它还允许使用更小的天线。更高的带宽和更高的工作频率给射频工程师在测试卫星系统、模块和组件时带来了巨大的挑战。
本文首先介绍通常需要功率测量的卫星应用，其次介绍选择功率计和传感器解决方案时需要考虑的重要因素。此外，本文还解释了这些解决方案如何帮助您简化工作，并提高测试的准确性、可靠性和覆盖范围。2.0
卫星应用：
功率测量在进行卫星相关测试时至关重要。例如，以下章节将介绍三个需要进行功率测量的主要应用。
• 持续监测卫星天线塔的接收功率。由于卫星和地面站之间的距离很远，地面站接收到的信号通常非常弱（小于 -100 dBm）。在某些天气条件下，例如云层覆盖、湿度或极端温度范围，大气衰减会加剧这种情况。天线未对准也会导致功率下降。持续监测远程信号对于确保接收信噪比足够高，从而使通信链路正常工作至关重要。为确保测量精度，可使用频谱分析仪结合功率传感器。
• 卫星制造测试。卫星发射升空前，必须在热真空舱中进行严格测试，以模拟太空中的各种极端环境条件。这些测试持续数月，全天候不间断进行。在此期间，舱内温度和其他环境条件会循环交替变化。舱体侧面的端口允许将多个机架上的各种测试设备连接到舱内的卫星。功率测量在测试阶段至关重要，因为它能够监测发射机的输出功率，并检测不稳定、功率尖峰和故障。最多可同时将 20 个功率计和传感器连接到卫星，以进行与 Ku 和 Ka 波段相关的全面测试。功率测量大约每秒轮询一次，以确保稳定性。连续频带图表记录仪连接到功率计的记录输出端，用于记录数据。如果发射功率开始波动，测试软件会关闭卫星以防止损坏。鉴于测试成本约为每天100万美元，确保测量结果的准确性和可靠性至关重要。
• 卫星组件测试。行波管放大器 (TWTA) 和中继器是卫星通信系统的重要组成部分，需要进行精确的功率测量。当输入信号非常弱且需要更高的输出信号时，转发器波放大器 (TWTA) 可用作卫星转发器中的放大器。由于其频率覆盖范围广、功率容量高，TWTA 被广泛应用于卫星。为了确保 TWTA 能够产生足够的输出功率以使卫星转发器正常工作，必须对其输出功率进行测试。另一方面，中继器用于放大信号并以不同的频率重新传输信号。中继器充当接收器、频率转换器和发射器。中继器有时也称为“转发器”，通常由低噪声放大器、混频器或本地振荡器以及高功率放大器（例如 TWTA）组成。由于中继器中的接收器和发射器同时工作且距离很近，因此必须进行彻底的测试，以确保发射器不会干扰接收器。3.0
选择功率计和传感器时的重要因素
鉴于上述各种要求，必须仔细研究所有相关因素，才能选择合适的功率计和传感器。以下描述了一些最重要的因素：
• 频率范围。许多卫星通信系统工作在微波频率上，例如 X 波段（8 至 12 GHz）、Ku 波段（11 至 15 GHz）和 Ka 波段（18 至 40 GHz）。选择能够覆盖这些高频段的功率传感器至关重要。
• 长期远程监控。在需要远程监控卫星天线塔或在真空室中测试卫星的卫星应用中，控制室与实际测量点之间的距离可能达数十米。传统的功率计和传感器解决方案的最大电缆长度约为 60 米。对于 USB 功率传感器，其特定长度限制为 5 米。然而，可以使用商用网络 USB 集线器或延长器将最大电缆长度延长至 90 米（具体取决于集线器或延长器的规格）。此外，所选传感器应提供长达一年的长期数据记录功能，并在功率超过限制时向用户发出警报。卫星射频放大器会产生几十分之几千瓦的射频功率，因此，为防止故障或造成不可修复的损坏，当检测到功率水平超过限制时，必须关闭放大器。
图 2 显示，使用网络 USB 集线器或延长器可以将 USB 功率传感器的最大电缆长度延长至 90 米。
• 归零和校准。在远程监控卫星天线塔或在真空室中进行测试时，传感器并非始终可触及。因此，传感器必须能够在无需人工干预的情况下执行精确的长期测试。选择合适的功率传感器时，应考虑内部归零和校准以及出色的长期失同步性能等功能。具有内部归零和校准功能的传感器集成了直流参考源和开关电路，使用户能够在传感器连接到被测设备 (DUT) 的情况下进行归零和校准。这无需将传感器连接到外部校准源，从而缩短测试时间，降低测量不确定度，并减少连接器磨损。传感器可以与卫星终端保持连接数月而无需人工干预。
多通道操作也至关重要。由于 USB 功率传感器外形紧凑且没有前面板，因此通常包含专有软件。选择能够同时监控和显示来自多个传感器（最多 20 个）测量值的 USB 功率传感器非常重要。这使用户能够同时持续监控多个卫星发射器，并执行跨通道数学运算，例如比率和差值计算。有了这种解决方案，就不再需要花费时间和精力来开发用于监控多个发射器输出的自定义软件。
• 不同温度下的性能。在真空室中进行严格测试期间，卫星将承受极端温度。功率传感器必须包含温度补偿校准因子，以确保在宽温度范围内保持测量精度。校正因子存储在传感器的内存中，用于校正频率、功率水平和温度变化引起的偏差。传感器的集成热敏电阻可检测环境温度的变化，并应用相应的校正因子来补偿任何与温度相关的失同步。这确保了USB功率传感器在宽温度范围内都能保持高精度。
• 测量类型。对于卫星性能的日常监测，大多数功率计或传感器提供的简单平均功率测量就足够了。但是，集成的数据记录器输出对于存档测量结果非常有用。记录器输出可以激活，以提供与测量的平均功率成正比的电压，范围从0到1V。这允许用户连接绘图仪或连续带状图表记录仪来打印测量历史记录。此功能对于故障排除非常有用。
图 3. 安捷伦 Power Analysis Manager N1918A 软件的多列表显示格式支持 20 多个同时使用的 USB 功率传感器。.
4.0 结论
卫星测试，无论是组件、模块还是整个系统，都变得日益复杂，对精度和可靠性提出了更高的要求。缺陷和不符合规范的情况可能会造成严重后果，在某些情况下甚至会危及生命。因此，制造商必须提供高质量、高可靠性的产品。有效的卫星测试需要将高性能测试设备与全面的测试方法相结合，以满足客户的严苛期望。安捷伦拥有50年制造高质量功率测量工具的经验，提供适用于精确可靠卫星测试的各种功率测量设备。有关安捷伦推荐的卫星测试功率测量解决方案的更多信息，请参阅“功率测量技巧”页面上的应用说明（www.agilent.com/find/rfpowertips）。
黄淑华（
安捷伦科技有限公司产品规划师.
