系统性能参数测试成果 航天器天线工程设计技术

1.测试内容

在由天线、收发信机或转发器组成的星地、星间通信系统中，有些参数如接收或发射波束方向性特性、波束指向精度、极化隔离度、相位中心等，几乎完全由天线自身特性确定，天线的测试结果可以完全代表系统的性能，这些参数只需在天线层面开展相关测试。有些性能如等效全向辐射功率（EIRP）、增益噪声温度比（G/T）、饱和功率通量密度（SPFD）等由天线和有源部分共同决定，需要连成系统后才能进行测试。而且，随着以分布式T/R组件为代表的星载有源相控阵天线逐渐应用，天线朝着一体化、集成化方向发展，部分系统性能参数已经无法通过分段开展测试，而必须在系统层级进行性能参数测试。

系统性能参数测试涉及面非常宽，并且随着通信技术发展不断增加新的项目。本节系统性能参数测试侧重于星载相控阵天线的测试，主要介绍与天线性能直接相关的、最重要的系统性能参数测试。从理论上讲，系统性能参数测试几乎可以包含所有的天线辐射性能，但因其测试成本较高，一般只用于整星或分系统关键性能指标测试。

在进行航天器天线相关的系统性能参数测试时，为减少测试工作量和降低试验风险，在保证测试覆盖性的基础上，通常采用个别切面（或指向）、波位、频点的系统性能参数测试，结合天线辐射方向图来获知或评估通信系统三维空间、所有波位、全频段的整体系统性能。

2.测试方法

（1）EIRP

EIRP通常采用绝对功率法进行测试，测试框图如图10-14所示。以圆极化天线测试为例，待测天线（AUT）工作在发射状态，以待测角度指向辅助接收天线。接收天线使用标准增益天线，接收两个正交方向功率电平。逐渐改变天线输入信号功率，记录标准增益天线接收功率。根据标准天线增益、链路损耗等测试系统其他参数，获得相控阵天线发射状态EIRP。根据待测天线EIRP随输入功率变化关系，标定其输出功率的压缩点或饱和点位置。

计算公式如下：

其中，P1、P2为标准增益天线接收功率，dBm；GS为标准天线增益，dBi；R为收、发天线空间距离，m；λ为天线工作波长，m。

（2）G/T值测试

G/T值测试通常采用连续波方法进行，测试框图如图10-15所示。测试时，首先在频谱分析仪的输入端口上接匹配负载，记录频谱分析仪自身噪声功率；然后给待测天线加电，并设置为接收工作状态，此时发射信号源输出关闭，记录此时频谱分析仪接收到的噪声功率。开启发射信号，调整发射信号电平，使频谱仪接收的信号功率高于噪声功率至少3 dB。记录标准天线输入功率和频谱仪接收的信号功率。

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图10-14　EIRP值测试框图

图10-15　G/T值测试框图

G/T值计算公式为：

其中，k为玻尔兹曼常数，J/K；B为频谱仪测试带宽，Hz；λ为天线工作波长，m；R为收、发天线空间距离，m；PTx为标准增益天线输入功率，dBm；GFEED为标准增益天线增益，dBi；P1为频谱分析仪噪声功率，W；P2为接收到的待测天线噪声功率，W；P3为接收到的待测天线信号功率，W。

（3）绝对时延

时延特性测试系统由吸波暗室、矢量网络分析仪、测试电缆、标准喇叭、待测天线组成，测试系统连接如图10-16所示。

图10-16　天线时延测试示意

用矢量网络分析仪扫频测试包括测试电缆、标准喇叭、空间传输段和待测天线所组成完整测试系统的传输参数相位φ（ω），通过公式

计算得到整个测试系统的时延。通常矢量网络分析仪可以自动完成这一计算。分别对测试电缆、标准喇叭进行分段测试，由总时延减去各分段时延即得到相控阵天线自身的绝对时延。