羅德與施瓦茨推出商業(yè)航天Q/V和E頻段測試解決方案

問(wèn)題與挑戰

隨著(zhù)商業(yè)航天的快速發(fā)展和用戶(hù)需求不斷擴展，各種新型應用對通信衛星系統提出大通信容量、高數據傳輸速率和超寬帶的需求，衛星頻譜和軌道資源的需求也不斷增加，通信衛星常規使用的C和Ku等微波資源趨于飽和，未來(lái)衛星通信正在向Q／V／E等更高頻段擴展。同時(shí)由于Q／V／E頻段衛星通信具有高帶寬、波束定向性好、干擾源少等優(yōu)勢，已成為下一代超高通量衛星系統的關(guān)鍵技術(shù)，如當前SpaceX公司的星鏈2代衛星即已經(jīng)采用E頻段進(jìn)行衛星與地面站間的饋電鏈路通信以提升傳輸速率。

通常Q／V／E頻段是指無(wú)線(xiàn)電頻譜33-86GHz之間的頻率范圍，對于衛星應用而言Q頻段范圍為33GHz至50GHz，V頻段則與50GHz至75GHz相對應，E頻段多指71~76GHz/81~86 GHz。該頻段最主要優(yōu)勢是頻譜資源豐富，目前除了毫米波雷達和科學(xué)研究之外沒(méi)有大量用于商業(yè)通信領(lǐng)域。此外Q/V/E頻率的可用帶寬更寬，支持比Ka頻段更高的通信數據率，并且可以使用尺寸更小定向性更強的終端或地面站天線(xiàn)。

由于Q／V／E頻段通信衛星獨特的技術(shù)優(yōu)勢，其應用場(chǎng)景也在不斷地深化和拓展。當應用于關(guān)口站鏈路通信時(shí)，Q／V／E頻段相較Ka頻段能夠提供更高的數據傳輸速率，從而減少地面關(guān)口站的數量；能夠釋放當前使用的Ka頻段，從而將Ka頻段轉移到用戶(hù)終端通信。對于星間鏈路通信，采用成熟的Q／V／E頻段通信也是激光鏈路之外一種有吸引力的選擇。此外Q／V／E頻段還可以應用于超高速率寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入，將終端直接接入超高速衛星寬帶互聯(lián)網(wǎng)。

Q／V／E頻段是新一代高通量寬帶衛星的首選頻譜，同時(shí)更高的頻率、更大的帶寬也對測試測量提出了更高的要求?？偟膩?lái)說(shuō)，該頻段的測試面臨如下主要挑戰：

該頻段的頻率較傳統衛星通信的Ka頻段更高，相應的測試儀表也需要滿(mǎn)足更高的頻率要求。

高通量衛星通常具有更大的調制帶寬，調制樣式也更為復雜，這要求測試儀表除具有大帶寬的特性外，還應具有良好的頻率響應以進(jìn)行高質(zhì)量的信號生成與分析。

更高的調制階數對系統的EVM指標帶來(lái)的更高的要求，測試儀表應具有優(yōu)異的EVM性能以滿(mǎn)足相應的測試要求。

更高的帶寬導致在固定功率下信號的信噪比（SNR）下降，對儀表的底噪具有更高的要求。

高通量衛星測試頻段更寬，寬頻跨對測試系統的雜散提出了更高的要求。

應用場(chǎng)景與技術(shù)要求

應用場(chǎng)景：

對Q/V/E頻段的高通量衛星進(jìn)行測試，測試需求包括數字調制信號的產(chǎn)生與解調、瞬態(tài)信號分析、放大器測量、群時(shí)延測量等。

技術(shù)需求分析：

對于Q/V/E頻段的高通量衛星測試而言需求矢量信號源產(chǎn)生高頻大帶寬的數字調制信號，信號頻率最高需至86GHz，同時(shí)需要較寬的內部調制帶寬以滿(mǎn)足高速調制的要求；

信號與頻譜分析儀應支持進(jìn)行Q/V/E頻段信號的測量分析，除頻譜測試外，還應支持噪聲系數測試/瞬態(tài)信號分析/NPR測試等以滿(mǎn)足高通量衛星測試需求；

高通量衛星的調制方式更為復雜，矢量信號源應支持高階數字調制信號及OFDM（正交頻分復用）信號的生成，同樣的信號與頻偏分析儀應支持上述復雜信號的分析與解調；

應支持Q/V/E頻段的S參數測試以對高通量衛星組件及模塊的回波/增益/插損/群時(shí)延等指標進(jìn)行測試。

羅德與施瓦茨解決方案

羅德與施瓦茨具備完整的Q/V/E頻段測試方案，提供包括矢量信號發(fā)生器、信號與頻譜分析儀及矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀在內的測試儀表，為高通量衛星研發(fā)提供了有力的測試支持。

R&SSMW200A矢量信號發(fā)生器頻率范圍從100KHz最高可至67 GHz。高達2 GHz的I/Q調制帶寬可以滿(mǎn)足未來(lái)高通量衛星大帶寬信號的研發(fā)和測試需求。SMW200A在2 GHz帶寬上具有小于0.4 dB (測量值) 的優(yōu)異調制頻率響應，得益于優(yōu)異的頻率響應，所生成的數字調制信號具有優(yōu)秀的EVM指標。SMW200A在不影響信號質(zhì)量的情況下支持多達2個(gè)基帶模塊和4個(gè)衰落模擬器模塊。因此，SMW200A可以創(chuàng )建先前需要多臺儀器完成才可創(chuàng )建的信號場(chǎng)景。

R&SFSW信號與頻譜分析儀頻率范圍介于2 Hz至90 GHz（使用羅德與施瓦茨的外部諧波混頻器時(shí)最高可達500 GHz），分析帶寬高達8.3 GHz，在鄰道泄漏比（ACLR）和諧波測量的相位噪聲、顯示平均噪聲電平、互調抑制以及動(dòng)態(tài)范圍方面具備卓越的射頻性能，可以滿(mǎn)足Q/V頻段高通量衛星中的寬帶調制信號或跳頻信號分析需求。此外R&SFSW還可配備矢量信號分析、OFDM信號分析、瞬態(tài)分析、多載波群延時(shí)測量、放大器測量、噪聲功率比（NPR）及DVB-S2X調制分析等選件，非常適用于衛星射頻測試。

對于Q/V頻段信號生成與分析方案，羅德與施瓦茨公司還提供基于中端儀表的配合前端模塊的，以具有競爭力的價(jià)格提供出色的射頻性能。R&S公司中端儀表SMM100A矢量信號發(fā)生器及FSVA3000/ FSV3000信號和頻譜分析儀配合配合R&SFE50DTR（雙發(fā)射/接收）前端模塊時(shí)可進(jìn)行36GHz至50GHz的信號生成與分析，支持高達1GHz的信號生成和分析帶寬，可為高通量衛星測試生成和分析信號。FE50DTR射頻前端內置高性能低相噪的VCO，支持進(jìn)行高質(zhì)量的信號生成與分析。FE50DTR射頻前端還特別適用于暗室OTA測試，此時(shí)可以將射頻前端安裝在測試端口附近，以較低的中頻進(jìn)行低損耗的傳輸從而提升接收靈敏度及天線(xiàn)端口的發(fā)射功率。

利用FE50DTR射頻前端的Q/V頻段測試

對于頻率更高的E頻段測試，信號的產(chǎn)生可利用矢量信號發(fā)生器SMW200A或SMM100A配合FE110ST前端，信號的解調即可直接利用頻率高達90GHz的FSW 信號與頻譜分析儀，也可以利用頻率較低的FSW 信號與頻譜分析儀配合FE110SR前端。FE110ST/FE110SR前端工作頻率70GHz至110GHz，完美契合E頻段應用。FE110ST前端最大帶寬可達4GHz，FE110SR前端最大帶寬為10GHz，可滿(mǎn)足大帶寬信號的生成與分析需求。該系列射頻前端使用簡(jiǎn)便，僅需參考頻率/中頻/LAN三根線(xiàn)纜連接即可，可直接利用信號源/頻譜儀主機進(jìn)行控制。

利用FE110ST/SR射頻前端的E頻段測試

R&SZNA矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀主機頻率最高至67GHz（使用羅德與施瓦茨的毫米波變頻器時(shí)可擴展至1.1THz），具有優(yōu)異的穩定性、極低的跡線(xiàn)噪聲以及出色的原始參數，非常適用于高通量衛星應用組件及模塊的開(kāi)發(fā)和測試。R&SZNA內置有四個(gè)相位相參的激勵源，可以獨立控制每個(gè)端口輸出信號的頻率和相位，還可以選配內置第二個(gè)本振(LO) 信號源。這種硬件設計上的特性簡(jiǎn)化了測試配置，也縮短了測試時(shí)間，非常適用于變頻器和混頻器件的測量。使用ZNA測量混頻器與測量非變頻器件S參數的連接方法一樣容易，無(wú)需參考混頻器就可以測量混頻器的相位信息，可使用獨特的雙音法測量?jì)戎帽菊褡冾l器件的相位和群時(shí)延。R&SZNA-K30噪聲系數測量選件進(jìn)一步增強了ZNA 的能力，為放大器和變頻器的全參數測量提供了一個(gè)功能豐富且強大的測試系統，單次連接即可提供完整的設備特性參數。

R&SZNA 矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀

應用示例：Q/V頻段數字調制信號的生成與分析

R&SSMW200A可實(shí)時(shí)生成數字調制信號，可支持ASK、PSK、MSK、FSK、QAM等及用戶(hù)自定義數字調制樣式，最高可支持4096QAM調制。R&SFSW-K70矢量信號分析選件有助于用戶(hù)靈活分析精確到比特級的數字調制單載波，支持從MSK到4096QAM的靈活調制分析，此外用戶(hù)可定義的星座圖和映射以滿(mǎn)足衛星領(lǐng)域的特定需求。R&SFSW-K70M多調制分析選件還可以支持分析DVB-S2（X）等具有多種調制的矢量調制信號。

基于R&SSMW200A與R&SFSW的Q/V頻段256QAM調制信號分析

OFDM通過(guò)頻分復用實(shí)現高速串行數據的并行傳輸,屬于正交多載波調制的一種。它具有較好的抗多徑衰落的能力，能夠支持多用戶(hù)接入，當前已經(jīng)在低軌衛星通信等領(lǐng)域投入商用。R&SSMW-K114OFDM信號生成選件可實(shí)時(shí)生成用戶(hù)自定義的OFDM信號。R&SFSW?K96 OFDM信號分析選件可輕松分析自定義OFDM信號，靈活且不受標準約束，能夠極為靈活地進(jìn)行配置和設置測量參數。集成式配置文件向導可在幾分鐘內創(chuàng )建描述導頻、數據資源和調制的配置文件。R&SFSW-K96還支持使用信號發(fā)生器自動(dòng)生成的配置文件全面分析使用R&SSMW-K114 OFDM信號生成選件生成的信號。

基于R&SSMW200A與R&SFSW的Q/V頻段自定義OFDM信號分析

請參考下圖配置您需要的頻譜和信號分析儀：

在兼顧Q/V/E頻段的測試測量應用的同時(shí)，為保護儀表投資，羅德與施瓦茨支持客戶(hù)通過(guò)射頻前端擴展至W和D頻段的其他應用，請參考下圖配置您需要的測試儀表：