CN107276643B - 一种移动通信卫星多波束载干比地面测试***及方法 - Google Patents

Abstract

一种移动通信卫星多波束载干比地面测试***及方法，***包括电源、控制模块、多通道信号源、发射天线模拟器、频谱仪；电源为控制模块、多通道信号源、发射天线模拟器和频谱仪供电，多通道信号源为被测件提供测试信号，发射天线模拟器实现对大型多波束天线中反射器和馈源对信号的响应的模拟，控制模块控制发射天线模拟器中移相、衰减组件的移相和衰减参数，频谱仪用来读取输出的测试信号电平。本发明主要针对使用大型多波束天线的移动通信卫星载荷，可以通过发射天线模拟器模拟大型多波束天线馈源与反射器的响应，实现移动通信卫星多波束载荷载干比的地面测试。

Description

一种移动通信卫星多波束载干比地面测试***及方法

技术领域

本发明涉及一种移动通信卫星多波束载荷波束载干比地面测试***及方法，适用于移动通信卫星多波束载荷波束载干比地面测试，属于移动通信卫星有效载荷技术领域。

背景技术

基于反射面多波束天线的多波束载荷是静止轨道移动通信卫星的核心技术，多波束载荷包括转发器、波束形成设备、馈源阵和大口径天线等，大口径天线尺寸可达十米或者数十米，如图2所示。

为了提高频率资源的利用效率，一般均采用频率复用技术，常用的有7色复用和4色复用。

由于波束存在副瓣，同频波束之间就存在互相干扰，即同频波束之间的载干比(C/I)，是影响***容量和通信质量的关键参数。

文献[Sudhakar K.Rao,Desibn and Analysis of Multiple Beam ReflectorAntennas,IEEE Antennas and Propagation Magazine,Vpl.41,No.4,August 1999]研究了多波束天线的C/I，给出了多波束天线同频波束之间的C/I的定义和一种计算方法，提供的模型和公式可以计算出各个波束在某个点的C/I(图4),中间的波束0在点

上的的C/I计算公式为：

其中P_k、

分别表示波束i载波的输出功率和在点

上的增益。

由于采用了大型可展开天线，研制阶段难以在现有场地条件下对载荷的C/I进行实测，目前采用的都是半物理方法测试馈源阵辐射数据，代入商业软件Grasp计算所有波束的远场，用上述文献提供的和方法模型计算出C/I。该方法也是目前通用的方法。

由于波束测试时不能考虑到多个使用相同频率的波束中的多个载波同时工作时在有源设备中的交调，所以该方法给出的C/I一般不能完全真实的描述***的性能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种移动通信卫星多波束载荷波束载干比地面测试***及方法，实现采用大型多波束天线的移动通信卫星多波束载荷C/I的地面测试，提高了测试的全面性和准确性。

本发明的技术解决方案是：

一种移动通信卫星多波束载干比地面测试***，包括：电源、控制模块、多通道信号源、发射天线模拟器以及频谱仪；

电源为控制模块、多通道信号源、发射天线模拟器和频谱仪供电，多通道信号源为被测件提供测试信号，被测件输出M路馈源的激励信号给发射天线模拟器，用于形成多波束；发射天线模拟器根据接收到的M路馈源激励信号，实现对大型多波束天线中反射器和馈源对信号的响应的模拟，控制模块根据不同方位

下馈源和反射器对馈源激励信号的响应控制发射天线模拟器工作，频谱仪用来读取发射天线模拟器输出的测试信号电平，M为移动通信卫星多波束载荷的馈源数量。

所述多通道信号源输出K路频率间隔100KHz的等幅信号，K为移动通信卫星多波束载荷中同频率波束数。

所述被测件为移动通信卫星多波束载荷中的转发器通道及波束形成设备。

所述发射天线模拟器，包括M路可变移相组件、衰减组件和功率合成器；

可变移相组件根据控制模块提供的移相参数，对被测件输出的M路馈源激励信号进行移相处理，衰减组件根据控制模块提供的衰减参数对移相处理之后的信号进行衰减处理，功率合成器将衰减处理之后的M路信号进行功率合成，生成发射天线模拟器的输出信号，即测试信号。

所述测试信号是指发射天线模拟器输出的K路波束在方位

的信号。

发射天线模拟器中的第m路可变移相、衰减组件在方位

的移相、衰减量等于第m路馈源在单位1激励时，天线远场在方位

的电场值

的幅度、相位，即：

其中A_m,i、Φ_m,i分别是电场的幅度、相位。

电场的幅度、相位A_m,i、Φ_m,i的精度满足±0.5dB、±10度，衰减组件衰减范围0～35dB。

一种基于所述移动通信卫星多波束载干比地面测试***实现的测试方法，步骤如下：

步骤1：多载波信号源输出K路频率间隔100KHz的等幅信号S1，S2……SK，用来等效同时工作的同频的载波信号，连接到被测件对应的波束输入端口，被测件的双工器和馈源断开，将双工器连接发射天线模拟器输入端口；

步骤2：控制模块控制发射天线模拟器的移相参数和衰减参数A_m,i、Φ_m,i，位于位置

步骤3：频谱仪连接发射天线模拟器输出端口，在频谱仪上分别读取并记录S1，S2……SK对应的输出功率数据S1,i，S2,i……SK,i；

步骤4：用如下的公式计算第k个波束在

的载干比

步骤5：重复步骤2到步骤4，即可完成对所有需要测试的K个波束在所有点的C/I的测试。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明可实现采用大型多波束天线的移动通信卫星多波束载荷C/I的地面测试，可以在卫星发射前精确测试验证多波束载荷的C/I，提高了测试的时效性、全面性和准确性。

(2)本发明提供的测试***和方法通过控制模块控制***工作，不需要测试天线中每个波束方向图即可得到C/I，相比现有技术极大的提高了测试效率。

(3)本发明通过一组移相、衰减组件和功率合成器实现了对大型多波束天线中反射器和馈源对信号的响应的模拟，给出了移相、衰减组件的设计要求。

附图说明

图1为本发明***架构示意图；

图2为可使用本发明的移动通信卫星多波束载荷原理框图；

图3为图2所示多波束载荷的等效框图；

图4为文献给出的同频率波束C/I计算方法示意图；

图5为本发明中发射天线模拟器示意图；

图6为实施案例的C/I设计结果；

图7为用本发明测试的结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

本发明提供了一种移动通信卫星多波束载荷波束载干比地面测试***及方法，用于在地面测试移动通信卫星多波束载荷(如图2所示)波束的载干比；

如图1所示，本发明地面测试***包括电源、控制模块、多通道信号源、发射天线模拟器以及频谱仪；

电源为控制模块、多通道信号源、发射天线模拟器和频谱仪供电，多通道信号源为被测件提供测试信号，被测件输出M路馈源的激励信号给发射天线模拟器，用于形成多波束；发射天线模拟器根据接收到的M路馈源激励信号，实现对大型多波束天线中反射器和馈源对信号的响应的模拟，控制模块根据不同方位

下馈源和反射器对馈源激励信号的响应控制发射天线模拟器工作，频谱仪用来读取发射天线模拟器输出的测试信号电平，M为移动通信卫星多波束载荷的馈源数量；

本发明中多通道信号源为通用多通道信号源，可以输出K路频率间隔100KHz的等幅信号，K为移动通信卫星多波束载荷中同频率波束数；多通道信号源输出的K路测试信号进入被测件(移动通信卫星多波束载荷中的转发器通道及波束形成设备(如图2、3所示)，被测件可以等效为一个K入M出的网络，被测件输出的是M路馈源的激励信号，用于激励馈源阵形成多波束；

本发明中发射天线模拟器(如图5所示)，包括M路可变移相、衰减组件和一个M合一的功率合成器；可变衰减组件根据控制模块提供的衰减参数对移相处理之后的信号进行衰减处理，可变移相组件根据控制模块提供的移相参数对被测件输出的M路馈源激励信号进行移相处理，功率合成器将移相处理之后的M路信号进行功率合成，生成发射天线模拟器的输出信号，即测试信号。

通过M路可变移相、衰减组件模拟相应的馈源和反射器对馈源激励信号的响应；控制模块根据不同方位

下馈源和反射器对馈源激励信号的响应控制发射天线模拟器中可变移相、衰减组件的移相、衰减量；发射天线模拟器输出的是K路波束在方位

的信号；

发射天线模拟器中的第m路可变移相、衰减组件在方位

的移相、衰减量等于第k路馈源在单位1功率激励时，天线远场在方位

的电场值的幅度、相位：

其中A_m,i、Φ_m,i分别是电场的幅度、相位；

本发明中控制模块将所有M路可变移相、衰减组件在所有需要测试点的移相、衰减参数存储为移相、衰减参数表，测试时根据测试点的方位角读取并控制发射天线模拟器中的可变移相、衰减组件工作。

本发明中频谱仪为通用仪器，用来监测读取K路波束在方位

的信号电平。

基于上述地面测试***，本发明中还提出一种测试方法，由以下步骤实现：

步骤1：多载波信号源输出K(同频波束数)路频率间隔100KHz的等电平信号S1，S2……Sk，用来等效同时工作的同频的载波信号，连接到载荷对应的波束输入端口，载荷的双工器和馈源断开，将双工器连接发射天线模拟器输入端口(用发射天线模拟器替代大型多波束天线的馈源阵和反射器)；

步骤2：控制模块控制发射天线模拟器的移相衰减参数A_m,i、Φ_m,i，位于位置

步骤3：频谱仪连接发射天线模拟器输出端口，在频谱仪上分别记读取并记录S1，S2……Sk对应的输出功率数据S1,i，S2,i……Sk,i；

步骤4：用如下的公式计算第k个波束在

的

步骤5：重复步骤2到步骤4，即可完成对所有需要测试的M个波束在所有点的C/I的测试。

实施例：

某移动通信卫星多波束载荷如图2所示，该***具有109个波束，通过双工器实现64个馈源的收发共用，109个波束实现30MHz的7色复用，每个频率复用15到16次。

使用本发明提出的***，按照本发明的方法，测试了所有波束的C/I，统计所有波束的服务区内的最小C/I。

经过计算，当发射天线模拟器移相、衰减组件满足幅度、相位精度：±0.5dB、±10度，衰减器衰减范围0～35dB的指标要求时，波束主瓣误差小于0.01dB，副瓣误差1dB@30dBc(即在比主瓣电平低30dB的副瓣的误差约1dB，每个波束的副瓣电平误差约1‰)。可知对C的影响即为0.01dB，对I的最大影响约为6‰。整体的测试误差大约0.03dB。

设计结果和实测结果统计如图结果图6、图7所示，实测结果和设计结果吻合。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种移动通信卫星多波束载干比地面测试***，其特征在于包括：电源、控制模块、多通道信号源、发射天线模拟器以及频谱仪；

电源为控制模块、多通道信号源、发射天线模拟器和频谱仪供电，多通道信号源为被测件提供等幅信号，被测件输出M路馈源的激励信号给发射天线模拟器，用于形成多波束；发射天线模拟器根据接收到的M路馈源激励信号，实现对大型多波束天线中反射器和馈源对信号的响应的模拟，控制模块根据不同方位

下馈源和反射器对馈源激励信号的响应控制发射天线模拟器工作，频谱仪用来读取发射天线模拟器输出的测试信号电平，M为移动通信卫星多波束载荷的馈源数量。

2.根据权利要求1所述的一种移动通信卫星多波束载干比地面测试***，其特征在于：所述多通道信号源输出K路频率间隔100KHz的等幅信号，K为移动通信卫星多波束载荷中同频率波束数。

3.根据权利要求1所述的一种移动通信卫星多波束载干比地面测试***，其特征在于：所述被测件为移动通信卫星多波束载荷中的转发器通道及波束形成设备。

4.根据权利要求1所述的一种移动通信卫星多波束载干比地面测试***，其特征在于：所述发射天线模拟器，包括M路可变移相组件、衰减组件和功率合成器；

可变移相组件根据控制模块提供的移相参数，对被测件输出的M路馈源激励信号进行移相处理，衰减组件根据控制模块提供的衰减参数对移相处理之后的信号进行衰减处理，功率合成器将衰减处理之后的M路信号进行功率合成，生成发射天线模拟器的输出信号，即测试信号。

5.根据权利要求4所述的一种移动通信卫星多波束载干比地面测试***，其特征在于：所述测试信号是指发射天线模拟器输出的K路波束在方位

的信号。

6.根据权利要求4所述的一种移动通信卫星多波束载干比地面测试***，其特征在于：发射天线模拟器中的第m路可变移相、衰减组件在方位

的移相、衰减量等于第m路馈源在单位1激励时，天线远场在方位

的电场值

的幅度、相位，即：

其中A_m,i、Φ_m,i分别是电场的幅度、相位。

7.根据权利要求6所述的一种移动通信卫星多波束载干比地面测试***，其特征在于：电场的幅度、相位A_m,i、Φ_m,i的精度满足±0.5dB、±10度，衰减组件衰减范围0～35dB。

8.一种基于权利要求1所述移动通信卫星多波束载干比地面测试***实现的测试方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：多载波信号源输出K路频率间隔100KHz的等幅信号S1，S2……SK，用来等效同时工作的同频的载波信号，连接到被测件对应的波束输入端口，被测件的双工器和馈源断开，将双工器连接发射天线模拟器输入端口；

步骤2：控制模块控制发射天线模拟器的移相参数和衰减参数A_m,i、Φ_m,i，位于位置

步骤3：频谱仪连接发射天线模拟器输出端口，在频谱仪上分别读取并记录S1，S2……SK对应的输出功率数据S1,i，S2,i……SK,i；

步骤4：用如下的公式计算第k个波束在

的载干比

步骤5：重复步骤2到步骤4，即可完成对所有需要测试的K个波束在所有点的C/I的测试。

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