[发明专利]基于矢量网络分析仪的转发器通道频率响应的测试方法

说明书

技术领域

本发明属于通信卫星测试领域，涉及一种通信卫星转发器通道频率响应特性的测试方法，特别适用于通信卫星上波束及通路数较多、交链组合复杂的大规模转发器，可以在保证极高测试精度的前提下，大幅提升测试效率。

背景技术

随着通信卫星平台的不断发展，以及用户对通信容量需求的不断提高，通信卫星有效载荷中的天线波束和转发器路数越来越多，不同波束间的交链也越来越复杂，多波束和相控阵技术层出不穷，射频测试任务量比起以往有了显著增加，载荷测试效率已经成为通信卫星研制过程中的瓶颈环节。其中，转发器射频通道频响类测试项目在整星各阶段的电测过程中占比极大，综合反映了转发器对业务信号的失真影响。

转发器通道频响类测试项目一般包括通道幅频特性、通道群时延特性以及带外抑制特性。幅频特性，即增益频率特性，是指当转发器受到不同频率恒定幅度的信号照射时，转发的下行信号幅度随频率变化的情况；群时延特性，即转发器相频特性的导数，表示信号的色散失真；带外抑制特性，是指本通道对其通带外信号的抑制能力。

目前，幅频特性和带外抑制特性，是根据转发器输入功率的回退要求，在固定转发器输入电平不变的前提下，按照技术文件要求的频率步进和测量频率范围，改变信号源输入转发器的信号频率，同时，利用频谱仪测量对应频点转发器输出信号的功率。整个测试过程中，用功率计实时监视转发器上下行功率。最后，根据多个测量频点处的转发器增益(转发器输出电平与输入电平之差)，计算得出转发器的幅频特性(包括增益平坦度和增益斜率)和带外抑制特性，并绘制曲线，测试原理如图1所示。群时延特性采用调制法测量，即信号源产生基带FM调制信号，一路直接输入示波器，一路在信号源内部对载波进行调制后输出至开关矩阵，并进入转发器，经转发器转发后，利用频谱仪下变频，并输入示波器。示波器对两路信号同时进行采样，采样后的数字信号经过解调、比相，得到两路相差，计算得出群时延特性，并绘制曲线，测试原理如图2所示。

以上所述方法在实际工程测试中，具有一定的局限性：

(1)系统由一台信号源、一台功率计(两个功率计探头)、一台频谱仪、一台示波器及一台开关矩阵组成，测试硬件系统体积大、功耗大、成本高、集成度低，仪器设备之间的射频和低频连接较多，状态复杂，整体可控性较差。此外，由于整星各电测阶段需要频繁在不同测试场所之间转运测试设备和重新搭建系统，因此繁多的仪器设备和复杂的系统使得转场和联调工作量大，需耗费大量人力和时间成本；

(2)测试过程中，系统需要人为按照先后时序控制信号源、频谱仪、示波器等仪器实现信号的发送和接收。为保证每一步操作都能被测试设备准确无遗漏地执行，需要在每一条操作指令之间插入时间延迟(通常为0.5s～2s)，测试设备之间完全独立，测试过程不存在任何意义的硬件同步，因此测试效率较低，且由于测试过程中人为操作过多，导致风险控制度不够；

(3)在测前校准时，需要逐个频点进行测试链路插损标校。在测试实施时，需要以固定频率步进的方式，逐个频点进行测试，且在每一个频点处都需要利用频谱仪重新精搜频率并测量功率，测试结果还需手动扣除该频点的测试链路插损值，才能得出真实的转发器增益。在转发器通道带宽较宽，测试要求扩展带宽较宽、频率步进较小时，单路转发器的测试点数就会非常多，因此多路大规模转发器的测试效率极低，甚至会影响整星的研制进度；

(4)系统在幅频特性和带外抑制特性的测试过程中，仅对转发器上下行信号进行了功率监视，并未考虑仪器间连接失配问题以及测试仪器自身的非理想频响问题，并且利用频谱仪测量单点功率本身就存在较高的不确定度。在群时延特性的测试过程中也并未考虑测试链路本身所带来的相频特性误差，因此系统的测量精度不够；

(5)系统利用调制法完成群时延特性的测试，还需要专门在上位机软件中实现较复杂的数字信号处理算法，因此系统功能具有一定开发、实现和调试难度，测试系统整体鲁棒性不强。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于矢量网络分析仪的转发器通道频率响应测试方法，利用矢量网络分析仪的收发共用硬件平台，设计了测试链路分段快速校准方案和多项目并行同步扫频测试方案，完成对卫星转发器分系统的幅频特性、群时延特性、带外抑制特性等通道频响类项目的高效高精度测试，可以显著提高通信卫星转发器系统通道频率响应类项目的测试效率、测试精度、测试系统集成度、测试实施便捷性和测试自动化程度，尤其对于大规模多通道转发器而言，可以大幅缩减测试成本。