni contribuiscono a semplificare il lavoro e a migliorare la precisione, l'affidabilità e la copertura dei test.
2.0 Applicazioni satellitari:
Le misurazioni di potenza sono essenziali quando si conducono test relativi ai satelliti. A titolo di esempio, le sezioni seguenti descrivono tre applicazioni principali in cui sono necessarie misurazioni di potenza.
• Monitoraggio continuo della potenza ricevuta presso una torre di antenna satellitare. A causa della grande distanza tra i satelliti e le stazioni di terra, il segnale ricevuto dalle stazioni di terra è solitamente molto debole (inferiore a -100 dBm). Questa situazione può peggiorare in determinate condizioni meteorologiche, come copertura nuvolosa, umidità o intervalli di temperatura estremi, che causano un'elevata attenuazione atmosferica. Anche il disallineamento dell'antenna può portare a un degrado della potenza. Il monitoraggio continuo dei segnali remoti è importante per garantire che il rapporto segnale/rumore ricevuto sia sufficientemente elevato da consentire al collegamento di comunicazione di funzionare correttamente. Per garantire misurazioni accurate, è possibile utilizzare un analizzatore di spettro combinato con un sensore di potenza.
• Test di fabbricazione del satellite. Prima del lancio nello spazio, un satellite deve essere sottoposto a test meticolosi in una camera a vuoto termico per simulare le varie condizioni ambientali estreme presenti nello spazio. I test, che durano diversi mesi, vengono condotti 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Durante questo periodo, le camere alternano ciclicamente temperature alte e basse e altre condizioni ambientali. Le porte sul lato della camera consentono di collegare al satellite all'interno della camera diverse apparecchiature di test su più rack. La misurazione della potenza è fondamentale durante la fase di test perché monitora la potenza di uscita dei trasmettitori e rileva instabilità, picchi di potenza e disturbi. È possibile collegare simultaneamente al satellite fino a 20 misuratori di potenza e sensori per condurre test completi relativi alle bande Ku e Ka. Le misurazioni di potenza vengono rilevate circa una volta al secondo per garantire la stabilità. Un registratore grafico a banda continua è collegato all'uscita del registratore del misuratore di potenza per registrare i dati. Se la potenza trasmessa inizia a fluttuare, il software di test spegne il satellite per evitare danni. Considerato che i costi di test si aggirano intorno a 1 milione di dollari al giorno, garantire misurazioni accurate e affidabili è essenziale.
• Test dei componenti satellitari. Gli amplificatori a tubo a onda progressiva (TWTA) e i ripetitori sono componenti essenziali dei sistemi di comunicazione satellitare e richiedono misurazioni di potenza precise. Gli amplificatori a onda transponder (TWTA) vengono utilizzati come amplificatori nei transponder satellitari quando il segnale in ingresso è molto debole ed è richiesto un segnale in uscita più potente. I TWTA sono comunemente utilizzati nei satelliti grazie alla loro ampia copertura di frequenza e all'elevata capacità di potenza. Per garantire che i TWTA possano generare una potenza di uscita sufficiente per il corretto funzionamento del transponder satellitare, è necessario testarne la potenza di uscita. I ripetitori, d'altra parte, vengono utilizzati per amplificare e ritrasmettere il segnale a una frequenza diversa. I ripetitori fungono da ricevitori, traslatori di frequenza e trasmettitori. I ripetitori, a volte chiamati "transponder", sono in genere costituiti da un amplificatore a basso rumore, un miscelatore o oscillatore locale e un amplificatore ad alta potenza, come un TWTA. Poiché il ricevitore e il trasmettitore nei ripetitori operano simultaneamente e in stretta prossimità, è necessario eseguire test approfonditi per garantire che il trasmettitore non interferisca con il ricevitore.
3.0 Fattori importanti nella scelta di misuratori e sensori di potenza
A causa dell'ampia varietà di requisiti sopra descritti, è necessario studiare attentamente tutti i fattori rilevanti al fine di selezionare il misuratore e il sensore di potenza appropriati. Alcuni dei fattori più importanti sono descritti di seguito:
• Gamma di frequenza. Molti sistemi di comunicazione satellitare operano a frequenze a microonde, come la banda X (da 8 a 12 GHz), la banda Ku (da 11 a 15 GHz) e la banda Ka (da 18 a 40 GHz). È importante scegliere un sensore di potenza in grado di coprire queste alte frequenze. •
Monitoraggio remoto a lungo termine. Nelle applicazioni satellitari in cui è richiesto il monitoraggio remoto di una torre di antenne satellitari o il test di un satellite in una camera a vuoto, la distanza tra la sala di controllo e il punto di misurazione effettivo può essere di diverse decine di metri. Le soluzioni convenzionali di misuratori e sensori di potenza sono limitate da una lunghezza massima del cavo di circa 60 metri. Nel caso dei sensori di potenza USB, il loro limite di lunghezza specifico è di cinque metri. Tuttavia, è possibile utilizzare un hub o un extender USB di rete commerciale per estendere la lunghezza massima del cavo fino a 90 metri (a seconda delle specifiche dell'hub o dell'extender). Inoltre, il sensore scelto dovrebbe offrire la registrazione dei dati a lungo termine fino a un anno ed essere in grado di avvisare l'utente quando vengono superati i limiti di potenza. Gli amplificatori RF satellitari generano diversi decimi di kilowatt di potenza RF, quindi per prevenire malfunzionamenti o danni irreparabili, è importante spegnere gli amplificatori quando vengono rilevati livelli di potenza superiori al limite.
Figura 2. La lunghezza massima del cavo di un sensore di potenza USB può essere estesa fino a 90 metri utilizzando un hub o un extender USB di rete.
• Azzeramento e calibrazione. Durante il monitoraggio remoto di una torre di antenne satellitari o i test in una camera a vuoto, il sensore non è sempre accessibile. Pertanto, il sensore deve essere in grado di eseguire test accurati a lungo termine senza intervento umano. Nella scelta del sensore di potenza più adatto, è necessario considerare caratteristiche quali l'azzeramento e la calibrazione interni e le eccellenti prestazioni di desincronizzazione a lungo termine. I sensori con azzeramento e calibrazione interni integrano una sorgente di riferimento CC e un circuito di commutazione, consentendo agli utenti di eseguire l'azzeramento e la calibrazione con il sensore collegato al dispositivo in prova (DUT). Ciò elimina la necessità di collegare e scollegare il sensore a una sorgente di calibrazione esterna, riducendo i tempi di test, l'incertezza di misura e l'usura del connettore. Il sensore può rimanere collegato ai terminali satellitari per mesi senza intervento umano.
Anche il funzionamento multicanale è fondamentale. Grazie al loro formato compatto e all'assenza di un pannello frontale, i sensori di potenza USB spesso includono software proprietario. È importante scegliere un sensore di potenza USB in grado di monitorare e visualizzare simultaneamente le misurazioni provenienti da più sensori (fino a 20). Ciò consente agli utenti di monitorare continuamente numerosi trasmettitori satellitari contemporaneamente ed eseguire operazioni matematiche cross-channel, come calcoli di rapporto e delta. Con questa soluzione, non è più necessario dedicare tempo o impegno allo sviluppo di software personalizzato per monitorare le uscite di più trasmettitori.
• Prestazioni a temperature variabili. Durante i test rigorosi nella camera a vuoto, il satellite sarà sottoposto a temperature estreme. È fondamentale che il sensore di potenza incorpori fattori di calibrazione compensati in temperatura per garantire la precisione della misurazione in un ampio intervallo di temperature. I fattori di correzione vengono memorizzati nella memoria del sensore per compensare le variazioni dovute a frequenze, livelli di potenza e temperatura. Il termistore integrato nel sensore rileva le variazioni della temperatura ambiente, applicando il fattore di correzione appropriato per compensare eventuali desincronizzazione dovute alla temperatura. Ciò garantisce che il sensore di potenza USB mantenga un'elevata precisione in un ampio intervallo di temperature.
• Tipi di misurazione. Per il monitoraggio di routine delle prestazioni del satellite, sono sufficienti le semplici misurazioni della potenza media disponibili sulla maggior parte dei misuratori o sensori di potenza. Tuttavia, un'uscita di registrazione dati integrata può essere molto utile per archiviare i risultati delle misurazioni. L'uscita del registratore può essere attivata per fornire una tensione proporzionale alla potenza media misurata, compresa tra 0 e 1 V. Ciò consente all'utente di collegare un plotter o un registratore grafico a banda continua per stampare la cronologia delle misurazioni. Questa funzione è molto utile per la risoluzione dei problemi.
Figura 3. Il formato di visualizzazione multi-elenco del software Power Analysis Manager N1918A di Agilent supporta più di 20 sensori di potenza USB simultanei.
4.0 Conclusione
I test sui satelliti, siano essi di componenti, moduli o dell'intero sistema, stanno diventando sempre più complessi e richiedono elevata precisione e affidabilità. Difetti e non conformità alle specifiche possono avere gravi conseguenze e, in alcuni casi, mettere a rischio vite umane. Pertanto, i produttori devono offrire prodotti di alta qualità con la massima affidabilità. Un test efficace sui satelliti richiede la combinazione di apparecchiature di test ad alte prestazioni con test completi per soddisfare le elevate aspettative dei clienti. Con 50 anni di esperienza nella produzione di strumenti di misurazione della potenza di alta qualità, Agilent offre un'ampia gamma di apparecchiature di misurazione della potenza adatte a test sui satelliti accurati e affidabili. Per ulteriori informazioni sulle soluzioni di misurazione della potenza consigliate da Agilent per i test sui satelliti, consultare la nota applicativa nella pagina Suggerimenti e trucchi per la misurazione della potenza (www.agilent.com/find/rfpowertips).
Sook Hua Wong (
Responsabile della pianificazione dei prodotti, Agilent Technologies, Inc.
