商業(yè)航天Q/V和E頻段測試解決方案
隨著商業(yè)航天的快速發(fā)展和用戶需求不斷擴(kuò)展，各種新型應(yīng)用對通信衛(wèi)星系統(tǒng)提出大通信容量、高數(shù)據(jù)傳輸速率和超寬帶的需求，衛(wèi)星頻譜和軌道資源的需求也不斷增加，通信衛(wèi)星常規(guī)使用的C和Ku等微波資源趨于飽和，未來衛(wèi)星通信正在向Q／V／E等更高頻段擴(kuò)展。同時由于Q／V／E頻段衛(wèi)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(wèi)星系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，如當(dāng)前SpaceX公司的星鏈2代衛(wèi)星即已經(jīng)采用E頻段進(jìn)行衛(wèi)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頻段是指無線電頻譜33-86GHz之間的頻率范圍，對于衛(wèi)星應(yīng)用而言Q頻段范圍為33GHz至50GHz，V頻段則與50GHz至75GHz相對應(yīng)，E頻段多指71~76 GHz/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(dá)和科學(xué)研究之外沒有大量用于商業(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(shù)據(jù)率，并且可以使用尺寸更小定向性更強(qiáng)的終端或地面站天線。
由于Q／V／E頻段通信衛(wèi)星獨特的技術(shù)優(yōu)勢，其應(yīng)用場景也在不斷地深化和拓展。當(dāng)應(yīng)用于關(guān)口站鏈路通信時，Q／V／E頻段相較Ka頻段能夠提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而減少地面關(guān)口站的數(shù)量；能夠釋放當(dāng)前使用的Ka頻段，從而將Ka頻段轉(zhuǎn)移到用戶終端通信。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(yīng)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(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)。
Q／V／E頻段是新一代高通量寬帶衛(wèi)星的首選頻譜，同時更高的頻率、更大的帶寬也對測試測量提出了更高的要求?？偟膩碚f，該頻段的測試面臨如下主要挑戰(zhàn)：
該頻段的頻率較傳統(tǒng)衛(wèi)星通信的Ka頻段更高，相應(yīng)的測試儀表也需要滿足更高的頻率要求。
高通量衛(wèi)星通常具有更大的調(diào)制帶寬，調(diào)制樣式也更為復(fù)雜，這要求測試儀表除具有大帶寬的特性外，還應(yīng)具有良好的頻率響應(yīng)以進(jìn)行高質(zhì)量的信號生成與分析。
更高的調(diào)制階數(shù)對系統(tǒng)的EVM指標(biāo)帶來的更高的要求，測試儀表應(yīng)具有優(yōu)異的EVM性能以滿足相應(yīng)的測試要求。
更高的帶寬導(dǎo)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(wèi)星測試頻段更寬，寬頻跨對測試系統(tǒng)的雜散提出了更高的要求。
應(yīng)用場景與技術(shù)要求Your task
應(yīng)用場景：
對Q/V/E頻段的高通量衛(wèi)星進(jìn)行測試，測試需求包括數(shù)字調(diào)制信號的產(chǎn)生與解調(diào)、瞬態(tài)信號分析、放大器測量、群時延測量等。
技術(shù)需求分析：
對于Q/V/E頻段的高通量衛(wèi)星測試而言需求矢量信號源產(chǎn)生高頻大帶寬的數(shù)字調(diào)制信號，信號頻率最高需至86GHz，同時需要較寬的內(nèi)部調(diào)制帶寬以滿足高速調(diào)制的要求；
信號與頻譜分析儀應(yīng)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(yīng)支持噪聲系數(shù)測試/瞬態(tài)信號分析/NPR測試等以滿足高通量衛(wèi)星測試需求；
高通量衛(wèi)星的調(diào)制方式更為復(fù)雜，矢量信號源應(yīng)支持高階數(shù)字調(diào)制信號及OFDM（正交頻分復(fù)用）信號的生成，同樣的信號與頻偏分析儀應(yīng)支持上述復(fù)雜信號的分析與解調(diào)；
應(yīng)支持Q/V/E頻段的S參數(shù)測試以對高通量衛(wèi)星組件及模塊的回波/增益/插損/群時延等指標(biāo)進(jìn)行測試。
羅德與施瓦茨解決方案Our solution
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(nèi)的測試儀表，為高通量衛(wèi)星研發(fā)提供了有力的測試支持。
R&S?SMW200A矢量信號發(fā)生器頻率范圍從100KHz最高可至67 GHz。高達(dá)2 GHz的I/Q調(diào)制帶寬可以滿足未來高通量衛(wèi)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(diào)制頻率響應(yīng)，得益于優(yōu)異的頻率響應(yīng)，所生成的數(shù)字調(diào)制信號具有優(yōu)秀的EVM指標(biāo)。SMW200A在不影響信號質(zhì)量的情況下支持多達(dá)2個基帶模塊和4個衰落模擬器模塊。因此，SMW200A可以創(chuàng)建先前需要多臺儀器完成才可創(chuàng)建的信號場景。
R&S?FSW信號與頻譜分析儀
R&S?FSW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最高可達(dá)500 GHz），分析帶寬高達(dá)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(diào)抑制以及動態(tài)范圍方面具備卓越的射頻性能，可以滿足Q/V頻段高通量衛(wèi)星中的寬帶調(diào)制信號或跳頻信號分析需求。此外R&S?FSW還可配備矢量信號分析、OFDM信號分析、瞬態(tài)分析、多載波群延時測量、放大器測量、噪聲功率比（NPR）及DVB-S2X調(diào)制分析等選件，非常適用于衛(wèi)星射頻測試。
R&S?FSW信號與頻譜分析儀
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&S?FE50DTR（雙發(fā)射/接收）前端模塊時可進(jìn)行36GHz至50GHz的信號生成與分析，支持高達(dá)1GHz的信號生成和分析帶寬，可為高通量衛(wèi)星測試生成和分析信號。FE50DTR射頻前端內(nèi)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(diào)即可直接利用頻率高達(dá)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(yīng)用。FE110ST前端最大帶寬可達(dá)4GHz，F(xiàn)E110SR前端最大帶寬為10GHz，可滿足大帶寬信號的生成與分析需求。該系列射頻前端使用簡便，僅需參考頻率/中頻/LAN三根線纜連接即可，可直接利用信號源/頻譜儀主機(jī)進(jìn)行控制。
利用FE110ST/SR射頻前端的E頻段測試
R&S?ZNA矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀主機(jī)頻率最高至67GHz（使用羅德與施瓦茨的毫米波變頻器時可擴(kuò)展至1.1THz），具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、極低的跡線噪聲以及出色的原始參數(shù)，非常適用于高通量衛(wèi)星應(yīng)用組件及模塊的開發(fā)和測試。R&S?ZNA內(nèi)置有四個相位相參的激勵源，可以獨立控制每個端口輸出信號的頻率和相位，還可以選配內(nèi)置第二個本振(LO)信號源。這種硬件設(shè)計上的特性簡化了測試配置，也縮短了測試時間，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(shù)的連接方法一樣容易，無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內(nèi)置本振變頻器件的相位和群時延。R&S?ZNA-K30噪聲系數(shù)測量選件進(jìn)一步增強(qiáng)了ZNA的能力，為放大器和變頻器的全參數(shù)測量提供了一個功能豐富且強(qiáng)大的測試系統(tǒng)，單次連接即可提供完整的設(shè)備特性參數(shù)。
R&S?ZNA矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀
應(yīng)用示例：Q/V頻段數(shù)字調(diào)制信號的生成與分析
R&S?SMW200A可實時生成數(shù)字調(diào)制信號，可支持ASK、PSK、MSK、FSK、QAM等及用戶自定義數(shù)字調(diào)制樣式，最高可支持4096QAM調(diào)制。R&S?FSW-K70矢量信號分析選件有助于用戶靈活分析精確到比特級的數(shù)字調(diào)制單載波，支持從MSK到4096QAM的靈活調(diào)制分析，此外用戶可定義的星座圖和映射以滿足衛(wèi)星領(lǐng)域的特定需求。R&S?FSW-K70M多調(diào)制分析選件還可以支持分析DVB-S2（X）等具有多種調(diào)制的矢量調(diào)制信號。
基于R&S?SMW200A與R&S?FSW的Q/V頻段256QAM調(diào)制信號分析
OFDM通過頻分復(fù)用實現(xiàn)高速串行數(shù)據(jù)的并行傳輸,屬于正交多載波調(diào)制的一種。它具有較好的抗多徑衰落的能力，能夠支持多用戶接入，當(dāng)前已經(jīng)在低軌衛(wèi)星通信等領(lǐng)域投入商用。R&S?SMW-K114 OFDM信號生成選件可實時生成用戶自定義的OFDM信號。R&S?FSW?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(biāo)準(zhǔn)約束，能夠極為靈活地進(jìn)行配置和設(shè)置測量參數(shù)。集成式配置文件向?qū)Э稍趲追昼妰?nèi)創(chuàng)建描述導(dǎo)頻、數(shù)據(jù)資源和調(diào)制的配置文件。R&S?FSW-K96還支持使用信號發(fā)生器自動生成的配置文件全面分析使用R&S?SMW-K114 OFDM信號生成選件生成的信號。
基于R&S?SMW200A與R&S?FSW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(yīng)用的同時，為保護(hù)儀表投資，羅德與施瓦茨支持客戶通過射頻前端擴(kuò)展至W和D頻段的其他應(yīng)用，請參考下圖配置您需要的測試儀表：
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